一种天然气微量泄漏的检测定位方法与流程

1.本发明涉及一种管输天然气泄漏检测技术领域，特别是关于一种天然气微量泄漏的检测定位方法。


背景技术：

2.天然气长输管道泄漏事故后果严重，影响范围大，是安全生产关注的重点。由于天然气管道通常埋地敷设，空间跨度大，如何及时有效地发现天然气泄漏，并对泄漏点进行准确定位，对于及时处置预防潜在事故具有重要的意义。
3.目前的天然气管道泄漏检测技术主要包括光纤泄漏检测和超声波泄漏检测。光纤泄漏检测是通过拉曼散射效应来检测天然气管道泄漏产生温度变化，并通过光波传输距离来反算泄漏点位置；超声波泄漏检测是通过检测天然气管道泄漏时破口处产生的高频音波，并通过检测音波传输到管道两端的时差来反算泄漏点位置。上述技术在发现泄漏时通常泄漏已经较为明显，对于微小裂缝等产生的微小泄漏没有检测能力，不能在极早期发现气体泄漏。现有文献中还有通过与天然气管道同沟敷设、特殊材质制成的渗透管，捕集环境中的天然气，通过正压或者负压驱动的方式输送到气体探测器进行分析，可以检测出微量泄漏的天然气。但是该检测技术通过测量检测到泄漏气体的时间，以及气体流速来反算泄漏点的位置。由于采样过程中采样泵会在检测管内形成一定的差压，且气体的压力、流速等都是不稳定的，随时在波动，给定位计算造成很大影响。由于检测管的长度最多可以达到30公里，哪怕很小的误差都可能导致定位结果偏差几百上千米。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种天然气微量泄漏的检测定位方法，其消除了气体密度、管道截面积、压力波动等因素对计算结果的影响，有效提高天然气管道微量泄漏检测定位精度。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种天然气微量泄漏的检测定位方法，其包括：在天然气长输管道附近设置检测定位系统，该检测定位系统包括空压机、质量流量控制器、在线气体分析仪、泄漏检测渗透管和标准气体钢瓶；打开所述标准气体钢瓶，将特征气体c3注入到所述泄漏检测渗透管的一端；打开所述空压机，提供正压动力源，推动所述泄漏检测渗透管中的空气流动，连同注入的所述特征气体c3以及所述泄漏检测渗透管中捕集到的天然气，一起从所述泄漏检测渗透管的另一端流出，依次进入所述质量流量控制器和在线气体分析仪进行分析；所述在线气体分析仪检测到所述特征气体c3浓度值时，表明所述泄漏检测渗透管内所有气体被抽出分析，一个检测周期结束；对检测数据进行遍历分析，识别出甲烷浓度峰、特征气体c3浓度峰，判断是否发生泄漏；若存在泄露，则计算出甲烷泄漏点的位置。
6.进一步，所述识别出甲烷浓度峰、特征气体c3浓度峰，采用峰值识别方法进行识别，包括：
7.将所述在线气体分析仪检测的所有甲烷浓度数据按照时间顺序排列；
8.设置甲烷浓度基准值c
base
，低于所述甲烷浓度基准值c
base
的数据跳过；
9.对于大于所述甲烷浓度基准值c
base
的数据cn，将该数据cn与其往前m个数据和往后m个数据进行比较，如果cn是最大值，则认为n为一个甲烷浓度峰值；
10.识别出几个甲烷浓度峰值即存在几个泄漏点。
11.进一步，所述甲烷泄漏点的位置的计算方法采用等质量方法或流速积分方法。
12.进一步，所述等质量方法包括：假设检测管内的气体密度相同，利用特征气体注入点的距离为已知值，通过累计流量值的比值来计算泄漏点位置。
13.进一步，所述流速积分方法包括：将测得的质量流量或体积流量转换为流速值，通过流速的累加计算泄漏点位置；利用利用特征气体注入点的距离为已知值，对泄漏点定位值进行修正。
14.进一步，所述质量流量控制器对气体的流速进行控制，使其按照恒定的质量流量进入所述在线气体分析仪。
15.进一步，所述在线气体分析仪对空气中的气体组分进行实时在线采样分析，采样频率为每秒1次。
16.进一步，所述在线气体分析仪采取多种类型的分析仪组合，实现对甲烷、乙烷、c3气体多种组分进行ppm级浓度检测。
17.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
18.1、本发明采用等质量定位方法，利用特征气体注入点到检测管出口的距离为已知的条件，基于检测管全程的气体可以近似认为密度均匀的合理假设，通过累计流量值的比例来简化计算得到泄漏峰的位置。相对于流速积分算法，省去了流速换算过程，消除了气体密度、管道截面积、压力波动等因素对计算结果的影响，定位精度高。
19.2、本发明采用流速积分方法，在常规的流速积分基础上，利用特征气体注入点到检测管出口的距离为已知的条件对定位结果进行修正，提高定位精度。
附图说明
20.图1是本发明实施例中天然气微量泄漏的检测定位系统示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
23.本发明提供一种天然气微量泄漏的检测定位方法，适用于长输天然气管道微量泄漏的在线监测。本发明包括：在天然气长输管道附近设置检测定位系统，打开检测定位系统
中的标准气体钢瓶，将特征气体c3注入到泄漏检测渗透管的一端；打开空压机，提供正压动力源，推动泄漏检测渗透管中的空气流动，连同注入的特征气体c3以及泄漏检测渗透管中捕集到的天然气，一起从泄漏检测渗透管的另一端流出，依次进入质量流量控制器和在线气体分析仪进行分析；在线气体分析仪检测到特征气体c3浓度值时，将泄漏检测渗透管内所有气体被抽出分析；对检测数据进行遍历分析，识别出甲烷浓度峰、特征气体c3浓度峰，判断是否发生泄漏；若存在泄露，则计算出甲烷泄漏点的位置。本发明能提高天然气管道微量泄漏检测定位精度。
24.在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种天然气微量泄漏的检测定位方法，本实施例以该方法应用于终端进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。
25.本实施例中，该方法包括以下步骤：
26.1)在天然气长输管道1附近设置检测定位系统，该检测定位系统包括标准气体钢瓶2、泄漏检测渗透管3、空压机4、质量流量控制器5和在线气体分析仪6；
27.2)打开标准气体钢瓶2，将特征气体c3注入到泄漏检测渗透管3的一端；
28.3)打开空压机4，提供正压动力源，推动泄漏检测渗透管3中的空气流动，连同注入的特征气体c3以及泄漏检测渗透管3中捕集到的天然气，一起从泄漏检测渗透管3的另一端流出，依次进入质量流量控制器5和在线气体分析仪6进行分析；
29.质量流量控制器5对气体的流速进行控制，使其按照恒定的质量流量进入在线气体分析仪6；质量流量控制器5包括一个质量流量计、一个控制芯片和一个控制阀，可以实现质量流量测量，并根据设定的流量值自动控制阀门开度从而控制气体流速；系统按照1秒中的采样间隔记录质量流量控制器5测量的流量值；
30.在线气体分析仪6对空气中的气体组分进行实时在线采样分析；采样频率为每秒1次；
31.在线气体分析仪6可以采取多种类型的分析仪组合，可以实现对甲烷、乙烷、c3气体等多种组分进行ppm级浓度检测；
32.4)在线气体分析仪6检测到特征气体c3浓度值时，表明泄漏检测渗透管3内所有气体被抽出分析，一个检测周期结束；
33.系统是把抽出来的气体实时进行采样分析。在线气体分析仪6位于泄漏检测渗透管3一端，而特征气体是从泄漏检测渗透管3的另一端注入的，所以当检测到特征气体的时候，表明一个检测周期结束；
34.5)对检测数据进行遍历分析，识别出甲烷浓度峰、特征气体c3浓度峰，判断是否发生泄漏；若存在泄露，则计算出甲烷泄漏点的位置。
35.上述步骤5)中，采用峰值识别方法识别出甲烷浓度峰、特征气体c3浓度峰，判断是否发生泄漏，包括以下步骤：
36.5.1)将在线气体分析仪6检测的所有甲烷浓度数据按照时间顺序排列；
37.5.2)设置甲烷浓度基准值c
base
，低于甲烷浓度基准值c
base
的数据跳过；
38.5.3)对于大于甲烷浓度基准值c
base
的数据cn，将该数据cn与其往前m个数据c
n-m
，c
n-m+1
,
···cn-1
和往后m个数据c
n+1
，
···
，c
n+m
进行比较，如果cn是最大值，则认为n为一个甲烷浓度峰值；m值可以根据测量数据进行调整，例如m＝3。
39.5.4)识别出几个甲烷浓度峰值即存在几个泄漏点。
40.上述步骤6)中，甲烷泄漏点的位置的计算方法可以采用等质量方法或流速积分方法。
41.其中，等质量方法的原理为：在静态下，泄漏检测渗透管3中气体密度是近似均匀分布的：
[0042][0043]
式中，m为泄漏检测渗透管3内气体的质量，l为气体长度，a为泄漏检测渗透管3的横截面积，ρ为泄漏检测渗透管3内气体的密度。
[0044]
则t时刻泄漏检测渗透管3中流过的气体长度l
t
为：
[0045][0046]
其中，q
t
为t时刻的质量流量，m
t
为t时刻的泄漏检测渗透管3内气体的质量。
[0047]
在实际检测中，系统每秒钟进行采样得到流量的离散值，而上述积分值可以近似为0到t时刻的累加值：
[0048][0049]
其中，qi为第i秒的质量流量值测量值，δt为采样时间间隔。
[0050]
假设在时刻m检测到甲烷浓度峰值，那么泄漏点到流量控制器的距离lm为：
[0051][0052]
假设在时刻n检测到特征气浓度峰值，则特征气体注入点到质量流量计的距离为：
[0053][0054]
上式中的l0可以通过测量得到，为已知值。结合上面两个公式，可以得到：
[0055][0056]
对于某些质量流量控制器输出的qi是经过换算后的标况体积流量值，由于本方法中假设密度是均匀的，因此本方法依然适用。
[0057]
在本实施例中，采用等质量方法进行甲烷泄漏点的位置计算：假设检测管内的气体密度相同，利用特征气体注入点的距离为已知值，通过累计流量值的比值来计算泄漏点位置，计算方法简化，定位精度高。具体的，采用等质量方法进行甲烷泄漏点的位置计算包括以下步骤：
[0058]
(1)将所有时刻测量得到的质量流量值、甲烷浓度值、c3气体浓度值按时间顺序排列；
[0059]
(2)假设甲烷浓度峰值出现在时刻m，c3气体浓度峰值出现在时刻n，那么算出从时刻0到时刻m之间的质量流量之和
[0060]
(3)计算从时刻0到时刻n之间的质量流量之和
[0061]
(4)根据从时刻0到时刻m之间的质量流量之和与从时刻0到时刻n之间的质量流量
之和，计算出泄漏点到质量流量计的距离：
[0062]
在本实施例中，采用流速积分方法进行甲烷泄漏点的位置计算：将测得的质量流量或体积流量转换为流速值，通过流速的累加计算泄漏点位置。同样的，可以利用利用特征气体注入点的距离为已知值，对泄漏点定位值进行修正。
[0063]
具体的，采用流速积分方法进行甲烷泄漏点的位置计算包括以下步骤：
[0064]
(1)确定气体流过的距离l
t
：
[0065][0066]
将上述积分值可以近似为0到t时刻的累加值。
[0067]
(2)计算出泄漏点到质量流量计的距离lm：
[0068][0069]
式中，d为检测管管径，ρ为当前状态下的空气密度，可以按照理想状态方程，根据测量的温度、压力值对标况下的空气密度ρ0进行修正得到。
[0070]
如果流量计给出的是体积流量值，则上式可以简化为：
[0071][0072]
式中，qvi为i时刻下的标况体积流量值，需要根据理想状态方程进行温度和压力修正。
[0073]
为消除密度、管径等因素的影响，利用特征气注入点距离已知的条件对定位结果进行修正，得到：
[0074][0075]
上述步骤1)中，检测定位系统中的泄漏检测渗透管3与天然气长输管道1并行铺设，用于捕捉天然气长输管道1泄漏的微量天然气；位于泄漏检测渗透管3的一端设置空压机4用于提供动力源，位于空压机4与泄漏检测渗透管3之间设置标准气体钢瓶2。位于泄漏检测渗透管3的另一端依次连接质量流量控制器5和在线气体分析仪6。在泄漏检测渗透管3的另一端与质量流量控制器5之间设置有压力表pt和温度表tt。
[0076]
使用时，空压机4提供动力源，通过空压机4将泄漏检测渗透管3内的气体输送到在在线气体分析仪6中进行ppm级的浓度检测，从而识别管道发生微小泄漏。通过质量流量控制器5控制气体流速，以恒定的流量进行采样，同时记录实时流量值作为反算泄漏位置的基础。
[0077]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。