天然气管道泄漏微震信号时空传播规律的测试装置的制作方法

本发明涉及气体泄漏监测，特别涉及一种天然气管道泄漏微震信号时空传播规律的测试装置。

背景技术：

1、随着天然气管道运行时间的不断延长，管线腐蚀、磨损、地形沉降、第三方破坏等因素导致的天然气泄漏将不断加剧，天然气泄漏若未及时发现并妥善处理，极易造成火灾或爆炸事故，因此，及时准确发现泄漏并明确泄漏点对于天然气安全生产及储运至关重要。

2、目前可以应用于油气管道的泄漏监测方法有许多种，其分类方法也多种多样，根据所检测的参数不同，主要分为质量/体积平衡法、应用统计法、负压波法、瞬态模型法、分布式光纤法和声波法等。其中，声波法与传统的质量平衡法、负压波法、瞬态模型法等相比具有诸多优点：灵敏度高、定位精度高、误报率低、检测时间短、适应性强。但基于声波法的泄漏监测系统在研发过程中需要进行大量的物模实验，在安装调试的过程中也需要进行模拟测试，以保证其有效应用。因此，可靠的气体管道泄漏模拟系统和方法是进行泄漏监测系统研发的关键之一。

3、中国专利申请cn102997056a公开了一种天然气管道泄漏检测传感器间隔测定方法。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。该方法是基于光纤传感的天然气管道泄漏监测系统来测定的；在安装传感器的位置模拟泄漏信号并对信号传播的时间估计，结合泄漏振动波信号传播速度实现对传感器间隔即两传感器之间管道长度测定。该现有技术可使管道泄漏检测传感器间隔的测定准确度高。

4、发明人经研究发现，泄漏监测技术研发的关键在于通过试验捕集泄漏信号，并对其在管道上的时空传播规律进行有效分析，建立相应的泄漏判识模型。因此，亟需建立一种天然气管道泄漏微震信号时空传播规律的测试装置，从而为实际的管道泄漏监测提供数据支撑。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种天然气管道泄漏微震信号时空传播规律的测试装置及方法，不仅可以模拟腐蚀穿孔和应力开裂两种失效形式以及泄漏实际工况并激发微震信号，还可以有效采集直管、弯管、环焊缝前后传播过程中的全管段、全相位特征信号。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种天然气管道泄漏微震信号时空传播规律的测试装置，包括：信号激发单元，其用于提供清洁、压力可控的高压气体；测试管段，其用于接收高压气体并进行泄漏测试，包括顺次连接的直管段、弯管段和/或多焊缝直管段，每个管段前端设有用于模拟不同相位的圆形泄漏孔和/或裂缝泄漏孔的可拆卸爆裂泄漏段；微震信号采集单元，其包括多组传感器，每组传感器布置在同一点位的不同相位；通过直管段、弯管段和/或多焊缝直管段的传感器布设点位和相位选择，采集泄漏微震信号，用于测试泄漏微震信号的直线传播规律和/或螺旋式传播规律。

3、进一步，上述技术方案中，可拆卸爆裂泄漏段每间隔90°相位分别设置一个圆形泄漏孔和一个裂缝泄漏孔，不同相位的泄漏孔在轴向方向相互错开设置；圆形泄漏孔用于模拟腐蚀穿孔，裂缝泄漏孔用于模拟氢致开裂和管体缺陷引起的管道裂缝。

4、进一步，上述技术方案中，圆形泄漏孔和裂缝泄漏孔的外壁表面设有爆破片，当测试管段内的气体压力达到预设压力后，爆破片爆裂，高压气体在泄漏孔处完成泄漏。

5、进一步，上述技术方案中，弯管段为可更换弯管，弯管更换角度为30°、60°、90°、120°、150°以及180°。

6、进一步，上述技术方案中，多焊缝直管段由多个材质、尺寸相同的直管段采取环焊工艺焊接而成。

7、进一步，上述技术方案中，直管段的传感器布设点位可包括：

8、密集采样点位a1～an(n≤20)，用于对直管段可拆卸爆裂泄漏段的近距离区域进行间隔点位采样，间隔距离为2m；

9、稀疏采样点位b1～bm(m≤10)，用于对直管段可拆卸爆裂泄漏段的远距离区域进行间隔点位采样，间隔距离为5m。

10、进一步，上述技术方案中，弯管段的传感器布设点位可包括：

11、采样点位c1，其为弯管段入口处的点位；

12、采样点位c2，其为弯管段出口处的点位；

13、采样点位d1～di(i≤7)，其为弯管段入口和弯管段出口之间的点位，同一点位的外拱侧与内拱侧的连线过弯管段圆心。

14、进一步，上述技术方案中，多焊缝直管段的传感器布设点位可包括：

15、采样点位e1～ej(j≤12)，其两两位于每一个焊缝两侧，每个点位距离相应焊缝的距离为10cm～30cm之间。

16、进一步，上述技术方案中，每个点位可设置间隔45°的八个相位监测点，且八个相位监测点可分为间隔90°的两组。

17、进一步，上述技术方案中，间隔90°的两组相位监测点分别为：

18、m1组，其包括相位值为0°的m11、相位值为90°的m12、相位值为180°的m13以及相位值为270°的m14；

19、m2组，其包括相位值为45°的m21、相位值为135°的m22、相位值为225°的m23以及相位值为315°的m24。

20、进一步，上述技术方案中，当需要测试泄漏微震信号的直线传播规律时，每个监测点位的传感器安装相位均与泄漏点的相位相同；当需要测试泄漏微震信号的螺旋式传播规律时，则沿监测点位间隔选取m1组和m2组的相位安装传感器。

21、进一步，上述技术方案中，当需要测试泄漏微震信号的螺旋式传播规律时，则以泄漏点为起点，将传感器沿管道延长方向螺旋排布。

22、进一步，上述技术方案中，针对直管段的采样点位，当传感器沿管道延长方向螺旋排布时，离泄漏点最近的监测点位在一个与泄漏点相同的相位上安装传感器，其余监测点位在2至3个相位上安装传感器，用于形成至少两条螺旋线。

23、进一步，上述技术方案中，针对直管段的密集采样点位，在同一监测点位上，m1组中的m11相位和m13相位不同时安装传感器。

24、进一步，上述技术方案中，信号激发单元可包括：空压机，其用于提供具有一定排量和压力的压缩空气；过滤器，其包括初级过滤器和精密过滤器，用于过滤压缩空气中的固相颗粒和液滴直至满足测试要求；冷干机，其设置在初级过滤器和精密过滤器之间，用于干燥压缩空气；高压储气罐，其与精密过滤器连接，用于储存高压空气并作为气源补充，在测试管段泄漏过程中补充管道内气体以稳定泄漏压力。

25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、1)本发明通过试验捕集泄漏信号，并对其在管道上的时空传播规律进行有效分析，再结合建立相应的泄漏判识模型，可以为实际管道的泄漏监测提供有效的数据支撑；

27、2)本发明的天然气管道泄漏微震信号时空传播规律的测试装置可针对天然气管道常见的腐蚀穿孔、应力开裂两种主要失效形式，模拟其“开裂泄漏—持续泄漏”的全过程，不同孔径、不同形态、不同相位的泄漏实际工况，激发微震信号；

28、3)本发明通过设计采样点位、同一点位的不同相位并布设传感器，实现泄漏微震信号在直管段、弯管段、多焊缝直管段前后传播过程中的全管段、全相位的特征信号采集，通过采集的信号为后续研究分析主频、峰值等核心特征参数的时空传播规律提供数据支撑；

29、4)本发明的爆裂泄漏段7为可拆卸设计，这样可以在相应的试验结束后方便更换，且通过设置在每种管段的前端，可有效采集整段模拟管道的完整信号，更有利于后续信号传播规律的分析；

30、5)发明人经研究发现，在可拆卸爆裂泄漏段近距离区域泄漏微震信号较强，密集采集可保证信号的准确性，因此本发明直管段采用密集采样点位和稀疏采样点位结合的方式，既保证了信号的准确性，又可有效避免传感器的大量使用；

31、6)发明人经研究发现，同一点位安装过多传感器会导致振动响应削弱，为了防止这一现象发生，同时避免微震传感器之间相互干扰，因此本发明将八个相位监测点分为m1和m2两种相位组合方式，可在同一点位只使用一种组合方式；

32、7)发明人经研究发现，直管段的密集采样点位离泄漏孔较近，信号强度高，且经过前期研究发现信号在传播初期的衰减最快，类似于呈指数衰减，因此传感器干扰要求尽量小。另外，在同一点位安装过多传感器会导致振动响应削弱，特别是不能在竖直方向上安装完全对称的传感器，这样会产生类似于限位器的作用，因此本发明在a段的点位布局设计中考虑了上述因素，保证每个点位安装不超过4个传感器，同时避免仅安装0°相位和180°相位点的情况；经发明人进一步研究发现，a1点位的核心采集目标是将泄漏瞬间的强信号采集，用于分析主频、瞬时强度等泄漏瞬间的特征信号，为避免其它传感器的影响，因此本发明在a1点位仅安装一个与泄漏孔同相位的传感器。

33、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。