1、音波法泄漏检测原理
当输气管道的某一点发生破裂,管内气体会从破裂点流出,导致管内气体的流动参数发生变化,泄漏点处的气体密度减小,压力降低,泄漏点两边相邻区域的气体在压差的作用下向泄漏点处补充,致使泄漏点相邻区域内的气体密度减小,压力降低,进而远处的气体向泄漏点相邻区间补充,这种过程依次向管道上下游传播,从而形成音波在管道内的传播,音波在管内介质中的传播速度为声速。安装在管道两端的音波传感器监听并采集传来的音波信号,通过对音波信号进行特征量提取,判断管道是否发生泄漏。
当不锈钢管件管道处于正常工况时,音波传感器采集的信号被作为背景噪声,而管道一旦有泄漏发生,产生泄漏音波信号和正常工况下的背景噪声会一同传到音波传感器,经过泄漏检测系统的对比和鉴别,做出泄漏判断。
音波法泄漏检测的关键是寻找到泄漏信号的特征量并将其提取,特征量是将信号进行某种算法的物理量,管道发生泄漏和没有发生泄漏,特征量的值有明显的区别。故可以将未发生泄漏时的特征量值作为闽值,和管线运行时的特征量值作比较,进行泄漏判断。
2、音波法泄漏定位原理
输气管道发生泄漏,泄漏音波从泄漏点向不锈钢三通管道两端传播,根据音波传播到管道起终点的时间差值和音波在管道中的传播速度即可确定泄漏点的位置。管道发生泄漏产生泄漏音波,当首末端的音波传感器检测到音波信号出现大的尖峰时,证明泄漏信号传到了管道两端,因为传到管道两端的为同一信号,只不过传到两端的时间不同,因此两端信号的相似程度很大,做互相关分析时会出现一个大值点,找到出现大值点的位置也就找到了泄漏音波传播到首末站传感器的时间差值。
3、基于音波法的测漏系统的组成
工程应用中,音波测漏系统一般由音波传感器、现场数据采集处理器、数据汇集处理器、GPs接收器和监控主机组成。
其中的音波传感器是采集泄漏音波信号的主要部件,它可以捕捉微小的物理震动信号,能敏感地接收到管道中带有压力的流体流动的信号。当不锈钢弯头管道由于某种原因发生泄漏时,音波传感器将会采集到管道破损瞬间的音波信号,并将音波信号传送到现场数据采集处理器,现场数据采集处理器对信号进行处理并将模拟信号转换为数字信号,打上GPS时间标签,把数据上传至数据汇集处理器。数据汇集处理器将整合分析现场数据采集处理器上传的数据,然后进行一系列的计算,确定泄漏是否真的发生,并确定泄漏位置。现场数据采集处理器和数据汇集处理器都装有GPS接收器,其时间误差为±500ns,所有现场数据采集处理器的监控板时钟都保持同步,以泄漏定位的正确性。基于音波法的泄漏检测及定位系统的监控主机以包括核心数据模型处理软件的服务器为数据处理。音波测漏系统的核心是由大量的对比型数据库及其算法构成。系统的警报、监控、打印等操作及所有远程的、现场的参数设定和校准都可通过该设备进行。
采用音波法进行泄漏检测,要高的检测灵敏度和定位精度的条件是在被测管线的两端安装一个音波传感器。目前可作音波传感器的传感元件有麦克风、加速度计和动态压力传感器。麦克风通常用来探测管壁的音波信号,它在很高的环境压力下才能保持很高的灵敏性,麦克风由应变传感器、电容传感器、电感传感器、晶体传感器、磁传感器组成。加速度计是由压电晶体组成,它可以对振动产生的加速度进行很好的测量,由振动导致的压电晶体的波动可以产生微小的电流,电流经过仪表放大器放大后就可以制作成动态仪表。动态压力传感器通常是由压电材料组成,并且可以耦合气体。