流体输送管道的泄露检测与定位

第1章 绪论

1.1 管道泄漏检测的意义

1.2 流体输送管道泄漏检测方法概述

1.2.1 外部环境检测

1.2.2 管壁状况检测

1.2.3 管内流动状态检测

参考文献

第一篇 基于模型的泄漏检测与定位方法

第2章 液体管道的动态模型与仿真

2.1 管内瞬态流动的基本方程

2.1.1 动量方程

2.1.2 连续性方程

2.1.3 能量方程

2.1.4 状态方程

2.2 液体管道模型及其特征线解法

2.2.1 液体管道模型

2.2.2 特征线解法

2.2.3 有限差分方程

2.2.4 边界条件

2.2.5 分叉连接

2.3 瞬变流能量损耗对仿真的影响

2.3.1 管道切应力模型

2.3.2 管道拟二维模型和二维模型

2.3.3 能量损耗对管道仿真的影响

2.4 泄漏仿真

2.4.1 泄漏量大小的影响

2.4.2 泄漏位置的影响

2.4.3 泄漏形成时间的影响

2.5 基于实时模型的泄漏检测

2.5.1 基于直接比较的泄漏检测方法

2.5.2 基于修正项的质量/流量平衡方法

2.6 瞬变流计算中的几个问题

2.6.1 插值问题

2.6.2 流动参数的确定

2.6.3 管道入口段的流动问题

2.6.4 管道高程差的问题

参考文献

第3章 基于状态估计的泄漏检测与定位

3.1 Kalman滤波的基本原理

3.2 管道状态方程的建立

3.3 自适应Kalman滤波

3.4 基于Kalman滤波的泄漏检测与定位

3.5 试验结果

参考文献

第二篇 基于信号处理和模式识别的泄漏检测与定位方法

第4章 随机过程的基本知识

4.1 基本概念

4.1.1 事物变化过程的分类

4.1.2 随机过程的样本与状态

4.1.3 集合（总体）平均

4.1.4 时间平均

4.2 随机过程的数字特征

4.2.1 数学期望

4.2.2 方差

4.2.3 自相关函数

4.2.4 互相关函数

4.2.5 功率谱密度函数

4.3 随机过程的分类

4.3.1 连续型随机过程和离散型随机过程

4.3.2 连续时间参数随机过程和离散时间参数随机过程

4.3.3 平稳随机过程与非平稳随机过程

4.3.4 尔格过程（各态遍历性过程）

4.3.5 独立随机过程

4.4 白噪声过程及其性质

参考文献

第5章 基于时域分析的泄漏检测与定位

5.1 基于相关分析的泄漏检测与定位

5.1.1 基于压力波分析的泄漏检测与定位原理

5.1.2 泄漏检测与定位的相关分析方法

5.1.3 基于广义相关分析的泄漏检测与定位

5.2 基于时间序列分析方法的泄漏检测与定位

5.2.1 时间序列与系统状态的关系

5.2.2 时间序列信号建模

5.2.3 判别函数

5.2.4 泄漏检测与定位的时间序列分析方法

5.3 基于仿射变换的泄漏定位

5.3.1 仿射变换的基本原理

5.3.2 泄漏定位的仿射变换方法

参考文献

第6章 基于时频分析的泄漏检测与定位

6.1 引言

6.2 小波变换的基本原理

6.2.1 Mallat小波变换的定义

6.2.2 利用小波变换检测信号边沿的原理

6.3 基于小波变换的泄漏检测与定位

6.3.1 基于小波变换的泄漏检测

6.3.2 基于小波变换的泄漏定位

参考文献

第7章 基于模式识别和图像处理的泄漏检测与定位

7.1 支持向量机的基本概念

7.2 基于支持向量机的泄漏检测与定位

7.2.1 基于支持向量机的泄漏检测方法

7.2.2 基于图像边缘检测的泄漏定位方法

7.3 基于图像处理的泄漏检测与定位

7.3.1 基于主元分析的泄漏检测方法

7.3.2 基于非负矩阵因子分解的泄漏检测方法

7.3.3 基于最大互信息的泄漏定位方法

参考文献

第8章 管网的泄漏检测与定位

8.1 基于模式识别的管网泄漏检测

8.1.1 基本思路

8.1.2 泄漏检测

8.2 基于模式识别的管网泄漏定位

8.3 仿真实验

参考文献

第9章 基于声波信号的泄漏检测与定位

9.1 引言

9.2 泄漏声波的产生

9.2.1 泄漏开始阶段——冲激波声源产生的声压

9.2.2 泄漏持续阶段——活塞声源产生的声压

9.3 管道中泄漏声波的传播模式

9.3.1 管道声学方程

9.3.2 管内液体中的纵波

9.3.3 管壁中的纵波

9.4 管内声波频率响应分析

9.4.1 管内频率响应的机理分析

9.4.2 管内频率响应辨识

9.4.3 仿真结果及分析

9.4.4 实验验证

9.5 基于Duffing振子的声波信号检测

9.5.1 Duffing振子简介

9.5.2 基于Duffing振子的周期信号检测

9.5.3 基于Duffing振子的天然气管道泄漏检测

参考文献

第三篇 流体输送管道泄漏检测系统

第10章 流体输送管道泄漏检测系统的组成

10.1 系统的体系结构

10.1.1 系统的拓扑结构

10.1.2 系统的网络结构

10.2 系统的软件结构

10.2.1 RTU程序

10.2.2 服务器程序

10.2.3 远程客户端程序

10.3 远程数据单元

10.4 数据通信

10.5 GPS对时

参考文献

第11章 管道泄漏检测系统的性能评价

11.1 一般故障诊断系统的性能评价

11.2 管道泄漏检测系统的性能指标

11.2.1 泄漏检测灵敏度

11.2.2 泄漏点的定位精度

11.2.3 抗工况扰动能力

11.2.4 系统响应时间

11.2.5 影响系统性能的其他因素

11.2.6 性能指标认知上的问题

11.3 通过信息融合提高定位精度

11.4 最小可检测泄漏量的分析与计算

11.4.1 泄漏点压力变化与泄漏量的计算

11.4.2 负压波的传播过程

11.4.3 最小可检测泄漏量的计算

11.4.4 泄漏灵敏点的分析

参考文献

使用管道运输流体是一种经济、方便的运输方式，在石油、天然气以及其他流体输送中占有重要的地位。及时对流体输送管道的泄漏进行检测和泄漏点的定位，防止泄漏事故的进一步扩大，具有重要的经济意义和社会效益。自20世纪80年代初以来，作者所在科研组在液体输送管道的泄漏检测和定位方法方面进行了系统、深入的研究，取得了丰富的理论研究成果，并研究和开发出了液体输送管道泄漏 检测系统，对我国在这一领域的研究和应用起到了促进作用。本书从动态模型的建立、状态估计、信号处理和模式识别等方面全面和系统地介绍了液体输送管道的泄漏检测和定位方法，并从应用的角度简要介绍了泄漏检测系统的组成，探讨了系统的性能评价指标。本书是作者和研究生20多年来在液体输送管道的泄漏检测与定位方面的研究和应用成果的总结与提炼，对广大从事油气储运及其自动化的工程技术人员和高等院校相关专业的教师、研究生均具有参考价值。所介绍的方法对其他领域从事自动化和技术系统故障诊断研究的工程技术人员、高等学校的教师与学生也具有参考价值。