輸送管道水力探測和運載流體管道狀態(tài)評估方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種輸送管道水力探測評估方法，包括步驟：步驟1：在沿著管道流動的管道流體中產(chǎn)生壓力波；步驟2：檢測壓力波與管道局部變異相互作用后產(chǎn)生的交互信號，其中，交互信號為通過所述壓力波與管道局部變異發(fā)生作用反射回來的壓力信號，用來補(bǔ)償由于管道流體產(chǎn)生的壓力效應(yīng)，交互信號的特征即交互信號幅度的改變；步驟3：通過接收到的交互信號的特征，確定壓力波與局部管壁接觸后的管壁狀況；步驟4：基于交互信號，確定管道狀況中管道局部變異的范圍。本發(fā)明可應(yīng)用于多種輸送用途的管道中，并可用于包括金屬管，陶瓷管和塑料管在內(nèi)的各種材質(zhì)的管道中，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】輸送管道水力探測和運載流體管道狀態(tài)評估方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管道評估領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于管道狀態(tài)中局部變化的評估，具體涉及輸送管道水力探測和運載流體管道狀態(tài)評估方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]管網(wǎng)是供排水企業(yè)最主要的基礎(chǔ)設(shè)施，管網(wǎng)的主要作用是輸送或?qū)⒎稚⒌牧黧w收集。管網(wǎng)還可進(jìn)行石油和天然氣的輸送。根據(jù)不同的需求，這些管網(wǎng)可建在地上或埋于地下。當(dāng)金屬管道的保護(hù)襯里遭到破壞時，隨著時間的變化，內(nèi)部管壁會形成腐蝕，并導(dǎo)致滋生結(jié)核桿菌。金屬管道外部也會發(fā)生腐蝕，管道上的金屬生成腐蝕副產(chǎn)物并在管道表面形成凹坑。以水泥管為例，水泥管破損后，水泥浸出液會流入管道進(jìn)入水體中。這些會導(dǎo)致管壁變薄，管道彈性強(qiáng)度損失等問題，這些問題會造成爆管風(fēng)險的增加。
[0003]爆管問題的存在，尤其是對大容量的管道爆管，會對周圍居民和環(huán)境造成重大影響。因此，公用事業(yè)單位需要花費大量的工作進(jìn)行管道狀態(tài)評估，并對出現(xiàn)問題的管道進(jìn)行檢測并修復(fù)。隨著管網(wǎng)使用年限的增加，為保證管網(wǎng)運行安全可靠，對管網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)的維護(hù)很重要。
[0004]傳統(tǒng)管道狀態(tài)檢測的方法有多種，其中應(yīng)用最多的是侵入式檢測方法，即從管道截口斷面取樣觀察腐蝕程度，但是這種破壞式測試方法漸漸不被業(yè)內(nèi)采用，主要是由于采樣需要開挖管道，并且在采樣后需要對管道進(jìn)行后續(xù)的修復(fù)。另一種檢測技術(shù)即閉路電視(CCTV)攝像技術(shù)，這種技術(shù)通常需要伸入到管道中，而且僅僅通過攝像對管壁狀況進(jìn)行視覺上的分類。其他非侵入式檢測方法如超聲波測量儀，在一個給定的測量位置，直接測定管壁厚度，這種方法取決于管道是在地上還是在地下。另外，超聲波測量技術(shù)需要對某一區(qū)域管道位置進(jìn)行預(yù)評估，而對于大片區(qū)域中離散分布的管道位置采用此種方法耗時費力。以上兩種技術(shù)均只能探測到指定位置的管道信息，但是對管壁的破損情況不能準(zhǔn)確的評估。
[0005]另一種無損檢測技術(shù)即在管道的初始端發(fā)射聲音信號，沿著管道在其下游的位置檢測聲信號，通過記錄從管道發(fā)射端到檢測端聲波的平均傳播速度，可推斷出聲波經(jīng)過部分的管道狀況。此過程具有非破損檢測的優(yōu)勢，但是聲波檢測技術(shù)只能對測量區(qū)間的管道質(zhì)量進(jìn)行累計測量，不能對管壁發(fā)生破損的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。
[0006]在平均測量得到的結(jié)果中，其中有一大部分無需更換的管道會被替換掉，這是由于管壁破損情況分布不均，且管道在生產(chǎn)和安裝過程中都會存在缺陷。公用事業(yè)單位在管網(wǎng)維護(hù)管理工作中，主要是發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)出現(xiàn)問題的管道區(qū)域，而不是將整根管道替換。
[0007]綜上所述，本發(fā)明專利開發(fā)一種新的技術(shù)和方法，評估管道現(xiàn)狀，并提高判斷管道破損的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種管道狀態(tài)評估系統(tǒng)與方法，該評估方法主要包括沿管道方向產(chǎn)生壓力波，并檢測壓力波與管道中出現(xiàn)局部變異的管道發(fā)生相互作用后的壓力波交互信號，根據(jù)檢測到的信號分析管道狀況。該方法還包括根據(jù)壓力波交互信號接收的時序確定管道發(fā)生局部變異的位置，根據(jù)接收的壓力波交互信號特征確定管道發(fā)生變異的范圍。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提供的一種輸送管道水力探測評估方法，包括如下步驟:
[0010]步驟1:在沿著管道流動的管道流體中產(chǎn)生壓力波；
[0011]步驟2:檢測壓力波與管道局部變異相互作用后產(chǎn)生的交互信號，其中，交互信號為通過所述壓力波與管道局部變異發(fā)生作用反射回來的壓力信號，用來補(bǔ)償由于管道流體產(chǎn)生的壓力效應(yīng)，交互信號的特征即交互信號幅度的改變；
[0012]步驟3:通過接收到的交互信號的特征，確定壓力波與局部管壁接觸后的管壁狀況；
[0013]步驟4:基于交互信號，確定管道狀況中管道局部變異的范圍。
[0014]優(yōu)選地，在所述步驟I中，具體地，沿管道在源位置改變管道壓力和/或改變流體特征，其中，改變管道壓力或改變流體特征包括在源位置排放流體和/或停止排放。
[0015]優(yōu)選地,所述步驟3,具體包括如下步驟:
[0016]步驟3.1:發(fā)射瞬變壓力波源；
[0017]步驟3.2:壓力波與管道發(fā)生交互作用，并產(chǎn)生交互信號；
[0018]步驟3.3:接收交互信號；
[0019]步驟3.4:建立管道瞬變模型，解析壓力波交互信號，確定管道狀況。
[0020]優(yōu)選地，其特征在于，對于指定的反射波，都有與其對應(yīng)的交互信號，所述步驟4包括如下步驟:
[0021]步驟4.1 ':建立管段瞬變模型；
[0022]步驟4.2丨:接收管段局部變異后的交互信號；
[0023]步驟4.3 ':確定Joukowsky方程變量參數(shù)；
[0024]步驟4.4丨:計算并確定管段變異范圍；
[0025]其中，瞬變模型是通過如下步驟建立的:
[0026]步驟il:確定管道變異類型；
[0027]步驟i2:人工設(shè)定管道滲漏量；
[0028]步驟i3:確定壓力波傳播速度；
[0029]步驟i4:建立壓力波管道傳播統(tǒng)治方程；
[0030]步驟i5:瞬變模型校正。
[0031]優(yōu)選地，通過如下步驟來提高交互信號的強(qiáng)度:
[0032]步驟A:減脈沖步驟，具體為:去除交互信號中脈沖部分結(jié)合瞬變波頭；
[0033]步驟B:低通過濾步驟，具體為:利用低通帶寬的過濾器將通過步驟A處理后的交互信號進(jìn)行過濾，將收到的濾波信號進(jìn)一步去除；
[0034]步驟C:加脈沖步驟，具體為:將步驟A處理前的交互信號的脈沖部分重新引入通過步驟B處理后的交互信號，并生成無趨勢信號。
[0035]優(yōu)選地，在步驟3中，通過補(bǔ)償平均波速的變化可進(jìn)一步精確管道變異的位置，其中平均波速的定義為:對不同時段壓力波所對應(yīng)的瞬時波速，通過對不同管段的壓力波傳播速度進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到在這一類型管道中傳播的平均速度。[0036]優(yōu)選地，在步驟4中，包括如下步驟:
[0037]-把壓力交互信號變化的大小轉(zhuǎn)化為壓力波局部波速的變化，具體為:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種輸送管道水力探測評估方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:在沿著管道流動的管道流體中產(chǎn)生壓力波； 步驟2:檢測壓力波與管道局部變異相互作用后產(chǎn)生的交互信號，其中，交互信號為通過所述壓力波與管道局部變異發(fā)生作用反射回來的壓力信號，用來補(bǔ)償由于管道流體產(chǎn)生的壓力效應(yīng)，交互信號的特征即交互信號幅度的改變； 步驟3:通過接收到的交互信號的特征，確定壓力波與局部管壁接觸后的管壁狀況； 步驟4:基于交互信號，確定管道狀況中管道局部變異的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送管道水力探測評估方法，其特征在于，在所述步驟I中，具體地，沿管道在源位置改變管道壓力和/或改變流體特征，其中，改變管道壓力或改變流體特征包括在源位置排放流體和/或停止排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送管道水力探測評估方法，其特征在于， 所述步驟3，具體包括如下步驟: 步驟3.1:發(fā)射瞬變壓力波源； 步驟3.2:壓力波與管道發(fā)生交互作用，并產(chǎn)生交互信號； 步驟3.3:接收交互信號； 步驟3.4:建立管道瞬變模型，解析壓力波交互信號，確定管道狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送管道水力探測評估方法，其特征在于，對于指定的反射波，都有與其對應(yīng)的交互信號，所述步驟4包括如下步驟: 步驟4.1':建立管段瞬變模型； 步驟4.2丨:接收管段局部變異后的交互信號； 步驟4.3 ':確定Joukowsky方程變量參數(shù)； 步驟4.4':計算并確定管段變異范圍； 其中，瞬變模型是通過如下步驟建立的: 步驟il:確定管道變異類型； 步驟i2:人工設(shè)定管道滲漏量； 步驟i3:確定壓力波傳播速度； 步驟i4:建立壓力波管道傳播統(tǒng)治方程； 步驟i5:瞬變模型校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送管道水力探測評估方法，其特征在于，通過如下步驟來提高交互信號的強(qiáng)度: 步驟A:減脈沖步驟，具體為:去除交互信號中脈沖部分結(jié)合瞬變波頭； 步驟B:低通過濾步驟，具體為:利用低通帶寬的過濾器將通過步驟A處理后的交互信號進(jìn)行過濾，將收到的濾波信號進(jìn)一步去除； 步驟C:加脈沖步驟，具體為:將步驟A處理前的交互信號的脈沖部分重新引入通過步驟B處理后的交互信號，并生成無趨勢信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送管道水力探測評估方法，其特征在于，在步驟3中，通過補(bǔ)償平均波速的變化可進(jìn)一步精確管道變異的位置，其中平均波速的定義為:對不同時段壓力波所對應(yīng)的瞬時波速，通過對不同管段的壓力波傳播速度進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到在這一類型管道中傳播的平均速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸送管道水力探測評估方法，其特征在于，在步驟4中，包括如下步驟: -把壓力交互信號變化的大小轉(zhuǎn)化為壓力波局部波速的變化，具體為:
8.—種輸送管道水力探測評估系統(tǒng)，其特征在于，包括如下裝置: 第一壓力波產(chǎn)生裝置，用于在沿著管道流動的管道流體中產(chǎn)生壓力波； 第一交互信號檢測裝置，用于檢測壓力波與管道局部變異相互作用后產(chǎn)生的交互信號，其中，交互信號為通過所述壓力波與管道局部變化發(fā)生作用反射回來的壓力信號，用來補(bǔ)償由于管道流體產(chǎn) 生的壓力效應(yīng)，交互信號的特征即交互信號變化幅度的改變； 第一數(shù)據(jù)處理裝置，用于通過接收到的交互信號的特征，確定壓力波與局部管壁接觸后的管壁狀況，并基于交互信號，確定管道狀況中管道局部變異的范圍。
9.一種運載流體管道狀態(tài)評估方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:沿著管道方向，在源位置產(chǎn)生壓力波； 步驟2:在不同監(jiān)測位置檢測多個由壓力波與管道局部變化相互作用后產(chǎn)生的交互信號，其中，交互信號為通過所述壓力波與管道局部變異發(fā)生作用反射回來的壓力信號，用來補(bǔ)償由于管道流體產(chǎn)生的壓力效應(yīng)，交互信號的特征即交互信號變化幅度的改變；其中，檢測位置包括源位置； 步驟3:通過交互信號時間確定管道中局部變化的位置； 步驟4:基于交互信號的特征判斷管道局部變化的程度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的運載流體管道狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述步驟3包括如下步驟: 步驟301:確定壓力波在管道中的傳播速度； 步驟302:記錄壓力波發(fā)射和接收時間差； 步驟303:基于速度時間公式計算管道局部變化的距離； 步驟304:計算管道局部變化位置相對于壓力波源的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的運載流體管道狀態(tài)評估方法評估方法，其特征在于，發(fā)射壓力波與管道局部變化發(fā)生相互作用后，產(chǎn)生壓力波交互信號，該交互信號對管道局部變化程度均有對應(yīng)的交互信號強(qiáng)度，基于此反射信號強(qiáng)度特征確定管道局部變化大小。
12.一種運載流體管道狀態(tài)評估方法評估系統(tǒng)，其特征在于，包括如下裝置:第二壓力波產(chǎn)生裝置，用于沿著管道方向，在源位置產(chǎn)生壓力波； 第二交互信號檢測裝置，用于在不同監(jiān)測位置檢測多個由壓力波與管道局部變化相互作用后產(chǎn)生的交互信號，其中，交互信號為通過所述壓力波與管道局部變異發(fā)生作用反射回來的壓力信號，用來補(bǔ)償由于管道流體產(chǎn)生的壓力效應(yīng)，交互信號的特征即交互信號變化幅度的改變；其中，檢測位置包括源位置； 第二數(shù)據(jù)處理裝置，通過交互信號時間確定管道中局部變化的位置，并基于交互信號的特征判斷管道局部變化的程度。
【文檔編號】G01N29/07GK104034800SQ201410113619
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】李光, 劉紅 申請人:李光, 劉紅