國內(nèi)對天然氣需求不斷增長促進(jìn)了天然氣管道行業(yè)的快速發(fā)展。按照相關(guān)規(guī)劃，到2015年，中國天然氣管道總長將達(dá)到6萬km。天然氣管道中，球閥是其重要組成部分，天然氣管道上的球閥要求具有很好的密封性，不能存在內(nèi)漏。因此如何了解天然氣管道閥門內(nèi)漏特征并開發(fā)出相應(yīng)的內(nèi)漏檢測技術(shù)，實(shí)時、快速、準(zhǔn)確檢測球閥是否發(fā)生內(nèi)漏，從而盡可能地減少泄漏，避免誘發(fā)重大事故，將對天然氣管道安 全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

　　雷力小編今天介紹的是國內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員分別以天然氣管道中常用的球閥和截止閥為研究對象，運(yùn)用聲發(fā)射理論和信號分析與處理方法探討不同閥門類型和泄漏率等工況下閥門內(nèi)漏聲音在頻域范圍內(nèi)和時域范圍內(nèi)聲場特征，針對閥門發(fā)生內(nèi)漏時其聲場特征比較復(fù)雜，影響聲發(fā)射信號的分析與處理等難點(diǎn)問題。采取小波包分析方法對聲發(fā)射信號進(jìn)行降噪處理，表征真實(shí)管道閥門內(nèi)漏聲場特征參數(shù)，為天然氣輸送行業(yè)管道閥門內(nèi)漏檢測和天然氣管道泄漏檢測提供理論和技術(shù)支持。

　　 球閥內(nèi)漏聲發(fā)射檢測基本理論

　　聲發(fā)射現(xiàn)象是指材料中局部區(qū)域應(yīng)力集中，快速釋放并產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象(AcousticEmission，簡稱AE)。聲發(fā)射信號攜帶著屬性變性、裂紋擴(kuò)展和斷裂等信息傳播到物體表面，通過安裝在物體表面的聲發(fā)射檢測儀拾取聲發(fā)射信號，就可以對材料應(yīng)力特征進(jìn)行分析。天然氣管道閥門內(nèi)漏過程中產(chǎn)生的聲信號嚴(yán)格意義上說不是聲發(fā)射現(xiàn)象，閥門在泄漏過程中不會產(chǎn)生能量，而是作為聲發(fā)射信號傳播的媒介。然而閥門在內(nèi)漏過程中由于上下壓差的影響在泄漏口處，泄漏氣體會產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，渦流不僅會擾動氣體流動而且會產(chǎn)生不同頻率范圍的應(yīng)力波，該應(yīng)力波攜帶著泄漏信息傳播到閥門表面。因此閥門內(nèi)漏可以稱之為非嚴(yán)格意義上的聲發(fā)射現(xiàn)象。

　　球閥泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射信號在時域上呈現(xiàn)出一種連續(xù)變化的類型，且伴隨大量的環(huán)境干擾噪聲，可以表征球閥內(nèi)漏特征的聲發(fā)射信號常常被淹沒在大量的干擾噪聲當(dāng)中。為了從檢測信號中提取可以表征球閥內(nèi)漏特征的信息，小波包變換作為有效的信號處理方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于平穩(wěn)信號和非平穩(wěn)信號分析和處理中。小波變換采用二進(jìn)變換的方法對每一層分解后的高頻段進(jìn)行再分解，彌補(bǔ)了小波變換中高頻段局部性分解差的局限。由于管道泄漏聲發(fā)射信號為一寬頻信號，因此采用小波包變換能夠更準(zhǔn)確的提取泄漏源信息。

　　小波包變換定義為：設(shè){hn｝n∈z是正交尺度函數(shù)μ0(t)=Φ(t)對應(yīng)的正交低通實(shí)系數(shù)濾波器，{gn｝n∈z是正交小波函數(shù)μ1(t)=φ(t)對應(yīng)的高通濾波器，其中g(shù)n=(-1)nh1-n，則他們滿足以下二尺度方程和小波方程：

　　通過μ0、μ1、h、g在固定尺度下可定義一組稱為小波包的函數(shù)。為推廣二尺度方程，定義下列遞推關(guān)系：

　　式中：當(dāng)n=0時，μ0(t)=Φ(t)，μ1(t)=φ(t)。以上定義的函數(shù)集合{μn(t)｝m∈z為由μ0(t)=Φ(t)所確定的小波包，由此，小波包{μn(t)｝n∈z是包括尺度函數(shù)μ0(t)和小波母函數(shù)μ1(t)在內(nèi)的一個具有一定聯(lián)系的函數(shù)集合。

　　聲發(fā)射傳感器檢測信號x(t)在子空間Unj+1上的投影(小波包)系數(shù)可以表示為：

　　記x(t)在子空間U2nj和U2n+1j上的投影(小波包)系數(shù)分別為d2nj和d2n+1j，則可得：

　　小波包分解公式為：

　　小波包重構(gòu)公式為：

　　閥門內(nèi)漏過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號在時域范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一種連續(xù)變化的類型，為了在時域范圍內(nèi)了解不同泄漏率下聲場特征，可以采用聲發(fā)射信號均方根(AERMS)作為評價標(biāo)準(zhǔn)，例如一個聲發(fā)射信號含有N個樣本，x[0]，x[1]，…，x[n-1]均方根的方程如下：

　　同時通過頻域范圍內(nèi)的聲發(fā)射信號參數(shù)測量也可以表征球閥內(nèi)漏特征，例如功率譜密度(PSD)、頻率峰值、主頻率的相位值以及能量所集中的主要部分功率譜密度是指聲發(fā)射信號功率在頻譜圖上的分布情況，功率譜密度(PSD)可以由下式獲得：

　　式中，P[k]是功率譜密度，X[k]是一個聲發(fā)射信號的離散傅里葉變換，x[n]和T是樣本和周期。在以前的研究中得出球閥內(nèi)漏信號的聲功率直接近似等于泄漏信號的平均能量，這個關(guān)系可以簡單的定義為：

　　聲功率的指數(shù)與內(nèi)漏率的指數(shù)成線性關(guān)系，即：

　　


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