管道泄漏检测方法及装置与流程

本申请涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种管道泄漏检测方法及装置。

背景技术：

随着中国经济的腾飞和运输工业的蓬勃发展，管道运输已成为继公路、铁路、水运和航空之后第五大交通运输方式。但由于管道管龄的增长，老化腐蚀、地质灾害及人为破坏等原因引起的管道泄漏事故时有发生，在造成经济损失和资源浪费的同时，也对环境造成了较大威胁。

目前，国内对管道泄漏进行检测的方法包括：流量平衡法、分布式光纤法等，流量平衡法根据管道进出口流量是否平衡来检测管道是否发生泄漏，但无法实现泄漏点的定位；分布式光纤法通过与管道平行铺设一条分布式光纤，通过获取管道沿线温度变化确定泄漏位置，该方法灵敏度较高，但铺设成本较高，且不易维护。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种管道泄漏检测方法及装置，与现有的管道泄漏检测方法相比，本发明实施例提供的管道泄漏检测方法能够实现准确定位的同时降低铺设成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种管道泄漏检测方法，所述方法包括：接收多个传感器分别获得的管道沿线的压力值；根据所述压力值的变化，获得泄漏点的初选位置，从所述多个传感器中确定所述泄漏点的初选位置的两侧的各两个传感器；根据所述初选位置的一侧的两个传感器发送的压力值获得第一压力梯度方程，根据所述初选位置的另一侧的两个传感器发送的压力值获得第二压力梯度方程；根据所述第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程，获得所述泄漏点的第一位置。

本发明实施例还提供了一种管道泄漏检测装置，应用于控制器，所述装置包括：压力值接收模块，用于接收多个传感器分别获得的管道沿线的压力值；初选位置获得模块，用于根据所述压力值的变化，获得泄漏点的初选位置，从所述多个传感器中确定所述泄漏点的初选位置的两侧的各两个传感器；梯度方程获得模块，用于根据所述初选位置的一侧的两个传感器发送的压力值获得第一压力梯度方程，根据所述初选位置的另一侧的两个传感器发送的压力值获得第二压力梯度方程；第一位置计算模块，用于根据所述第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程，获得所述泄漏点的第一位置。

本发明实施例提供的管道泄漏检测方法及装置的有益效果为：

本发明实施例提供的管道泄漏检测方法及装置包括：接收多个传感器分别获得的管道沿线的压力值。根据压力值的变化，可以获得泄漏点的初选位置，并从多个传感器中确定初选位置两侧的各两个传感器。根据初选位置两侧的各两个传感器分别获得第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程。再根据第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程获得泄漏点的第一位置。本发明实施例提供的管道泄漏检测方法通过多个传感器可以将管道分为由传感器分隔的小段，然后再根据传感器获得的压力值的变化确定管道泄漏点所在的小段，然后根据该小段两侧的传感器获得的压力值对管道泄漏点进行定位，与现有的管道泄漏检测方法相比，本发明实施例提供的管道泄漏检测方法能够在实现准确定位的同时降低铺设成本，有着较强的推广价值。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的管道泄漏检测方法的流程图；

图2是两加压站之间的多个传感器分布的结构示意图；

图3是正常工况与泄漏工况时压力分布的对比图；

图4是本发明实施例的一种具体实施方式提供的管道泄漏检测方法的流程图；

图5是获得负压波波速函数的方法的流程图；

图6是负压波波速函数拟合的曲线示意图；

图7是本发明实施例提供的管道泄漏装置的示意性结构框图；

图8是本发明实施例的一种具体实施方式提供的管道泄漏检测装置的示意性结构框图；

图9是与图5对应的装置的示意性结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参见图1，图1示出了本发明实施例提供的管道泄漏检测方法，包括如下步骤：

步骤S110，接收多个传感器10分别获得的管道沿线的压力值。

在管道运输中，优选地，在长输油气管道中，一段管道往往连接两个加压站20，多个传感器10则可以在两个加压站20之间均匀分布，也可以非均匀分布，并且在靠近加压站20的输入端以及输出端可以分别安装两只传感器10，详情请参见图2，多个传感器10中相邻两个传感器10之间的间距可以为n，并且靠近加压站20的位置可以连续设置两个传感器10。优选地，多个传感器10的数量可以大于或等于八个。

多个传感器10中的每个均获得管道沿线的压力值，并将压力值发送给控制器。通过多个传感器10的布设，适当缩短了压力梯度的区间，能够降低泄漏点定位的误差。

传感器10可以通过无线传输的方式向控制器发送获得的压力值，也可以通过通信光纤传输的方式向控制器发送获得的压力值，通信光纤可以将多个传感器串接，有利于降低铺设成本。传感器的具体传输方式不应该理解为是对本发明的限制。

步骤S120，根据所述压力值的变化，获得泄漏点的初选位置，从所述多个传感器10中确定所述泄漏点的初选位置的两侧的各两个传感器10。

控制器具体可以对比管道泄漏时所述管道沿线的压力值以及管道未泄漏时所述管道沿线的压力值，获得所述泄漏点的初选位置，管道沿线的压力值由上述的传感器10获得。详情请参见图3，管道泄漏时的泄漏工况曲线与管道未泄漏时的正常工况相比，泄漏点两侧的压力下降较大，且泄漏点上游压力梯度变陡，泄漏点下游的压力梯度变缓。具体在图3中，泄漏点在距离起点20千米至30千米的范围内。起点可以为管道两侧的加压站20中的一个。泄漏点上游指的是管道内运输的物质来的方向，泄漏点下游指的是管内内运输的物质流向的方向。同时，泄漏点两侧的传感器10能够首先检测到压力变化时产生的负压波脉冲信号，且信号较强。

步骤S130，根据所述初选位置的一侧的两个传感器10发送的压力值获得第一压力梯度方程，根据所述初选位置的另一侧的两个传感器10发送的压力值获得第二压力梯度方程。

根据泄漏点的初选位置的两侧的各两个传感器10分别获得第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程。具体地，如图3所示，已判断出泄漏点的初选位置在距起点20千米至30千米的范围内，则可以选取距起点10千米的传感器10以及距起点20千米的传感器10获得第一压力梯度方程，选取距起点30千米的传感器10以及距起点40千米的传感器10获得第二压力梯度方程。

步骤S140，根据所述第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程，获得所述泄漏点的第一位置。

第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程均可以为一元一次方程，联立第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程，可以解出唯一的解，该解即为泄漏点的第一位置。

本发明实施例提供的管道泄漏检测方法通过多个传感器10可以将管道分为由传感器10分隔的小段，然后再根据传感器10获得的压力值的变化确定管道泄漏点所在的小段，然后根据该小段两侧的传感器10获得的压力值对管道泄漏点进行定位，与现有的管道泄漏检测方法相比，本发明实施例提供的管道泄漏检测方法能够在实现准确定位的同时降低铺设成本，有着较强的推广价值。

详情请参见图4，图4示出了本发明实施例的一种具体实施方式提供的管道泄漏检测方法，包括如下步骤：

步骤S110，接收多个传感器10分别获得的管道沿线的压力值。

步骤S120，根据所述压力值的变化，获得泄漏点的初选位置，从所述多个传感器10中确定所述泄漏点的初选位置的两侧的各两个传感器10。

步骤S130，根据所述初选位置的一侧的两个传感器10发送的压力值获得第一压力梯度方程，根据所述初选位置的另一侧的两个传感器10发送的压力值获得第二压力梯度方程。

步骤S140，根据所述第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程，获得所述泄漏点的第一位置。

步骤S110至步骤S140与上述相同，在此便不做赘述。

步骤S150，接收所述初选位置的两侧的各一个传感器10分别获得的负压波信号，所述负压波信号包括第一子负压波信号以及第二子负压波信号。

在获取初选位置后，选择初选位置的两侧的各一个传感器10，初选位置两侧的各一个传感器10分别获得负压波信号。具体地，初选位置的两侧传感器10中的一个获得第一子负压波信号，另一个获得第二子负压波信号。

步骤S160，对所述第一子负压波信号以及第二子负压波信号分别进行小波变换。

控制器对第一子负压波信号以及第二子负压波信号进行小波变换处理，分别获得小波变换后的第一子负压波信号以及小波变换后的第二子负压波信号。

步骤S170，对进行小波变换后的第一子负压波信号以及第二子负压波信号分别通过滑动窗口算法寻找负压波拐点，所述负压波拐点包括与第一子负压波信号对应的第一负压波拐点以及与第二子负压波信号对应的第二负压波拐点。

设P1(i)为进行小波变换后的第一子负压波信号的负压波信号序列，其中，i为数据序列1、2……L中任意数据，L为数据序列的长度。选择滑动窗口的长度w，则

若Y1(i-W)-P1(i)≥ξ，则i为第一负压波拐点。其中，i＝0,1……L，ξ为选择的阈值。

设P2(m)为进行小波变换后的第二子负压波信号的负压波信号序列，其中，m为数据序列1、2……L中任意数据，L为数据序列的长度。选择滑动窗口的长度w，则

若Y2(m-W)-P2(m)≥ξ，则m为所述第二负压波拐点。其中，m＝0,1……L，ξ为选择的阈值。

步骤S180，根据所述第一负压波拐点以及第二负压波拐点获得所述初选位置的两侧的各一个传感器10之间的负压波信号时间差。

控制器获得初选位置的两侧的传感器10中的一个检测到第一负压波拐点的时间值，以及初选位置的两侧的传感器10中的另一个检测到第二负压波拐点的时间值，将两个时间值做差值运算，获得负压波信号时间差。

步骤S190，根据所述负压波信号时间差以及负压波波速函数，获得所述泄漏点的第二位置。

设初选位置的两侧的传感器10获得第一负压波拐点以及第二负压波拐点的时间分别为t1与t2，其中，靠近起点的传感器10可以获得第一负压波拐点的时间为t1，远离起点的传感器10获得第二负压波点的时间为t2，t1与t2的理论表达式分别为：

其中，初选位置的两侧的传感器10之间的间距为n，f(x)为负压波波速函数。

则时间差的表达式为：

设的原函数为F(x)，则可以根据以及F(x)获得对方程求解，获得x的值，所述初选位置的两侧中，靠近起点的所述传感器10的位置对应的数值与x的值之和为所述泄漏点的第二位置。

具体地，x的值为初选位置的两侧的传感器10中，靠近起点的传感器10距泄漏点的距离，故还需要与起点以及上述的靠近起点的传感器10之间的距离相加，才可以获得泄漏点的第二位置。详情参见图3，x的值为图3中20千米处的传感器10距泄漏点的距离。故x与20千米相加，才可以获得泄漏点的第二位置。

步骤S200，取所述第一位置与第二位置的平均值作为所述泄漏点的确定位置。

在获得第一位置以及第二位置后，可以取第一位置以及第二位置的平均值作为泄漏点的确定位置。

本发明实施例的具体实施方式采用两种方式分别获得一个泄漏点的位置，一种是通过获得压力梯度方程，并通过压力梯度方程联立求解的方式获得泄漏点的第一位置，另一种是通过获得负压波信号，进而根据负压波波速函数与负压波信号的时间差求出泄漏点的第二位置。然后对两个位置进行综合判断，获得泄漏点的确定位置，进一步提高了泄漏检测的准确性，还能够实现对突发性泄漏及缓慢泄漏的同时监测。

详情请参见图5，图5示出了获得负压波波速函数的一种具体方式，具体包括如下步骤：

步骤S181，接收所述多个传感器10分别获得的由于停泵产生的停泵负压波信号，并记录所述停泵负压波信号到达所述多个传感器10中的每个的到达时间。

在管道未泄漏时，对管道进行停泵处理，多个传感器10中的每个分别获得由于停泵产生的停泵负压波信号，并将停泵负压波信号发送至控制器。控制器在接收到传感器10获得的停泵负压波信号时，记录停泵负压波信号到达多个传感器10中的每个的到达时间。停泵需要在每次改变输送介质，待介质稳定后，才进行。

步骤S182，根据所述停泵负压波信号到达所述多个传感器10中的每个的到达时间、以及所述多个传感器10中的每相邻两个传感器10之间的间距，获得所述多个传感器10中的每相邻两个传感器10所在区间段的负压波波速。

用相邻两个传感器10之间的间距与停泵负压波信号到达这两个传感器10的到达时间的时间差相比，便可以获得这两个传感器10所在区间段的负压波波速。

步骤S183，对所述负压波波速进行数值拟合，获得负压波波速函数。

负压波波速函数的拟合方式为：以多个传感器10中每相邻两个传感器10所在区间段的中点距两个加压站20中的一个的距离为横坐标，以每相邻两个传感器10所在区间段的负压波波速为纵坐标，进行二次拟合或指数拟合，由此获得负压波波速函数f(x)，详情请参见图6。

本发明实施例具体通过负压波波速函数的数值拟合，实现了获得负压波波速在两加压站20之间的整个管道区间的函数，有利于提高泄漏点定位的精度。

详情请参见图7，图7示出了本发明实施例提供的一种管道泄漏检测装置，所述装置100包括：

压力值接收模块110，用于接收多个传感器10分别获得的管道沿线的压力值。

初选位置获得模块120，用于根据所述压力值的变化，获得泄漏点的初选位置，从所述多个传感器10中确定所述泄漏点的初选位置的两侧的各两个传感器10。

梯度方程获得模块130，用于根据所述初选位置的一侧的两个传感器10发送的压力值获得第一压力梯度方程，根据所述初选位置的另一侧的两个传感器10发送的压力值获得第二压力梯度方程。

第一位置计算模块140，用于根据所述第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程，获得所述泄漏点的第一位置。

图7示出的管道泄漏检测装置100与图1示出的方法相对应，在此便不做赘述。

详情请参见图8，所述装置100在包括上述模块的基础上，还包括：

负压波信号接收模块150，用于接收所述初选位置的两侧的各一个传感器10分别获得的负压波信号，所述负压波信号包括第一子负压波信号以及第二子负压波信号。

小波变换模块160，用于对所述第一子负压波信号以及第二子负压波信号分别进行小波变换。

负压波拐点获得模块170，用于对进行小波变换后的第一子负压波信号以及第二子负压波信号分别通过滑动窗口算法寻找负压波拐点，所述负压波拐点包括与第一子负压波信号对应的第一负压波拐点以及与第二子负压波信号对应的第二负压波拐点。

时间差获得模块180，用于根据所述第一负压波拐点以及第二负压波拐点获得所述初选位置的两侧的各一个传感器10之间的负压波信号时间差。

第二位置获得模块190，用于根据所述负压波信号时间差以及负压波波速函数，获得所述泄漏点的第二位置。

确定位置获得模块200，用于取所述第一位置与第二位置的平均值作为所述泄漏点的确定位置。

图8示出的装置100与图4示出的方法相对应，在此便不做赘述。

详情请参见图9，本发明实施例提供的管道泄漏检测装置100除包括上述的模块外，还包括：

停泵信息获得模块，用于接收所述多个传感器10分别获得的由于停泵产生的停泵负压波信号，并记录所述停泵负压波信号到达所述多个传感器10中的每个的到达时间。

负压波波速获得模块，用于根据所述停泵负压波信号到达所述多个传感器10中的每个的到达时间、以及所述多个传感器10中的每相邻两个传感器10之间的间距，获得所述多个传感器10中的每相邻两个传感器10所在区间段的负压波波速。

波速函数获得模块，用于对所述负压波波速进行数值拟合，获得负压波波速函数。

其中，负压波拐点获得模块包括：

第一拐点子模块，用于根据公式获得Y1(i)，若Y1(i-W)-P1(i)≥ξ，则i为所述第一负压波拐点，P1(i)为进行小波变换后的第一子负压波信号的负压波信号序列。

第二拐点子模块，根据公式获得Y2(m)，若Y2(m-W)-P2(m)≥ξ，则m为所述第二负压波拐点；其中，P2(m)为进行小波变换后的第二子负压波信号的负压波信号序列。

图9示出的模块与图5示出的方法相对应，在此便不做赘述。

本发明实施例提供的管道泄漏检测方法及装置包括：接收多个传感器10分别获得的管道沿线的压力值。根据压力值的变化，可以获得泄漏点的初选位置，并从多个传感器10中确定初选位置两侧的各两个传感器10。根据初选位置两侧的各两个传感器10分别获得第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程。再根据第一压力梯度方程以及第二压力梯度方程获得泄漏点的第一位置。本发明实施例提供的管道泄漏检测方法通过多个传感器10可以将管道分为由传感器10分隔的小段，然后再根据传感器10获得的压力值的变化确定管道泄漏点所在的小段，然后根据该小段两侧的传感器10获得的压力值对管道泄漏点进行定位，与现有的管道泄漏检测方法相比，本发明实施例提供的管道泄漏检测方法能够在实现准确定位的同时降低铺设成本，有着较强的推广价值。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。