[发明专利]一种用应变箍传感器阵列进行管道泄漏监测和定位的方法

说明书

技术领域

本发明属于管道监测技术领域，涉及到一种管道泄漏监测和定位的方法，特别涉及到一种用应变箍传感器阵列进行管道泄漏监测和定位的方法。

背景技术

油气管道在运营过程中，由于自身的损伤以及某些外力的破坏作用，不可避免的会发生泄漏事故，而一旦发生泄漏，不仅产生巨大的资源浪费，而且还会对环境造成污染，因此对管道泄漏的监测和泄漏定位显得尤为重要。

当管道发生泄漏时，其泄漏部分立即有物质损失，由此引起泄漏位置处的流体密度减小，压力下降，流体在泄漏点和相邻的两边区域之间的压力差导致流体从上下游区域流体向泄漏区域填充，从而又引起与泄漏区相邻的区域密度和压力的降低，这种现象依次向泄漏区上下游扩散，称为负压波。因此有专家学者提出一种通过负压波进行泄漏监测和定位的方法，并且已经应用于实际工程。这种方法通过安装在管道首末两端的压力传感器采集负压波信号，目的是得到负压波传播到管道首末两端的时间差，然后利用负压波波速计算出泄漏点位置。这种方法可以对管道泄漏进行实时监测，但是泄漏定位时需要通过负压波波速求解泄漏点位置，而负压波的传播速度并非常数，它与管壁的弹性、液体的压缩性、管道的摩擦系数等因素有关，因此通过负压波波速进行泄漏定位计算将导致泄漏定位精度较低；而且负压波在传输过程中会出现能量衰减，导致一些长输管道受最小可检漏率的影响，管道首末两端的压力传感器测量不到负压波，导致部分泄漏工况无法检测；另外一旦管道首末端的两个压力传感器的其中一个失效，就将无法得到负压波传播到管道首末两端的时间差，这将导致泄漏定位失败，因此有必要研究一种能够克服这些不足的管道泄漏监测和定位方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过应变箍传感器阵列进行管道泄漏监测和定位的方法，解决传统的通过压力传感器测量负压波进行管道泄漏监测和定位方法存在的不足。

本发明的技术方案是：

由材料力学可知，管道内部压力会使管道外壁产生环向变形，如公式(1)所示：

Δϵy=Δσy-υΔσzE---(1)]]>

其中，Δε_y为管道外壁环向应变，υ为管道泊松比，Δσ_y为管道外壁环向应力，Δσ_z为管道外壁轴向应力，E为管道弹性模量。

假定管道为无限长，则管道内部压力导致的管道外壁轴向应变Δσ_z可忽略不计，即Δσ_z＝0；同时，由材料力学基本原理可知，其中Δp为管道内部压力，R为管道内径，d为管道壁厚。将Δσ_z和Δσ_y的值带入公式(1)，可得到关系式：

Δϵy=RΔπdE---(2)]]>

由公式(2)可知，Δε_y与Δp成正比，因为负压波在管道内部由泄漏点开始向上下游传播导致所到位置处的管道内部压力降低，并且在泄漏发生的短时间内d、E、R为常量，所以管道外壁环向应变时程可以间接反映负压波时程，基于这个原理，我们提出通过应变箍传感器阵列测量管道外壁环向应变，利用管道外壁环向应变时程反映负压波时程，进而实现对管道泄漏的监测。