Page 87 - 《应用声学》2020年第3期

第 39 卷 第 3 期 李凤等： 天然气管道泄漏的声 -压耦合识别方法 407

从图 7(b) 中可以看到，仅采用压力作为泄漏识 能保持声波法较好的识别能力，也对非泄漏因素起
别的信号源，则无法排除因压力变化的 “干扰 3” 型 到了过滤的作用，从而提高了抗干扰能力。总体上，
扰动。例如，由于管网调压、流量变化和泵站启停 耦合识别方法能够降低多种干扰对检测系统造成
等多种因素，供气管内的压力出现了较大波动。此 的误判，提高泄漏检测的准确性。
时，采用压力信号作为单一识别源的泄漏检测方法
可能产生误判。 3 结论
由此可见，单独采用声波作为泄漏识别的信号
本文实验研究了燃气管道泄漏的物理特征，提
源，在一些情况下无法区分泄漏噪声与外来噪声，而
出了一种基于声波-压力波耦合的泄漏识别方法，通
单独区分压力变化也无法分辨管内压力降是否由
过实验研究考察了它的可行性与抗干扰性。结论
泄漏引起。因此，单一信号识别方法在抗干扰方面
如下：
存在一定的不足。
(1)管道的气体泄漏引起了两个显著特征，即泄
基于这一认识，本文提出了声波和压力耦合的
漏噪声与管内压力降。泄漏噪声的强度随泄漏量增
泄漏识别方法，采用公式 (5) 计算的耦合相关函数
大而增大，但噪声的频率基本保持不变；管道内压力
如图 8 所示。可以看到，泄漏现象能够被耦合算法
降低的速率与泄漏量大小正相关。
所捕捉，准确地识别了泄漏的起始和终止时间点。
(2)根据泄漏噪声与压力降同时发生的特点，提
然而，由于干扰信号无法同时触发噪声和压力波
出了一种基于相关算法的泄漏耦合识别方法。通过
动，由外部环境噪声引起的 “干扰 1” 和 “干扰 2” 型
判别泄漏噪声与压力降是否同时出现，以及相关函
扰动，以及由管道压力调节引起的 “干扰 3” 型压力
数值大小与阈值对比，来判别泄漏是否发生；而相关
波动，都能够被很好地过滤掉。由此可见，泄漏识别
函数值的大小反映了泄漏的流量大小。
方法不仅保留了声波的识别能力，而且显著提高了
(3)泄漏实验表明，耦合识别方法既能保持声波
抗干扰能力。
法较好的识别能力，也能够排除环境噪声的干扰和
常规的压力变化，展示了比单独的噪声或压力波的
2500
2000 识别方法更好的抗干扰性。该结果证实了耦合方法
R↼∆t↽ 1500 相较于单一信号识别的优越性。

1000
500
参 考 文 献
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
௑ᫎ/s [1] 梁永宽, 杨馥铭, 尹哲祺, 等. 油气管道事故统计与风险分
析 [J]. 油气储运, 2017, 36(4): 472–476.
图 8 带外部干扰的实验条件下的相关函数 R AP (∆t) 值 Liang Yongkuan, Yang Fuming, Yin Zheqi, et al. Accident
Fig. 8 R AP (∆t) under experimental conditions with statistics and risk analysis of oil and gas pipelines[J]. Oil
external interference & Gas Storage and Transportation, 2017, 36(4): 472–476.
[2] Han Z Y, Weng W G. An integrated quantitative risk
当然，在实际的工程实践中，不同形式的外部 analysis method for natural gas pipeline network[J]. Jour-
nal of Loss Prevention in the Process Industries, 2010,
干扰可能同时出现。例如管道压力波动时，也遇到
23(3): 428–436.
了环境噪声干扰，则无论是单个还是耦合法都无法 [3] 杨凯, 吕淑然, 高建村, 等. 城市燃气管道泄漏多因素耦合致
避免误判。针对这种小概率干扰形式，需要结合阈 灾机制研究 [J]. 安全与环境学报, 2018(2): 576–582.
值 [R AP ] 来排除误判，依据为外部干扰信号的强度 Yang Kai, Lyu Shuran, Gao Jiancun, et al. Research on
the disaster-resulting mechanism of the multi-factors in
通常比泄漏信号低很多，可过滤掉相关函数值小于 addition to the urban gas pipeline leakage[J]. Journal of
阈值的信号来排除非泄漏因素的扰动。相关函数的 Safety and Environment, 2018(2): 576–582.
阈值[R AP ]，则需要根据实验或者工程实践确定。 [4] Ahmed W, Hasan O, Tahar S, et al. Towards the formal
reliability analysis of oil and gas pipelines[M]//Intelligent
因此，与单一的声波或压力变化的识别方法相
Computer Mathematics. Cham: Springer International
比，耦合法中两种信号相互起到了门函数的作用，既 Publishing, 2014: 30–44.