[发明专利]基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法

说明书

本发明公开了一种基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，包括：建立管道机理模型；将Brunone模型引入到动量平衡方程中，根据伯努利方程经过推导优化得到管道总长优化方程；采集化工生产管道首端、末端和中间位置的流量和压力值；先设定初始值，得到化工生产管道的计算长度L，然后向管道机理模型输入化工生产管道首端采集的流量和压力值带入，得到化工生产管道的沿程的压头H和化工生产管道的流速v，通过计算与实际值相对误差和，如相对误差和小于设定阈值；采用经过参数优化的管道机理模型实时计算化工生产管道的压力和流量。本发明进一步提高了基于模型法在化工过程管道监测的可靠性。

技术领域

本发明涉及化工安全生产管道监控技术领域，具体涉及一种基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法。

背景技术

管道是一种安全、高效、节能的输送流体的方式之一，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。在化学工业中，管道常常由于老化、腐蚀、焊接不好、第三方破坏等因素产生泄漏问题，目前常规的管道泄漏检测方法主要分为基于模型法和基于数据驱动法两大类。基于数据驱动法主要依赖于数据收集来执行信号处理和用于泄漏检测的统计分析，但它不需要任何关于系统的具体深入知识，只需要通过机器学习算法或人工智能算法，从采集的历史数据中获取管道泄漏特征和知识，由于这种方法强烈依赖于所采集的信号，而忽略了管道内部的机理信息，并且采用的机器学习算法需要对样本进行训练而限制了一些需要在线监测的情况；基于模型法的发展有效地利用了管道的物理信息，通过建立机理模型，利用采集的压力和流量信号，有效地分析了管道在各个状态中运行的情况，但是现有的管道机理模型大部分运用于石油运输领域中，在化学工业领域还比较少。石油运输的管道由于具有距离长，流量大等特点，其流体力学性质受到局部阻力单元的影响往往比具有短、分支多、弯头多等特点的化工过程管道受到的影响很小。

为了提高模型的精度，传统的管道机理模型在连续性方程和运动方程的基础上，提出采用拟恒定摩阻改进了水力学模型，在一定程度上解决了瞬态过程中对流效应的影响，但在求解时对拟恒定摩阻项做了各阶精度近似处理，模拟效果依然不尽人意。之后Brunone提出了IAB(Instantaneous Accelerationbased)经验摩阻模型，考虑模型在瞬态过程中的瞬时加速度的影响，有效提高了模型建立的精度。但是，在现有的研究中，很多基于模型的算法还无法有效地结合化工过程管道的特点进行设计，导致在实际运用中，由于所建立的模型缺乏机理信息而导致在运用该方法进行管道泄漏检测中存在较高的误报率和漏报率，甚至在定位中，无法准确获得泄漏位置，检测效果不尽人意。

发明内容

针对现有基于模型法在化工过程管道运用中存在的问题，本发明提出了一种基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，能够有效地解决化工领域中，管道存在较多弯头和其他局部阻力附件的情况下，模型建立的精度问题，进一步提高了基于模型法在化工过程管道监测的可靠性。

一种基于混沌粒子群的化工生产管道实时瞬态模型的建立及计算方法，包括以下步骤：

步骤1.1：建立管道机理模型；

将Brunone模型引入到动量平衡方程中，得到动量平衡方程和Brunone模型组合，根据伯努利方程经过推导优化得到管道总长优化方程；

步骤1.2：采集化工生产管道首端、末端和中间位置的流量和压力值，其中，化工生产管道首端的流量和压力值作为优化管道机理模型的数据，化工生产管道末端和中间位置的流量和压力值用于验证经过优化后的管道机理模型模型参数ζ_B和α；