一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统及方法

1.本发明属于管道监测领域，具体涉及一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统及方法。


背景技术：

2.我国建有大量天然气集输管网，如西气东输、川气东送及中俄管线等，这些天然气集输管道沿线地质环境复杂，管道腐蚀、自然和人为破坏，以及管道自身缺陷等，均可导致埋地管道破坏而引起的泄漏事故，造成巨大经济损失和人员伤亡，甚至严重威胁人类的生存环境，引发灾难性后果。因此，对天然气集输管道泄漏扰动进行实时精准探测、辨识、告警及定位，是降低因天然气管道泄漏而造成巨大经济损失，避免重大事故发生，保障生命财产安全关键所在。
3.目前，对于天然气集输管道泄漏扰动的探测、辨识及告警技术有很多，如物质平衡法、压力梯度法、负压波法及次声波法等。但是，这些传统探测技术均是基于两点法探测扰动参数（如流量、压力和次声波等），并依据扰动参数探测结果，识别两探测点之间管线的泄漏位置；这些技术只适用于单泄漏事件探测；同时，上述传统探测技术在输油管道得到了广泛应用，并取得很好效果，但是由于天然气的可压缩性，其难以适应输气管道的泄漏探测及定位，从而造成误报率高和可靠性低等问题。
4.通过监测气液混输埋地天然气管道泄漏流致土壤振动噪声信号，可以实现泄漏事件在时间-空间域的实时、长距离及全方位多点精准探测，已逐渐成为埋地天然气管道泄漏探测及智能识别的新方式。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统及方法，利用专属实验测试系统，通过布置三种传感系统，得到泄漏孔附近流体的脉冲压力、泄漏流致管壁振动特性和土壤振动噪声的时/频特性。
6.本发明的技术方案是：一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统及方法，该系统由气体环路、水环路、测试环路、控制系统和测试系统五部分组成；该方法包括泄漏孔压力脉动特性测试、流致管壁振动加速度特性测试、流致土壤振动噪声的时/频特性测试。
7.具体的，气体环路包括高压氮气瓶组1、减压阀2、压力表3、电动调节阀4、流量计5、止回阀6；利用高压氮气瓶组1输出的氮气模拟天然气泄漏气源。
8.具体的，水环路包括蓄水池10、定压泵11、压力表12、高压水箱13、电动调节阀14、流量计15、止回阀16；利用定压泵11将蓄水池10中水吸入高压水箱13；利用电动调节阀14持续输出高压水箱13中高压水，调节管道内气液比。
9.具体的，测试环路包括气水混合器7、减震支座8、减震支座9、压力表20、电动调节阀21、减震支座22、气水泄放池23；气体环路和水环路输出的气源和高压水在气水混合器7
中混合形成气液混合态；通过控制实验段泄漏孔的开启，模拟埋地管道泄漏过程；具体的控制系统基于plc控制器，将减压阀2、压力表3、电动调节阀4、流量计5、定压泵11、压力表12、电动调节阀14、流量计15、压力表20、电动调节阀21通过控制回路24分别与plc控制器电性连接。
10.具体的，测试系统包括采用压力传感器17的泄漏孔脉冲压力测试系统、土壤振动加速度传感器18的土壤振动加速度测试系统、管壁振动加速度传感器19的管壁振动加速度测试系统；测试系统将监测信号传输至终端，形成特性-时间信号图。
11.进一步的，将压力表3、流量计5、压力表12、流量计15、压力表20信号反馈到控制系统，通过编程器将程序写入plc存储器，根据实验所需工况，利用plc控制器负反馈调节减压阀2、电动调节阀4，控制管道内运行压力和天然气流量；根据流量计5监测管道内天然气流量，利用plc控制器负反馈调节定压泵11、电动调节阀14，控制管道内气液混合比；二者通过气水混合器7后的气液混合比范围控制在60%-100%。
12.进一步的，在管道泄漏孔处安装压力传感器，通过感应泄漏孔处不断喷射的气液流冲击力，得到泄漏孔处压力-时间脉动特性；在泄漏孔截面管壁上布置11个管壁振动加速度传感器，泄漏孔两侧紧密布置2个，泄漏孔近端共6个，相邻空间夹角为30
°
，泄漏孔远端共3个相邻空间夹角为45
°
，全方位感应因泄漏流致管壁振动加速度特性；在泄漏孔附近土壤处布置10组土壤振动加速度传感器，泄漏孔近端共7组，相邻空间夹角为30
°
，泄漏孔远端共3组，相邻空间夹角为45
°
，每组设有5个土壤振动加速度传感器，各传感器间相邻0.2m。传感器监测土壤振动噪声的时/频特性范围为1m。
13.本发明的有益效果是：本发明提供的一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统及方法，模拟气液混输埋地天然气管道泄漏过程，采用plc控制器对系统中阀门开度进行智能调节，利用测试系统对泄漏流致振动噪声特性进行监测，得到泄漏孔附近流体的脉冲压力、泄漏流致管壁振动特性和土壤振动噪声的时/频特性。该实验测试系统及方法明确了埋地管道泄漏流致土壤振动噪声的产生、传播及衰减特征，为埋地天然气管道泄漏监测领域提供了一种智能便捷、预警迅速、定位准确的泄漏特性信号监测新方法。
附图说明
14.图1是本发明实施示例实验台布置原理图；图2是实验测试区域传感器布置图。
15.1高压氮气瓶组、2减压阀、3压力表、4电动调节阀、5流量计、6止回阀、7气水混合器、8减震支座、9减震支座、10蓄水池、11定压泵、12压力表、13高压水箱、14电动调节阀、15流量计、16止回阀、17压力传感器、18土壤振动加速度传感器、19管壁振动加速度传感器、20压力表、21电动调节阀、22减震器、23气水泄放池、24控制回路。
具体实施方式
16.为了更详尽的表述本发明提供的技术方案，下面通过具体实施例进行进一步的说明。
17.如图1所示为本实施例提供的一种气液混输埋地天然气管道泄漏流致振动噪声特性的实验台系统原理图，由气体环路、水环路、测试环路、控制系统和测试系统五部分组成。
气体环路和水环路模拟天然气管道中天然气和水部分；在测试环路中安装具有不同泄漏孔径的管道模拟泄漏发生；控制系统连接气体环路、水环路和测试环路中的控制阀门，利用plc控制器达到智能调控的目的；测试系统采用压力传感器17的泄漏孔脉冲压力测试系统、土壤振动加速度传感器18的土壤振动加速度测试系统、管壁振动加速度传感器19的管壁振动加速度测试系统，将监测信号传输至终端转化成特性-时间信号，得到泄漏孔脉冲压力-时间脉动特性、流致管壁振动加速度-时间特性和流致土壤振动噪声的频率-时间特性。
18.本实施例提供气液混输埋地天然气管道泄漏流致振动噪声特性的的工作原理和过程如下：将高压氮气瓶组1作为模拟天然气气源，利用plc控制器在控制终端调整减压阀2和电动调节阀4的开度，控制管道内运行压力，模拟不同测试压力工况，测试压力范围在1-12mpa；根据流量计5反馈的信号，控制系统调整电动调节阀14开度，调节水流量，使管道内气液混合比维持在60%-100%，定压泵11起到维持高压水箱13内压力，保证水流量供应充足稳定的作用；天然气和水在气水混合器7中混合，模拟实际天然气组分进入到测试环路中。
19.测试环路中的测试管段埋置于土壤中，测试管段的泄漏孔径在3-30mm间不等，属于小孔泄漏范围。一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统，由气体环路、水环路、测试环路、控制系统和测试系统五部分组成；一种气液混输埋地管道振动噪声特性实验测试系统方法，包括泄漏孔压力脉动特性测试、流致管壁振动加速度特性测试、流致土壤振动噪声的时/频特性测试。在管道泄漏孔处安装压力传感器，通过感应泄漏孔处不断喷射的气液流冲击力，得到泄漏孔处压力-时间脉动特性；在泄漏孔截面管壁上布置11个管壁振动加速度传感器，泄漏孔两侧紧密布置2个，泄漏孔近端共6个，相邻空间夹角为30
°
，泄漏孔远端共3个相邻空间夹角为45
°
，全方位感应因泄漏流致管壁振动加速度特性；在泄漏孔附近土壤处布置10组土壤振动加速度传感器，泄漏孔近端共7组，相邻空间夹角为30
°
，泄漏孔远端共3组，相邻空间夹角为45
°
，每组设有5个土壤振动加速度传感器，各传感器间相邻0.2m。传感器监测土壤振动噪声的时/频特性范围为1m。详细布置分布见图2。
20.在测试环路的管道上合理布置减震支座8、减震支座9和减震器22，防止因泄漏致非测试段振幅过大对测试段造成较大实验干扰。
21.将压力表20、电动调节阀21与plc控制器连接，调整电动调节阀21开度，控制泄放流量，保持泄放口处合理压力范围，减小振幅。
22.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。