基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法和检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气体泄漏检测技术领域，具体而言，涉及一种基于气泡声学的水下气 体泄漏量的检测方法和一种基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测装置。
【背景技术】
[0002] 现有的气体泄漏量测量技术能够在天然气管道的泄漏量测量上得到很好地体现。 在多年研宄的基础上，陆地上的天然气管道泄漏量检测已存在多种方法，但是其中绝大部 分方法只能对泄漏量进行大体评估，而无法进行较为准确的泄漏量计算。而在海洋环境中， 由于条件的特殊性，陆地上部分泄漏量测量无法适用，能够用于水下的气体泄漏量测量的 检测方法主要包括以下几种：
[0003] 1、质量或体积平衡法
[0004] 管道在正常运行状况下，管道内气体的流入量应与流出量应相等。当泄漏程度达 到一定水平后，流入量与流出量就出现明显的差值，当流量差大于一定阈值后就可判定为 泄漏。但是由于天然气的可压缩性比较强，流体密度和体积的容易受到温度、压力等环境因 素改变的影响，这说明建立流入量等于流出量基础上的方法在应用中不够完善，因此物质 平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用，其在泄漏量方面可以进行 大概的评估，但是无法进行较为准确的计算。
[0005] 2、瞬态模型法
[0006] 该方法和物质平衡法都建立在监视与数据采集（SupervisoryControlAndData Acquisition，SCADA)系统的基础上。瞬态模型法利用流体的质量、动量、能量守恒方程等 建立管内流体动态模型，此模型与实际管道同步运行，定时采集管道上的一组实际值，如管 道首末端的压力和流量，将实际测量值与模型管道中的流体的压力和流量值进行实时的比 较，通过比较测量值来判断是否发生检漏。若相差超过一定范围，则说明管道发生泄漏。该 方法可进行泄漏量的计算，但是由于实际情况的复杂性，瞬态模型往往不能贴合实际情况， 故无法真正获得较准确的泄漏量。
[0007] 3、分布式光纤测量法
[0008] 分布式光纤传感技术在实现物理量测量的同时可以实现信号的传输，在信号衰 减和抗干扰方面有着独特的优越性。该技术是根据管道中输送的物质泄漏会引起周围环境 温度的变化并引起沿管道敷设的光纤发生振动，使光线的光学特性发生变化，从而使光纤 的光信号产生变化（例如相位），当光信号的变化程度超过一定量，就可以判断发生了泄 漏，并可以对泄漏点的泄漏量进行大概的评估，但是估计能力较弱。
[0009] 4、摄像法
[0010] 由于光在水中的传播受到很大限制，大多数陆地上能够使用的光学泄漏检测方法 在水中无法使用，例如光谱吸收检测方法等。摄像法通过照相机对泄漏点的泄漏状况进行 拍照，利用获得的气体泄漏图像信息进行数字信号处理来分析泄漏速度。该方法能够获得 较准确的泄漏量，但是拍摄时照相机必须离泄漏点很近，同时水下光线较差，往往需要配备 光源，一般需要搭载ROV上，并需要与其它检测方法配合使用寻找泄漏点。
[0011] 5、声学法
[0012] 声学方法主要利用检测管道泄漏的产生的声信号（机械波）判断是否产生泄漏， 泄漏位置和评估泄漏规模。负压波法为其中的一种典型方法[23]，当管道发生泄漏时，由 于管道内的油气向外泄漏，导致泄漏点处的管道内压力突然下降，管道内的压降信号会由 泄漏处向上/下游传播，这种压降信号被称为负压波。负压波在管道中传播的过程中，受到 管壁的波导作用，故传播衰减较小，可以进行长距离的传播。负压波的传播速度即为声波在 流体中的传播速，利用负压波通过上/下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速 度，可以计算出泄漏点位置。通过负压波的变化程度，该方法可以大概估计泄漏量的大小， 但是无法进行较为准确的计算。
[0013] 上述方法中，除摄像检测法外，都无法对泄漏源的泄漏量进行较为准确的计算，只 能对泄漏规模进行大概的评估。其中，物质平衡法、瞬态模型法和声学法适用范围仅限于天 然气管道，无法适用非管道模型的场合，例如海底碳封存地的气体泄漏检测。摄像检测法 虽能够对泄漏源的泄漏量进行较为准确的计算，但其检测距离太短极大地限制了其实际应 用，适合用于对已知位置的泄漏点进行近距离的泄漏状态监测，危险性较高。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种新的泄漏检测方法，不但能够对泄漏 量行较为准确的计算，而且可以实现远场的测量。
[0015] 因此，本发明的技术方案如下：
[0016] 一种基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法，根据获取的泄漏监测点的气泡 的声信号计算第i个气泡的共振频率 Vi，得到所述泄漏监测点的气体泄漏量
【主权项】
1. 一种基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法，其特征在于： 根据获取的泄漏监测点的气泡的声信号计算第i个气泡的共振频率Vi，得到所述泄漏 监测点的气体泄漏量
其中，T为声信号采集的持续时间，M为在时间T内共检测的气泡数量，P为气泡周围 液体密度，κ i为第i个气泡的多变指数，p ^为气泡周围液体压强。
2. 根据权利要求1所述的基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法，其特征在于， 利用频域分析法，对获取的每个气泡的信号段进行傅立叶变换，选取频域上幅值最大的频 率作为该气泡的共振频率。
3. 根据权利要求1所述的基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法，其特征在于， 对获取的每个气泡的信号段进行时频分析，取能量峰值的3dB衰减值作为截止阈值，将能 量值大于截止阈值的能量点绘制于图中，利用这些点对气泡频率进行计算获得该气泡的共 振频率。
4. 一种基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测装置，其特征在于，包括： 水听器，用于获取的泄漏监测点的气泡的声信号并转化为电信号发送至处理器； 温度计，连接至所述处理器，用于检测泄漏监测点的气泡周围的温度并发送至所述处 理器； 密度计，连接至所述处理器，用于检测泄漏监测点的气泡周围的液体密度P并发送至 所述处理器； 压力计，连接至所述处理器，用于检测泄漏监测点的气泡周围的压强Ptl并发送至所述 处理器； 所述处理器，用于根据所述电信号计算第i个气泡的共振频率Vi，根据所述温度计检测 到的温度、密度P和压强Ptl计算第i个气泡的多变指数κ i，得到所述泄漏监测点的气体 泄漏量
其中，T为声信号采集的持续时间，M为在时间T内共检测的气泡数量。
【专利摘要】本发明的技术方案如下公开了一种基于气泡声学的水下气体泄漏量的检测方法，根据获取的泄漏监测点的气泡的声信号计算第i个气泡的共振频率vi，得到所述泄漏监测点的气体泄漏量其中，T为声信号采集的持续时间，M为在时间T内共检测的气泡数量，ρ为气泡周围液体密度，κi为第i个气泡的多变指数，p0为气泡周围液体压强。本发明中的泄漏检测方法，不但能够对泄漏量行较为准确的计算，而且可以实现远场的测量。
【IPC分类】G01M3-24
【公开号】CN104535275
【申请号】CN201410763896
【发明人】靳世久, 杜飞, 王点, 李一博, 曾周末
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月11日