[发明专利]一种基于双层架构反向寻源化工管道泄漏检测与定位方法

说明书

本发明公开了一种基于双层架构反向寻源化工管道泄漏检测与定位方法，包括：采集化工管道的首末端和中间位置的流量值和压力值；在第一层架构的泄漏检测与定位计算模块中计算得到泄漏发生的大致位置x_layer1和泄漏量m_layer1；根据泄漏发生的大致位置x_layer1和泄漏量m_layer1计算确定泄漏孔径d_L的搜索范围；根据泄漏位置率k的搜索范围、泄漏量m的搜索范围以及泄漏孔径d_L的搜索范围在第二层架构的泄漏检测与定位计算模块中对化工管道模型进行反向寻源计算，最终获得精确的泄漏定位和泄漏量预测。本发明的方法比常规单层结构的反向寻源方法，具有收敛速度快、定位精度高的优点。

技术领域

本发明涉及化工安全生产管道泄漏检测与定位技术领域，具体涉及一种基于双层架构反向寻源化工管道泄漏检测与定位方法。

背景技术

随着化工行业的发展和化工装置的进步，化学工业发展十分迅速，其中管道泄漏检测与定位系统(LDS)是化学工业安全运行的重要保障，目前已有多种管道泄漏检测与定位方法，这些方法大致可分为硬件检测法和软件检测法两大类。其中，基于硬件的方法主要是指对于泄漏物进行直接检测，如采用光纤传感器、声学传感器、漏磁技术等；基于软件的方法又称为间接检测法，主要借助于计算机系统，通过检测因泄漏造成的影响，如流量、压力、温度等物理参数的变化来判断泄漏是否发生及对泄漏进行定位。早期的检测方法主要以负压波法(NPW)为主，其基本原理为：当某带压设备中某个位置发生泄漏，在泄漏口处会瞬间喷射处大量流体，根据能量守衡的原则，泄漏口周围的流体就会向泄漏口补充流体介质，导致泄漏口处产生一个瞬变的水锤减压波(即负压波)，这种能量会向管道的上下游传播，使管路沿线在一定程度上压力降低，通过采集首末端接收的压力变化进行泄漏判断，并通过接收时间差判断漏点位置。NPW方法检测精度高、响应快，并能进行长距离检测，但不适用于短距离的漏点检测，并且对缓慢的、微弱的泄漏无法进行有效的检验。针对这个问题，有人将统计方法序贯概率比(SPRT)应用于故障检测检测判断中，该方法基于从管道观测数据对泄漏或无泄漏的估计概率进行比较，当压力值较长时间偏离正常，则泄漏的概率就会增加，当概率远大于未发生泄漏的概率时，就会发生泄漏报警，该方法能够对小泄漏进行有效地检测，并能及时获得泄漏报警。SPRT对于瞬态过程也具有良好的检测性能。基于瞬态的泄漏检测方法得到了很多发展，该方法利用瞬态流动的水力学特性来检测管道中的泄漏。具体方法是对管道系统引入适当带宽和振幅的压力波，然后通过分析压力测量点的数据分析系统响应。这种基于瞬态的方法因其快速，易在线实施和大范围操作范围的优势而变得流行。目前，有四种典型的基于瞬态的方法，包括：(1)基于瞬态波反射的方法；(2) 基于瞬态波阻尼的方法；(3)基于瞬态频率响应的方法；(4)基于逆瞬态分析的方法。其中，基于ITA的方法是这四种方法中最鲁棒和最综合的方法，但其准确性和效率高度依赖于历史数据和质量，以及所采用的逆分析算法。 Liggett首次将逆瞬态分析方法(ITA)应用于管道泄漏检测和定位。 Sarkamaryan等引入高斯函数来模拟每个候选泄漏，并将高斯函数参数作为ITA决策变量，降低了传统ITA的维度问题。

尽管基于瞬态流的方法在一定程度上提高了缓慢、微小泄漏的检测能力和定位精度，但是仍然存在很多问题，基于瞬态的方法对于模型的精度也有较高的要求，然而化工过程管道由于具有直段短、分之多、异型组件复杂的特点，会对所建模型的精度有很大的影响；另外，基于瞬态方法的应用需要外部给定的瞬态激励，如，人为地调节阀门开度。这就带来人为的外部干扰会对管道的正常运行带来一定的影响，导致该方法在化工过程中的实际应用中受到了一定的限制。为了解决这个问题，Zhang等结合ITA和改进的PSO 算法，从准确性、稳定性、鲁棒性、误报率等四个指标来验证方法有效性。该方法有效避免了外部瞬态激励，具有计算精度高、稳定性好、误报率低、抗噪声能力强等优点。但该方法计算机较大，且容易在反向寻源中陷入局部最优。

发明内容