输送管道水力探测和运载流体管道状态评估方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种输送管道水力探测评估方法，包括步骤：步骤1：在沿着管道流动的管道流体中产生压力波；步骤2：检测压力波与管道局部变异相互作用后产生的交互信号，其中，交互信号为通过所述压力波与管道局部变异发生作用反射回来的压力信号，用来补偿由于管道流体产生的压力效应，交互信号的特征即交互信号幅度的改变；步骤3：通过接收到的交互信号的特征，确定压力波与局部管壁接触后的管壁状况；步骤4：基于交互信号，确定管道状况中管道局部变异的范围。本发明可应用于多种输送用途的管道中，并可用于包括金属管，陶瓷管和塑料管在内的各种材质的管道中，具有广泛的应用领域。
【专利说明】输送管道水力探测和运载流体管道状态评估方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管道评估领域，尤其是应用于管道状态中局部变化的评估，具体涉及输送管道水力探测和运载流体管道状态评估方法及系统。
【背景技术】
[0002]管网是供排水企业最主要的基础设施，管网的主要作用是输送或将分散的流体收集。管网还可进行石油和天然气的输送。根据不同的需求，这些管网可建在地上或埋于地下。当金属管道的保护衬里遭到破坏时，随着时间的变化，内部管壁会形成腐蚀，并导致滋生结核杆菌。金属管道外部也会发生腐蚀，管道上的金属生成腐蚀副产物并在管道表面形成凹坑。以水泥管为例，水泥管破损后，水泥浸出液会流入管道进入水体中。这些会导致管壁变薄，管道弹性强度损失等问题，这些问题会造成爆管风险的增加。
[0003]爆管问题的存在，尤其是对大容量的管道爆管，会对周围居民和环境造成重大影响。因此，公用事业单位需要花费大量的工作进行管道状态评估，并对出现问题的管道进行检测并修复。随着管网使用年限的增加，为保证管网运行安全可靠，对管网进行持续的维护很重要。
[0004]传统管道状态检测的方法有多种，其中应用最多的是侵入式检测方法，即从管道截口断面取样观察腐蚀程度，但是这种破坏式测试方法渐渐不被业内采用，主要是由于采样需要开挖管道，并且在采样后需要对管道进行后续的修复。另一种检测技术即闭路电视(CCTV)摄像技术，这种技术通常需要伸入到管道中，而且仅仅通过摄像对管壁状况进行视觉上的分类。其他非侵入式检测方法如超声波测量仪，在一个给定的测量位置，直接测定管壁厚度，这种方法取决于管道是在地上还是在地下。另外，超声波测量技术需要对某一区域管道位置进行预评估，而对于大片区域中离散分布的管道位置采用此种方法耗时费力。以上两种技术均只能探测到指定位置的管道信息，但是对管壁的破损情况不能准确的评估。
[0005]另一种无损检测技术即在管道的初始端发射声音信号，沿着管道在其下游的位置检测声信号，通过记录从管道发射端到检测端声波的平均传播速度，可推断出声波经过部分的管道状况。此过程具有非破损检测的优势，但是声波检测技术只能对测量区间的管道质量进行累计测量，不能对管壁发生破损的位置进行准确的定位。
[0006]在平均测量得到的结果中，其中有一大部分无需更换的管道会被替换掉，这是由于管壁破损情况分布不均，且管道在生产和安装过程中都会存在缺陷。公用事业单位在管网维护管理工作中，主要是发现并修补出现问题的管道区域，而不是将整根管道替换。
[0007]综上所述，本发明专利开发一种新的技术和方法，评估管道现状，并提高判断管道破损的准确度。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种管道状态评估系统与方法，该评估方法主要包括沿管道方向产生压力波，并检测压力波与管道中出现局部变异的管道发生相互作用后的压力波交互信号，根据检测到的信号分析管道状况。该方法还包括根据压力波交互信号接收的时序确定管道发生局部变异的位置，根据接收的压力波交互信号特征确定管道发生变异的范围。
[0009]根据本发明提供的一种输送管道水力探测评估方法，包括如下步骤:
[0010]步骤1:在沿着管道流动的管道流体中产生压力波；
[0011]步骤2:检测压力波与管道局部变异相互作用后产生的交互信号，其中，交互信号为通过所述压力波与管道局部变异发生作用反射回来的压力信号，用来补偿由于管道流体产生的压力效应，交互信号的特征即交互信号幅度的改变；
[0012]步骤3:通过接收到的交互信号的特征，确定压力波与局部管壁接触后的管壁状况；
[0013]步骤4:基于交互信号，确定管道状况中管道局部变异的范围。
[0014]优选地，在所述步骤I中，具体地，沿管道在源位置改变管道压力和/或改变流体特征，其中，改变管道压力或改变流体特征包括在源位置排放流体和/或停止排放。
[0015]优选地,所述步骤3,具体包括如下步骤:
[0016]步骤3.1:发射瞬变压力波源；
[0017]步骤3.2:压力波与管道发生交互作用，并产生交互信号；
[0018]步骤3.3:接收交互信号；
[0019]步骤3.4:建立管道瞬变模型，解析压力波交互信号，确定管道状况。
[0020]优选地，其特征在于，对于指定的反射波，都有与其对应的交互信号，所述步骤4包括如下步骤:
[0021]步骤4.1 ':建立管段瞬变模型；
[0022]步骤4.2丨:接收管段局部变异后的交互信号；
[0023]步骤4.3 ':确定Joukowsky方程变量参数；
[0024]步骤4.4丨:计算并确定管段变异范围；
[0025]其中，瞬变模型是通过如下步骤建立的:
[0026]步骤il:确定管道变异类型；
[0027]步骤i2:人工设定管道渗漏量；
[0028]步骤i3:确定压力波传播速度；
[0029]步骤i4:建立压力波管道传播统治方程；
[0030]步骤i5:瞬变模型校正。
[0031]优选地，通过如下步骤来提高交互信号的强度:
[0032]步骤A:减脉冲步骤，具体为:去除交互信号中脉冲部分结合瞬变波头；
[0033]步骤B:低通过滤步骤，具体为:利用低通带宽的过滤器将通过步骤A处理后的交互信号进行过滤，将收到的滤波信号进一步去除；
[0034]步骤C:加脉冲步骤，具体为:将步骤A处理前的交互信号的脉冲部分重新引入通过步骤B处理后的交互信号，并生成无趋势信号。
[0035]优选地，在步骤3中，通过补偿平均波速的变化可进一步精确管道变异的位置，其中平均波速的定义为:对不同时段压力波所对应的瞬时波速，通过对不同管段的压力波传播速度进行统计分析，得到在这一类型管道中传播的平均速度。[0036]优选地，在步骤4中，包括如下步骤:
[0037]-把压力交互信号变化的大小转化为压力波局部波速的变化，具体为:
[0038]
【权利要求】
1.一种输送管道水力探测评估方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:在沿着管道流动的管道流体中产生压力波； 步骤2:检测压力波与管道局部变异相互作用后产生的交互信号，其中，交互信号为通过所述压力波与管道局部变异发生作用反射回来的压力信号，用来补偿由于管道流体产生的压力效应，交互信号的特征即交互信号幅度的改变； 步骤3:通过接收到的交互信号的特征，确定压力波与局部管壁接触后的管壁状况； 步骤4:基于交互信号，确定管道状况中管道局部变异的范围。
2.根据权利要求1所述的输送管道水力探测评估方法，其特征在于，在所述步骤I中，具体地，沿管道在源位置改变管道压力和/或改变流体特征，其中，改变管道压力或改变流体特征包括在源位置排放流体和/或停止排放。
3.根据权利要求1所述的输送管道水力探测评估方法，其特征在于， 所述步骤3，具体包括如下步骤: 步骤3.1:发射瞬变压力波源； 步骤3.2:压力波与管道发生交互作用，并产生交互信号； 步骤3.3:接收交互信号； 步骤3.4:建立管道瞬变模型，解析压力波交互信号，确定管道状况。
4.根据权利要求1所述的输送管道水力探测评估方法，其特征在于，对于指定的反射波，都有与其对应的交互信号，所述步骤4包括如下步骤: 步骤4.1':建立管段瞬变模型； 步骤4.2丨:接收管段局部变异后的交互信号； 步骤4.3 ':确定Joukowsky方程变量参数； 步骤4.4':计算并确定管段变异范围； 其中，瞬变模型是通过如下步骤建立的: 步骤il:确定管道变异类型； 步骤i2:人工设定管道渗漏量； 步骤i3:确定压力波传播速度； 步骤i4:建立压力波管道传播统治方程； 步骤i5:瞬变模型校正。
5.根据权利要求1所述的输送管道水力探测评估方法，其特征在于，通过如下步骤来提高交互信号的强度: 步骤A:减脉冲步骤，具体为:去除交互信号中脉冲部分结合瞬变波头； 步骤B:低通过滤步骤，具体为:利用低通带宽的过滤器将通过步骤A处理后的交互信号进行过滤，将收到的滤波信号进一步去除； 步骤C:加脉冲步骤，具体为:将步骤A处理前的交互信号的脉冲部分重新引入通过步骤B处理后的交互信号，并生成无趋势信号。
6.根据权利要求1所述的输送管道水力探测评估方法，其特征在于，在步骤3中，通过补偿平均波速的变化可进一步精确管道变异的位置，其中平均波速的定义为:对不同时段压力波所对应的瞬时波速，通过对不同管段的压力波传播速度进行统计分析，得到在这一类型管道中传播的平均速度。
7.根据权利要求1所述的输送管道水力探测评估方法，其特征在于，在步骤4中，包括如下步骤: -把压力交互信号变化的大小转化为压力波局部波速的变化，具体为:
8.—种输送管道水力探测评估系统，其特征在于，包括如下装置: 第一压力波产生装置，用于在沿着管道流动的管道流体中产生压力波； 第一交互信号检测装置，用于检测压力波与管道局部变异相互作用后产生的交互信号，其中，交互信号为通过所述压力波与管道局部变化发生作用反射回来的压力信号，用来补偿由于管道流体产 生的压力效应，交互信号的特征即交互信号变化幅度的改变； 第一数据处理装置，用于通过接收到的交互信号的特征，确定压力波与局部管壁接触后的管壁状况，并基于交互信号，确定管道状况中管道局部变异的范围。
9.一种运载流体管道状态评估方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:沿着管道方向，在源位置产生压力波； 步骤2:在不同监测位置检测多个由压力波与管道局部变化相互作用后产生的交互信号，其中，交互信号为通过所述压力波与管道局部变异发生作用反射回来的压力信号，用来补偿由于管道流体产生的压力效应，交互信号的特征即交互信号变化幅度的改变；其中，检测位置包括源位置； 步骤3:通过交互信号时间确定管道中局部变化的位置； 步骤4:基于交互信号的特征判断管道局部变化的程度。
10.根据权利要求9所述的运载流体管道状态评估方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤: 步骤301:确定压力波在管道中的传播速度； 步骤302:记录压力波发射和接收时间差； 步骤303:基于速度时间公式计算管道局部变化的距离； 步骤304:计算管道局部变化位置相对于压力波源的位置。
11.根据权利要求9所述的运载流体管道状态评估方法评估方法，其特征在于，发射压力波与管道局部变化发生相互作用后，产生压力波交互信号，该交互信号对管道局部变化程度均有对应的交互信号强度，基于此反射信号强度特征确定管道局部变化大小。
12.一种运载流体管道状态评估方法评估系统，其特征在于，包括如下装置:第二压力波产生装置，用于沿着管道方向，在源位置产生压力波； 第二交互信号检测装置，用于在不同监测位置检测多个由压力波与管道局部变化相互作用后产生的交互信号，其中，交互信号为通过所述压力波与管道局部变异发生作用反射回来的压力信号，用来补偿由于管道流体产生的压力效应，交互信号的特征即交互信号变化幅度的改变；其中，检测位置包括源位置； 第二数据处理装置，通过交互信号时间确定管道中局部变化的位置，并基于交互信号的特征判断管道局部变化的程度。
【文档编号】G01N29/07GK104034800SQ201410113619
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李光, 刘红 申请人:李光, 刘红