基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术
阀门内漏的声学在线检测
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
阀门内漏的声学在线检测
大庆油田地面设施及设备的承压阀门因磨损、腐蚀或其他原因已出现内漏。
应用声发射技术对阀门(如掺水阀、气阀组旁通阀)进行严密性检测，可保证安全生产和能耗控制的准确性;对老区改造中更换的阀门进行检测，可为立项决策提供依据，并能降低改造费用。
超声波检测技术可以实现阀门的在线检测，操作简单，动态快速，数据直观。
目前该检测设备只能定性确定阀门内是否存在泄漏。
大庆油田地面设施及设备的承压阀门因磨损、腐蚀或其他原因已出现内漏。
由于内漏很难发现，部分故障阀门没有得到及时更换，影响了生产并存在安全隐患。
因此，阀门在线检测技术越来越受到人们的关注，目前的核心技术是利用声发射技术在线检测石油、石化、电厂等行业各种阀门的泄漏。
1、声发射检漏的基本原理(1)声发射信号及其表征参数
任何金属材料、构件在外力或内力作用下发生摩擦、裂纹或塑性变形时，以弹性波的形式释放出应变能的现象，称为声发射。
当声发射波在有限介质中传播时，遇到界面会发生折射和反射，并且在固体表面转换为表面波以很高的速度沿表面传播。
这些来自声发射源(即故障点)的声发射波具有源的特征信息，利用这些信息可以反映出构件的故障与缺陷情况。
表征声发射信号的参数有声发射率、幅度与幅度分布及能量。
(2)阀门发生内漏时声发射信号的特点
当阀门的严密性较差时，总有少量流体经过阀门的缝隙喷射而出，产生高速射流，此高速流体对管壁产生冲击而激发弹性波，即声发射。
它属于连续型声发射信号，类似于白噪声，其频率在30～50kHz。
基于声音识别与温度诊断的天然气泄漏监测
基于声音识别与温度诊断的天然气泄漏监测随着天然气在家庭和工业用途中的广泛应用，天然气泄漏事故的发生频率也逐渐增加。
天然气泄漏不仅会造成经济损失，还可能引发火灾和爆炸等严重后果。
因此，监测天然气泄漏并及时采取措施进行处置至关重要。
本文将介绍一种基于声音识别和温度诊断的天然气泄漏监测方法，该方法结合了声音分析技术与温度数据处理，可以提高泄漏检测的准确性和实时性。
声音识别技术是目前广泛应用于泄漏监测的一种方法。
天然气泄漏时会产生一定频率和振幅的声音，通过采集并分析这些声音信号，可以判断是否存在气体泄漏。
声音识别的关键是提取泄漏产生的特征频率和振幅，一般采用傅里叶变换或小波变换等数学方法。
通过比对已知泄漏声音的特征与实时采集的声音信号，可以准确地检测出天然气泄漏。
声音识别技术具有实时性强、准确度高的特点，可以及时发现甚至预测天然气泄漏事故。
温度诊断技术是另一种与泄漏监测相关的重要方法。
天然气泄漏时会产生热量，导致周围环境的温度上升。
通过监测环境温度的变化趋势，可以间接推断是否存在天然气泄漏。
温度诊断技术的实现需要使用专业的温度传感器，并结合温度采集和数据处理技术。
当天然气泄漏时，环境温度会出现异常的急剧上升，通过预先设定的温度阈值，可以及时发现泄漏情况。
温度诊断技术具有简单、成本低和可靠性高的特点，是常用的泄漏监测手段之一。
基于声音识别与温度诊断的天然气泄漏监测方法将声音分析和温度数据处理进行了有机结合，提高了泄漏监测的精度与实时性。
采集到的声音信号首先通过声音识别算法进行特征提取与分析，得出是否存在泄漏的结论。
与此同时，温度传感器实时监测环境温度的变化情况，与预设的温度阈值进行比较，判断是否存在泄漏现象。
通过综合声音识别结果和温度诊断结果，可以进一步确定泄漏的位置和程度，并及时采取相应措施进行处置。
为了提高天然气泄漏监测的准确性和实用性，还可以结合其他传感技术进行辅助监测。
例如，气体浓度传感器可以用于检测泄漏气体的浓度，从而进一步确定泄漏情况。
浅析压力管道泄漏的声发射检测技术
浅析压力管道泄漏的声发射检测技术摘要：压力管道泄漏定位技术一直是管道运行安全领域的研究热点。
目前，管道应用范围日益扩增，在国民经济发展中拥有举足轻重的地位。
然而管道一旦泄漏会对环境造成污染，并在经济层面导致不可估量的损失，如11·22青岛输油管道爆炸事故，大连燃气管道爆炸事故等。
由此，近年来管道运行安全受重视程度越来越高。
本文主要针对声发射检测技术在压力管道泄漏检测中的应用进行分析探讨，以期声发射检测技术能够在管道泄漏检测中取得更大的实际应用。
关键词：压力管道；泄漏；声发射检测；技术前言：管道如今在诸多领域都拥有至关重要的地位，是石化、石油等企业的重要生产设备，管道内部所输送的介质通常具有强腐蚀、高毒、易爆、易燃等特征，危险级别高。
因此，针对声发射检测技术在压力管道泄漏中的应用进行具体分析，具有重要的现实意义。
1声发射检测技术概述1.1 声发射检测的原理泄漏一旦发生，通常情况下被检测对象、介质二者之间会产生摩擦冲击，而且流体在流动时产生的动能，有一部分会转变成为器壁表面的振动，就是波动信号。
波动信号会沿着器壁表面以及介质向外进行散发，被附着在器壁表面的传感器捕捉，然后传感器会将捕捉到的波动信号进行转换，将其转变成电信号，之后再对其进行放大、处理、记录。
按照不同传感器在接收时的时间、接收过程中获取信号的能量大小，可以判断泄漏是否发生，如果发生则可以判断泄漏发生的具体区域，有利于在间隔较远时发现泄漏的源头，可以极大程度的减少人工排查工作量，特别适合应用在一些无法进行挖掘的区域。
现阶段，声发射泄漏检测技术在阀门泄漏、压力管道泄漏方面的检测工作中都已得到运用。
目前国内检测主要使用的是国外进口的设备，尤其是便携式设备，多通道的集成设备国内已经能够制造并逐步在市场上推出。
1.2 泄漏信号以及声发射检测的特点由泄漏产生的信号属于连续型的声发射信号，此类信号会沿着管壁朝上、下游发散，从而被传感器捕捉，经过信号转换、数据分析，最终获得是否泄漏及泄漏区域等信息。
基于声波的天然气管道泄漏检测与定位
具 体方 案设 计如 下 ：
ａ ．研制声 波 信 号 采 集 系统 ， 在管道首 、 末 站 分别 安 装 一 台声 波传 感 器 ， 直 接与 Ｄ Ｓ Ｐ数 据处 理 模 块相 连 ， 对 管 道 工 况运 行 状 态 下 的 背景 噪声 和 发 生泄 漏时 的突发 声 波信 号进行 实 时监测 ； ｂ ． 研制基 于 Ｄ Ｓ Ｐ的 数 据 处 理 模 块 ， 在 首 站 与末 站 各 安装 一套 Ｄ Ｓ Ｐ信号 处理 器 ， 负 责 信 号 的 采集 和实 时处 理 ；
关 键 词 泄 漏检 测 天 然 气 管 道 经 验 模 态分 解 固有 模 态 函数
中图 分 类 号
Ｔ Ｈ ８ ７
文 献 标 识 码 Ａ
文 章 编 号 １ ０ ０ ０ — ３ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ３ ０ ５ ０４ －
管 道 运 输 已成 为 现 代 社 会 和 经 济 发 展 的 命 脉， 但 随着 管线 的 越 来越 多 、 管 龄 的越 来 越 长 ， 由 工程 施 工破 坏 、 管 道 自然 腐 蚀 及 人 为 破 坏 等 造 成 的管 道 泄漏事 故 频频 发生 ， 给人 们 的生命 、 财 产 和 生存 环境 造成 了巨大 的威 胁 。 目前 天然 气管 道 泄 漏检 测方 法有 很 多 ， 主 要有 应用 统计 法 、 瞬态 模 型 法、 红 外 热成 像 法 、 分 布 式光 纤 法 及 声波 法 等 ¨ 。 但是 应用 统计 法 存 在 许 多 尚未 解 决 的 问题 ， 方 法 并不 成熟 ； 分 布式 光纤 法实 现效 果很 好 ， 但 安 装成 本和 施工 维护 费 用 太 高 ， 并 且 不 适 用 于 国 内管 网 状况 ； 声 波法 的 安装 费用 较 高 ， 而维 护 费 用 很 低 ，
天然气管道泄漏检测的声波方法研究
天然气管道泄漏检测的声波方法研究近年来，天然气作为一种清洁能源，得到了越来越广泛的应用和推广。
但是，天然气的管道运输和储存存在着一定的安全隐患，其中之一就是管道泄漏。
为了确保管道运输和储存的安全性，对管道泄漏进行及时和准确的检测就显得尤为重要。
目前，管道泄漏检测的方法主要有化学法、红外法、光学法、气体吸附法、热放射法等，但这些方法存在着一定的局限性。
近年来，声波方法逐渐在管道泄漏检测中得到了广泛的应用，具有响应速度快、检测距离远、准确性高等优点。
下面将具体介绍天然气管道泄漏检测的声波方法研究。
一、声波检测原理声波检测是利用声波在不同的介质中传播速度不同的特性，通过测量声波传播时间来确定泄漏位置。
当管道发生泄漏时，会产生一系列的声波信号，这些信号会随着泄漏声源的位置、管道内气体压力等因素而发生改变。
通过监测这些声波信号的变化，可以确定泄漏发生的位置和程度。
二、声波检测方法声波检测方法主要有两种：基于传感器和基于远程麦克风。
基于传感器的方法是直接将传感器安装在管道表面进行监测，可以直接检测到管道周围的声波信号。
而基于远程麦克风的方法则是在远离管道的地方安装麦克风，将监测到的声波信号进行分析来确定泄漏位置。
三、声波检测技术研究1. 声波信号的特征提取声波信号的特征提取是将原始声波信号进行处理和分析，从中提取出泄漏位置和程度等信息的关键技术。
目前，常用的声波信号特征包括泄漏位置主频率、泄漏强度、信噪比等指标。
2. 智能识别算法的研究将机器学习等算法应用于声波信号分析，可以提高识别准确度和泄漏检测效率。
目前，常用的算法有支持向量机（SVM）、神经网络（NN）等。
3. 多源声波检测技术多源声波检测技术是指使用多种声波检测设备和技术，对泄漏信号进行多视角、多角度的监测和分析，以提高检测的准确性和可靠性。
该技术的关键是如何将不同声波信号进行有效融合分析，以实现准确的泄漏检测。
四、声波检测技术存在的问题1. 噪声干扰：管道周围环境的噪声干扰会对声波信号的分析造成一定的影响，降低泄漏检测的精度。
李越-基于声波的天然气管道泄漏监测系统研究与应用
基于声波的天然气管道泄漏监测系统研究与应用李越1(大庆油田有限责任公司天然气分公司黑龙江大庆 163416)摘要随着管网集输系统的扩展以及城市的快速发展，近年来，矿区天然气管道占压、老化、腐蚀情况加剧，同时这些埋地铺设的天然气管网部分还穿越繁华闹市区,存在一定程度的安全隐患.但目前只单纯依靠人工沿管道巡检和单线对标的方式监测管道泄漏，存在监测不连续，泄漏事故发现不及时，无法准确定位，寻找盗栽阀成本高、效率低等问题。
因此，有必要研究天然气管道泄漏监测技术，并应用于生产实际,实现对天然气管道泄漏的及时报警和定位。
关键词声波法天然气管道泄漏监测天然气分公司在喇萨杏油田共有天然气管道103条836公里，担负着向油田生产单位、工业、居民、商服等用户供气的任务。
近年来,随着管道运行年限的增加，管道泄漏风险逐年加大，一旦发生泄漏事故,将影响输气系统的正常运行,造成经济损失和环境污染，甚至导致火灾风险升高。
但目前的管道泄漏监测手段仍为人工巡线，存在监测不连续、泄漏事故发现不及时、无法准确定位、寻找泄漏点成本高、效率低等问题。
此外，由于城市的快速发展扩张和天然气市场的不断开发，穿越重要区域（人口密集区、商业繁华区、环境敏感区等）的管段有所增加。
同时，随着大庆油田天然气业务的发展和天然气产量的提高，外输气量将进一步增加，这些情况都对管道的安全平稳运行提出了更高的要求。
针对上述问题及生产需求，研究基于声波的天然气管道泄漏监测系统，实现对天然气管道的实时监测，有效降低安全隐患，提高矿区天然气管道的管理技术水平。
一、声波法泄漏信号监测技术原理1、技术原理当输气管道的某一点发生破裂，管内气体会从破裂点流出,导致管内气体流1作者简介：李越，女，1984年4月生，2006年毕业于西南石油大学，现在大庆油田天然气分公司工程技术大队从事管网分析工作。
通讯地址：黑龙江省大庆市乘风庄天然气分公司工程技术大队。
邮编：163416。
E-mail：trqliyue@。
基于声发射技术的长距离天然气管道泄漏点定位方法
基于声发射技术的长距离天然气管道泄漏点定位方法目录1. 内容概述 (2)1.1 天然气管道泄漏问题及危害 (3)1.2 声发射技术在管道泄漏检测中的应用 (3)1.3 本文研究目的和意义 (4)2. 声发射技术原理 (6)2.1 声发射信号的产生机制 (7)2.2 声发射信号特征分析 (8)2.3 声发射测量系统组成 (9)3. 长距离管道泄漏点定位方法 (11)3.1 声发射信号采集与传输 (12)3.2 信号定位算法原理 (13)3.2.1 时差测距法 (15)3.2.2 多点之间定位法 (17)3.2.3 主动激源与被动接收法 (18)3.3 算法实现与数据处理 (19)3.4 定位精度分析 (21)3.5 影响定位精度的因素 (22)4. 实验验证与结果分析 (24)4.1 实验装置搭建 (25)4.2 实验参数设置 (27)4.3 实验数据采集与处理 (28)4.4 定位结果分析与讨论 (29)5. 应用举例与展望 (30)5.1 将本文方法应用于实际管道泄漏检测过程 (31)5.2 未来研究方向 (32)1. 内容概述本文档旨在介绍一种基于声发射技术的长距离天然气管道泄漏点定位方法。
声发射技术是一种非破坏性检测技术，它能够检测材料中微小的振动、裂纹、断裂或局部应力变化等现象。
在油气管道中，管道材料的微小损伤常常会导致声发射信号的产生，而这些信号的检测可以用来探测管道的泄漏点。
本方法的主要目标是设计一种高效、快速、且准确度高的系统，用于探测长距离天然气管道中的泄漏。
该系统将结合声发射传感器网络和先进的信号处理技术，以便在管道运行期间实时监测泄漏情况。
在方法的描述中，我们将详细说明声发射传感器网络的设计原则、传感器部署策略、信号采集与处理流程以及泄漏定位算法。
我们还将会探讨如何利用机器学习和数据分析手段来提升泄漏检测的准确性。
本文档还将讨论在实际应用中可能遇到的技术挑战，包括信号噪声的抑制、系统误报的处理、以及动态环境下的信号稳定性问题等。
《基于声发射信号的埋地燃气管道第三方破坏检测研究》
《基于声发射信号的埋地燃气管道第三方破坏检测研究》一、引言随着城市化进程的加快，地下管道系统的建设与维护变得尤为重要。
埋地燃气管道作为城市基础设施的重要组成部分，其安全稳定运行关系到广大民众的日常生活及生命财产安全。
然而，由于第三方施工活动等因素，埋地燃气管道可能遭受破坏，从而引发泄漏等安全事故。
因此，开展基于声发射信号的埋地燃气管道第三方破坏检测研究具有重要的现实意义。
二、声发射信号理论基础声发射（Acoustic Emission，简称AE）是指材料内部因能量快速释放而产生的瞬态弹性波的现象。
在埋地燃气管道的检测中，声发射信号可由管道内部的泄漏或外部的物理破坏引起。
通过分析声发射信号的特征参数，如振幅、频率、波形等，可以判断管道的损伤程度及类型。
三、声发射信号采集与处理1. 信号采集：利用传感器对埋地燃气管道周围的声发射信号进行实时采集。
传感器应具备高灵敏度、低噪声等特点，以保证信号采集的准确性。
2. 信号处理：通过数字信号处理技术对采集的声发射信号进行滤波、放大、整形等处理，提取出有用的信息。
同时，采用特征提取方法对信号进行特征参数的提取，如振幅、频率、能量等。
四、第三方破坏检测方法基于声发射信号的埋地燃气管道第三方破坏检测方法主要包括以下步骤：1. 确定检测区域：根据管道布局及周边环境，确定需要检测的区域。
2. 信号采集与传输：利用传感器对检测区域的声发射信号进行实时采集，并通过无线传输技术将信号传输至处理中心。
3. 信号处理与分析：对接收到的声发射信号进行处理与分析，提取出有用的信息。
通过比较分析，判断是否存在第三方破坏的情况。
4. 结果输出与报警：将分析结果以图像、声音等形式输出，同时设置报警阈值，当达到一定破坏程度时及时报警。
五、实验研究与应用通过实际现场实验，验证了基于声发射信号的埋地燃气管道第三方破坏检测方法的可行性与有效性。
实验结果表明，该方法能够准确判断出管道的损伤程度及类型，为第三方破坏的及时发现与处理提供了有力支持。
基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术
基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术摘要：对基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术进行探讨。
介绍阀门内漏声源特征和阀门内漏声发射检测机理，阐述声发射检测系统的组成和功能，进行声发射检测系统的应用试验。
试验发现:阀门内漏率与阀门压差成线性关系;可以将时域均方根作为内漏程度判断标准，时域均方根变化幅度越大，说明阀门内漏越严重;可以将频域峰值作为内漏程度评价标准，频域峰值变化越明显，说明阀门内漏越严重。
关键词：声发射；天然气管道；阀门内漏；检测技术1概述近几年，燃气事故时有发生。
仅2022年第3季度，全国(不含港澳台)燃气事故共发生216起，造成17人死亡、136人受伤，其中较大事故2起。
对天然气管道阀门进行内漏检测，声发射检测技术是一种十分有效的技术手段。
通过该技术，可实现阀门内漏在线检测，具有检测精度高、抗干扰能力强、操作便捷等优势，同时不会对管道阀门产生不利影响，确保天然气输配质量与安全。
2阀门内漏声源特征2.1喷流噪声如果阀门泄漏口较小，高速天然气经泄漏口喷射到下游管道过程中，会产生喷流噪声。
天然气管道大多是高压管道，内漏时天然气具有很高的流速，因此喷流过程主要是湍流，并对周边天然气产生卷吸效应，高频噪声由此产生。
通过大量实践分析发现，喷流噪声是最常见的内漏声源。
2.2阻塞喷注噪声如果阀门前后压力比超过1．893，受泄漏口影响产生的冲击波会沿轴线产生一系列冲击波室。
当泄漏天然气形成的涡流从冲击波室穿过时，会出现相互干扰，此时产生的噪声就是阻塞喷注噪声。
2.3涡流噪声如果天然气从障碍物通过的过程中不断有涡流形成、脱落，因压力脉动形成的应力波就会在障碍物表面发生作用，此时伴随产生的噪声就是涡流噪声。
这种噪声大多出现在阀门泄漏口位置，因阀门阀芯损伤或密封圈损伤所致。
3阀门内漏声发射检测机理声发射属于物理现象，它指在物体自身形变或受到外部作用情况下，因弹性能量迅速释放而引发的瞬态应力波产生。
如果材料中出现了声发射现象，声源发射出的各个信号所涵盖的信息可对其内部结构、状态变化和缺陷性质造成干扰。
基于声发射技术的阀门泄漏在线检测系统
基于声发射技术的阀门泄漏在线检测系统胡新;纪鹏飞【摘要】设计了一种基于声发射技术的阀门泄漏在线检测系统。
介绍声发射泄漏检测技术的基本理论和特点，分析阀门泄漏声发射信号的产生机理、信号特征和泄漏率与声发射信号特征参数的关联。
给出系统的硬件平台，并在 LabVIEW平台上开发了系统的软件功能。
实验结果表明：该系统基于声发射信号均方根值能够实现不同工况下阀门泄漏率的定量计算和分级报警。
%An acoustic emission-based on-line detection system for the valve leakage was designed and both basic theory and characteristics of this detection technology was described,including analysis of both genera-tion mechanism and signal characteristics of valve leakage acoustic emission signals as well as the correlation between the valve leakage rate and parameters of acoustic emission signals.The hardware platform of on-line leakage detection system was set up and the software functions were developed at the virtual instrument plat-form to achieve quantitative calculation of the valve leakage rate and hierarchy alarm in different conditions based on acoustic emission RMS value.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2016(043)007【总页数】5页(P690-693,750)【关键词】阀门泄漏;声发射技术;在线检测;阀门泄漏率;报警【作者】胡新;纪鹏飞【作者单位】温州职业技术学院机械工程系，浙江温州 325000;中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 200090【正文语种】中文【中图分类】TQ055.8+1阀门广泛应用于现代工业中的各行各业，是不可或缺的流体控制设备。
天然气管道球阀内漏发声机理及检测试验
第37卷第3期 2017年6月振动、测试与诊断Journal of Vibration,Measurement &DiagnosisVol. 37 No. 3Jun. 2017doi:10. 16450/j. cnki. issn. 1004-6801. 2017. 03. 017天然气管道球阀内漏发声机理及检测试验李振林12，张海峰3，郝一博4，张宁1!，雷红祥12，陈鑫1!，刘治超1(1.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院北京，102249)%.过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室北京，102249)(3.中石油管道科技研究中心廊坊，065000) %.中石油东部管道有限公司上海，200120)摘要球阀作为高压天然气输送管道的主要设备，其内漏时的喷流气体会产生声发射信号，通过研究该声发射信号特征规律将有助于阀门内漏流量量化检测。
针对这一问题，进行了天然气输送管道球阀内漏发声机理和检测试验研究，分析了阀门内漏声发射现象产生的机理和内漏流量检测评价方法。
在此基础上，应用声发射检测系统对3种不同尺寸内漏球阀进行了检测试验，通过试验分析了球阀在不同内漏流量下的声发射信号频谱特征分布规律，并采用小波包分析方法进行信号特征参数（信息熵、均方根、频域峰值）提取。
拟合特征参数与内漏流量关系曲线，采用只2(确定系数）指标对曲线拟合程度进行评价，评价结果表明，采用均方根值（rootmean square,简称R M S)的曲线拟合程度最高C R2为0.979),可以用于天然气输送管道球阀内漏流量的量化检测。
关键词天然气管道（求阀；发声机理;检测实验中图分类号T H48引言据国家安全监督管理总局统计，2014年我国陆 上油气输送管线总长度约12万公里，其中天然气管 道为7. 54万公里，输气管道运行的安全性在很大程 度上取决于所安装阀门的性能[12]。
B P公司对相关 阀门失效统计分析表明，输气管道存在5%〜10%的泄漏阀门。
基于声音识别与温度诊断的天然气泄漏监测
73目前国内外管道阀室泄漏检测方法主要分为两大类，即直接检测和间接检测[1]。
这些泄漏检测方法存在诸多缺陷，主要表现在：①需要实时获取管道运行压力、流量、温度等运行参数，而实际中对管道阀室获取完整的实时数据难度大[2]；②无论直接检测或是间接检测，上述检测方法与管道阀室信息化管理，仍然需要大量人工参与，不利于管道阀室数字化智能化建设[3]；③目前检测方法多基于单因素数据（如管道），对阀室的温度、声音等自然环境影响参数应用研究不足，不能从整体多维度进行信息分析和多种检测方法的相互校验[4]。
为解决上述检测方法存在的问题，本文提出了基于多算法融合的阀室天然气泄漏智能检测分析研究方法，通过智能声音识别和温度规则综合诊断，提高管道阀室天然气泄漏检测准确率和可靠性。
1 智能音频诊断技术研究1.1 音频降噪技术研究下面主要研究数字滤波、小波降噪、谱减法3种典型的降噪方法。
1.1.1 数字滤波数字滤波对输入信号采样多次，然后用特定计算方法进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差，从而获得真实信号过程。
1.1.2 小波降噪基本思路是将信号通过小波变换，信号产生的小波系数含有信号的重要信息，将信号经小波分解后小波系数较大，噪声小波系数较小，通过选取合适的阀值进行筛选[5]。
1.1.3 谱减法降噪谱减法适用于满足平稳噪声（整个时间范围内，噪声均值和方差基本保持不变），且噪声为纯加性噪声的场景。
工程中一般默认混合信号国家重大专项：国家管网集团科技项目“油气管道线路及站场感知技术研究”（ＷＺＸＧＬ２０２１０６）基于声音识别与温度诊断的天然气泄漏监测黄忠胜1 刘文华1 宋文容2 强富平11. 国家管网西部管道公司 新疆 乌鲁木齐 8300002. 昆仑数智科技有限责任公司 北京 102200摘要：阀室天然气泄漏检测存在误报率、漏报率较高、实用性和可推广性较差等问题，通过对阀室声音样本进行采集，采用时域转频域短时傅里叶技术，提取声音的梅尔倒谱系数特征，基于声音识别和大数据分析技术，构建阀室天然气泄漏声音识别的神经网络模型，同时结合大量模拟泄漏温度实验数据进行辅助诊断。
基于声发射技术的阀门泄漏检测实验研究和数据分析
目 录第一章 绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 阀门泄漏检测国内外研究现状 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国内研究现状 (7)1.3 课题来源和主要研究内容 (9)第二章 阀门泄漏模式与声发射检测原理 (11)2.1 阀门的泄漏形式及形成原因 (11)2.2 声发射检测原理 (14)2.2.1 声发射检测理论 (14)2.2.2 声发射信号特征 (15)2.2.3 声发射检测难点 (18)2.3 本章小结 (19)第三章 阀门泄漏检测实验 (20)3.1 实验设备 (20)3.2 实验过程 (31)3.3 本章小结 (33)第四章 阀门泄漏数据分析 (35)4.1 阀门泄漏声发射信号频带的确定 (35)4.2 阀门泄漏声发射信号特征量的提取 (41)4.2.1 时域能量 (41)4.2.2 频域面积 (43)4.3 阀门泄漏声发射信号特征量与泄漏率关系研究 (45)4.3.1 时域能量与泄漏率关系研究 (45)4.3.2 频域面积与泄漏率关系研究 (49)4.3.3 特征量与泄漏率拟合结果分析 (53)4.4 本章小结 (54)第五章 总结和展望 (55)5.1 总结 (55)5.2 展望 (56)参考文献 (57)攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 (60)插图清单图 1.1 VPAC II组成图 (3)图 1.2 现场使用图 (3)图 1.3 应力波分析技术组成图 (4)图 1.4 应力波能量图 (5)图 1.5 柱状图 (5)图 1.6 MIDAS仪表 (6)图 1.7 现场使用图 (6)图 1.8 研究内容 (10)图 2.1 密封面未关严 (11)图 2.2 裂纹漏孔泄漏 (12)图 2.3 界面泄漏 (12)图 2.4 渗透泄漏 (13)图 2.5 破坏泄漏 (13)图 2.6 阀门内漏模型 (15)图 2.7 突发型声发射信号 (15)图 2.8 连续型声发射信号 (16)图 2.9 声发射信号特征参数 (16)图 2.10 声发射信号传播路径 (18)图 3.1 阀门泄漏检测实验平台框图 (20)图 3.2 实验现场图 (21)图 3.3 SR150N声发射传感器 (22)图 3.4 前置放大器 (23)图 3.5 前放供电分离信号器 (23)图 3.6 适配器 (24)图 3.7 测试系统框图 (24)图 3.8 现场测试图 (25)图 3.9 频率为20kHz时测试结果图 (26)图 3.10 频率为1MHz时测试结果图 (27)图 3.11 频率为5kHz时测试结果图 (27)图 3.12 信号线和电缆实物图 (28)图 3.13 NI USB-6216数据采集卡 (28)图 3.14 数据采集界面 (29)图 3.15 公称通径为40mm的HTS调节阀 (30)图 3.16 HCP调节阀 (31)图 3.17 被测阀门和传感器固定位置 (32)图 3.18 数据采集卡接线方式 (32)图 3.19 压力表 (33)图 4.1 时域图 (35)图 4.2 幅值谱计算流程图 (36)图 4.3 阀门泄漏信号幅值谱对比图 (36)图 4.4 幅值谱对比图 (37)图 4.5 不同压强幅值谱对比图 (38)图 4.6 不同公称通径幅值谱对比图 (39)图 4.7 不同型号阀门幅值谱对比图 (40)图 4.8 带通滤波器幅度响应图 (41)图 4.9 滤波后信号时域图 (42)图 4.10 时域能量提取流程图 (42)图 4.11 时域能量排序图 (43)图 4.12 阀门泄漏信号幅值谱对比 (43)图 4.13 频域面积排序图 (44)图 4.14 频域面积提取流程图 (44)图 4.15 时域能量分布图 (45)图 4.16 公称通径32mm的HTS阀门在0.35MPa时泄漏率和能量拟合图.. 47 图 4.17 公称通径40mm的HCP阀门在0.8MPa时泄漏率和能量拟合图 (48)图 4.18 公称通径80mm的HCP阀门在0.8MPa时泄漏率和能量拟合图 (48)图 4.19 公称通径40mm的HSN阀门在0.35MPa时泄漏率和能量拟合图 . 49 图 4.20 频域面积分布图 (50)图 4.21 公称通径32mm的HTS阀门在0.35MPa时泄漏率和面积拟合图.. 51 图 4.22 公称通径40mm的HCP阀门在0.8MPa时泄漏率和面积拟合图 (51)图 4.23 公称通径80mm的HCP阀门在0.8MPa时泄漏率和面积拟合图 (52)图 4.24 公称通径40mm的HSN阀门在0.35MPa时泄漏率和面积拟合图 . 52表格清单表 3.1 前置放大器测试结果 (26)表 3.2 实验条件 (33)表 4.1 拟合度对比表 (53)第一章 绪论第一章 绪论1.1 选题背景及意义阀门是流体管路的控制装置，用来控制管路中介质的流通与切断，调节管路的压力，改变流体介质的流量和流动方向，对管路和设备的正常运行起保护作用，被广泛应用于石油、化工、电站、冶金、船舶和核能等行业[1]。
天然气管道阀门内漏声发射检测方法及关键技术研究进展
３ ．Ｇｅ ｏ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｏｉ ｌ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ Ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ，１ ０ ０ ０ １ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｒ ａ ｔ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｉ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ
张海 峰 １ ， 陈 鑫１ ， 马斌 良２ ， 李振林 １ ， 张 海东 ３ ， 刘 治超
（ １ ．中国石油大学 （ 北京）机械 与储运 工程学 院 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ ； ２ ．中国石油天然气股份有限公司 独 山子石化分公 司 ， 新疆 克拉玛依 ８ ３ ３ ６ ０ ０ ；
ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ． Ｌｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ
供气管道泄漏的声学检测方法
供气管道泄漏的声学检测方法供气管道泄漏是一种常见的安全隐患，它可能导致气体泄漏、爆炸和环境污染等严重后果。
因此，及时发现和修复管道泄漏是非常重要的。
声学检测方法是一种常用的技术手段，可以帮助我们准确地检测和定位供气管道的泄漏位置。
声学检测方法基于声学波在空气中传播的特性，通过对泄漏声音的监测和分析，可以判断出泄漏的位置和程度。
声学波在传播过程中会受到管道壁面的反射和散射，以及泄漏口的辐射和传播衰减等影响，因此需要借助专业的声学设备和算法来进行分析处理。
声学检测需要利用高灵敏度的麦克风阵列或传感器来采集泄漏声音。
这些传感器通常会布置在供气管道附近的关键位置，如接头、弯头和阀门等。
通过将多个传感器组合成一个阵列，可以实现对声源位置和方向的定位。
对采集到的泄漏声音进行信号处理和特征提取。
泄漏声音通常具有特殊的频谱和时域特征，如高频成分和尖锐的脉冲信号。
通过对泄漏声音进行滤波、谱分析和时频分析等处理，可以提取出这些特征，并进一步分析其与泄漏位置的关系。
然后，根据声学波在空气中传播的特性，可以利用声源定位算法来确定泄漏位置。
声源定位算法基于传感器阵列之间的时间差或相位差信息，通过三角定位原理计算出泄漏源的坐标。
同时，还可以结合声波传播模型和管道系统的几何参数，进行更精确的定位和分析。
根据检测到的泄漏位置，进行及时的修复和维护工作。
供气管道泄漏可能是由于管道老化、腐蚀、振动和施工质量等原因引起的，需要对泄漏部位进行修复或更换。
通过声学检测方法可以及时发现泄漏问题，减少事故风险和经济损失。
总结起来，声学检测方法是一种有效和可靠的供气管道泄漏检测技术。
它利用声学波在空气中的传播特性，通过对泄漏声音的采集、处理和分析，可以准确地确定泄漏位置，并及时采取修复措施。
在实际应用中，声学检测方法已经被广泛应用于供气管道的安全监测和维护工作中，为保障公共安全和环境保护发挥了重要作用。
基于模态声发射检测技术的管道泄漏研究的开题报告
基于模态声发射检测技术的管道泄漏研究的开题报告一、选题背景管道泄漏是工业安全领域面临的重要问题，它可能会造成严重的人身伤害和财产损失。
因此，一旦管道系统中发生泄漏，必须迅速采取措施进行监测和修复。
目前，随着科技的不断进步，很多新的技术被应用到管道泄漏检测中。
其中，基于模态声发射检测技术备受关注。
该技术可以通过对声波的检测，快速准确地判断管道系统是否发生泄漏，从而提高了泄漏检测的效率和准确度。
二、选题意义管道泄漏可能造成灾难性的后果，因此及时发现漏点和进行修复非常重要。
传统的管道泄漏检测技术通常需要时间较长且容易出现误判。
而基于模态声发射检测技术具有检测速度快、准确度高、适用性广等优点，可以有效地减少管道泄漏导致的风险和影响。
因此，开展基于模态声发射检测技术的管道泄漏研究具有重要的现实意义和应用价值。
三、研究内容和方法本文的研究内容为基于模态声发射检测技术的管道泄漏监测与分析。
具体包括以下几个方面：1. 基于模态声发射检测技术的管道泄漏监测原理和方法研究；2. 基于模态声发射检测技术的声波特征提取和信号处理算法研究；3. 基于模态声发射检测技术的管道泄漏监测实验设计和数据采集；4. 基于实验数据的管道泄漏监测算法优化和验证；5. 基于优化后的算法开发相应的管道泄漏监测设备，并进行实际应用验证。
本文研究采用实验分析法、数学建模分析法等多种研究方法，对基于模态声发射检测技术的管道泄漏检测进行深入分析和探究。
具体包括实验仪器和设备的选择、数据采集和处理算法的设计与优化、实验结果分析等。
四、预期成果本文研究将有望取得以下预期成果：1. 建立基于模态声发射检测技术的管道泄漏监测方法和理论框架；2. 设计实验方案和建立管道泄漏检测实验平台，获得实验数据；3. 研发基于模态声发射检测技术的数据处理算法，并验证其有效性和准确性；4. 开发基于优化算法的管道泄漏检测设备，为现实工程应用提供技术支撑。
五、参考文献1. Frid, E., & Noble, C. (2013). Modal acoustic emission based pipeline monitoring. Mechanical systems and signal processing, 37(1-2), 347-360.2. Mousavi, S. M., Keramat, M., & Tutunchilar, S. (2017). A review on acoustic and ultrasonic methods for pipeline leak detection. Journal of loss prevention in the process industries, 47, 85-105.3. ABAQUS. Abaqus Theory Manual. Providence, USA: Dassault Systèmes Simulia Corp., 2014.4. Seyyedmahmoudian, M., Marzband, M., & Moghavvemi, M. (2016). A review of acoustic method applied in natural gas pipeline inspection. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53, 1635-1647.。
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基于声发射的天然气管道阀门内漏检测
技术
摘要：对基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术进行探讨。
介绍阀门内漏声源特征和阀门内漏声发射检测机理，阐述声发射检测系统的组成和功能，进行声发射检测系统的应用试验。
试验发现:阀门内漏率与阀门压差成线性关系;可以将时域均方根作为内漏程度判断标准，时域均方根变化幅度越大，说明阀门内漏越严重;可以将频域峰值作为内漏程度评价标准，频域峰值变化越明显，说明阀门内漏越严重。
关键词：声发射；天然气管道；阀门内漏；检测技术
1概述
近几年，燃气事故时有发生。
仅2022年第3季度，全国(不含港澳台)燃气事故共发生216起，造成17人死亡、136人受伤，其中较大事故2起。
对天然气管道阀门进行内漏检测，声发射检测技术是一种十分有效的技术手段。
通过该技术，可实现阀门内漏在线检测，具有检测精度高、抗干扰能力强、操作便捷等优势，同时不会对管道阀门产生不利影响，确保天然气输配质量与安全。
2阀门内漏声源特征
2.1喷流噪声
如果阀门泄漏口较小，高速天然气经泄漏口喷射到下游管道过程中，会产生喷流噪声。
天然气管道大多是高压管道，内漏时天然气具有很高的流速，因此喷流过程主要是湍流，并对周边天然气产生卷吸效应，高频噪声由此产生。
通过大量实践分析发现，喷流噪声是最常见的内漏声源。
2.2阻塞喷注噪声
如果阀门前后压力比超过1．893，受泄漏口影响产生的冲击波会沿轴线产生
一系列冲击波室。
当泄漏天然气形成的涡流从冲击波室穿过时，会出现相互干扰，此时产生的噪声就是阻塞喷注噪声。
2.3涡流噪声
如果天然气从障碍物通过的过程中不断有涡流形成、脱落，因压力脉动形成
的应力波就会在障碍物表面发生作用，此时伴随产生的噪声就是涡流噪声。
这种
噪声大多出现在阀门泄漏口位置，因阀门阀芯损伤或密封圈损伤所致。
3阀门内漏声发射检测机理
声发射属于物理现象，它指在物体自身形变或受到外部作用情况下，因弹性
能量迅速释放而引发的瞬态应力波产生。
如果材料中出现了声发射现象，声源发
射出的各个信号所涵盖的信息可对其内部结构、状态变化和缺陷性质造成干扰。
因此，借助灵敏度足够的仪器设备对这些发射信号进行接收和处理，再对声发射
源进行特征参数的研究与分析，便可实现材料结构、内部缺陷、发展趋势和变化
程度等的推断。
在天然气管道运输中，如果阀门出现内漏，泄漏口处会在阀门压差作用下形
成喷流，不仅会扰乱天然气的稳定流动，而且会使阀门与天然气产生相互作用，
阀壁上会有高频应力波产生，并向外进行能量辐射。
应力波包含泄漏口位置、泄
漏强度等信息，它会沿着阀体传播到两侧天然气管道，这样声发射检测系统会在
天然气管道阀门泄漏口位置及附近检测到该应力波和喷流噪声。
通过对喷流噪声
信号进行处理，可有效判断出泄漏位置与泄漏强度等信息，为后续维修提供科学
准确的依据。
声发射检测系统进行天然气管道内漏喷流噪声检测的工作原理是以晶体元件
为基础的压电效应。
应力波的传播形式是质点运动，包括纵波、横波和表面波等。
当这些应力波质点传递到声发射传感器接触面(接触面是压电陶瓷晶片)上时，会
带动接触面上的质子运动，进而使压电陶瓷产生拉伸和压缩效果，从而实现应力
波到电信号的转换。
声发射传感器将电信号输送到声发射检测系统的数据采集器
中。
在接收到电信号后，声发射检测系统会对其进一步处理，以数字信号形式输出。
4声发射检测系统
声发射检测系统主要包括检测装置、信号分析方法和软件。
4.1检测装置
检测装置主要包含硬件和软件，硬件主要包括声发射传感器(简称传感器)、
前置放大器、数据采集器。
硬件主要作用是对阀门内漏中声发射信号进行采集、
传输和放大。
软件主要作用是对采集到的信号进行分析和处理，对内漏程度进行
确定，对内漏分析结果进行显示、储存和打印。
4.1.1传感器
阀门内漏产生的喷流产生非常微弱的声发射信号，加之环境噪声比较强，为
实现泄漏准确检测，应用SＲ10型谐振声发射传感器，其谐振频率是40kHz，频
率检测范围是15～70kHz。
具体应用中，通过耦合剂将该传感器的接触面和被测
管道表面耦合，通过磁性夹具做好固定，这样可使内漏阀门中的声发射信号通过
阀壁以及耦合剂时损失最小，能有效传输至压电陶瓷晶片。
4.1.2前置放大器
因为压电陶瓷晶片产生的电荷量非常小，且阻抗很高，所以在具体应用中，
为实现压电陶瓷晶片微弱信号的输出，将具有较高阻抗的前置放大器安装到传感
器后端，使其对检测信号进行放大处理。
选择的前置放大器主要技术参数见表1。
表1选择的前置放大器主要技术参数
4.1.3数据采集器
数据采集器可对放大后的检测信号进行A/D转换，使其成为二进制形式的数
字信号，对数字信号进行分析和处理。
选用的数字采集器主要技术参数见表2。
表2选用的数字采集器主要技术参数
4.2信号分析方法
阀门内漏的声发射信号具有多样性和不确定性，且环境因素对其产生很大干扰。
因此声发射信号的分析和处理成为影响阀门内漏检测准确性的一个主要因素。
基于此，在声发射检测系统中，通过小波分析法对阀门内漏检测信号进行变时窗
分析，即通过较宽时窗对信号含有的低频分量进行分析，通过较窄时窗对信号含
有的高频分量进行分析，并对各种频率范围内的声发射信号进行频域特性参数以
及时域特性参数的提取。
具体分析中，将声发射信号用4层小波法分解成5个频带，分别对各频带的信号进行重构，使其转变成原始信号形式，然后在频域范围
中对其进行频域峰值的提取，在时域范围中对其进行均方根的提取。
将提取出来
的各种特性参数和内漏率进行对比分析，最后建立相应的关系模型。
4.3软件
利用LabVIEW图形化编程语言开发声发射检测系统软件。
在声发射检测系统
软件结构中，主要有数据采集、时域分析、频域分析、结果显示、结果储存和打
印等模块。
每个模块都可以独立运行，但是各模块之间又形成一种良好的协调合
作关系，以此来完成阀门内漏数据的采集、分析、显示、储存、管理和打印。
5结语
对基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术进行探讨。
介绍阀门内漏声源特征和阀门内漏声发射检测机理，阐述声发射检测系统的组成和功能，进行声发射检测系统的应用试验。
试验发现:阀门内漏率与阀门压差成线性关系;可以将时域均方根作为内漏程度判断标准，时域均方根变化幅度越大，说明阀门内漏越严重;可以将频域峰值作为内漏程度评价标准，频域峰值变化越明显，说明阀门内漏越严重。
参考文献
[1]张庚.天然气管道阀门内漏流量与声发射信号特征量化关系实验研究[D].中国石油大学(北京),2018.
[2]雷红祥.基于声发射的天然气管道阀门内漏检测技术研究[D].中国石油大学（北京）,2017.
[3]张海峰,陈鑫,马斌良,李振林,张海东,刘治超.天然气管道阀门内漏声发射检测方法及关键技术研究进展[J].石油化工自动化,2015,51(03):53-56.
[4]张海峰,李振林,姬忠礼,毕治强.天然气管道阀门内漏声发射检测系统设计及试验研究[J].石油化工自动化,2013,49(06):10-13.。