國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣需求不斷增長(zhǎng)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(guó)天然氣管道總長(zhǎng)將達(dá)到6萬(wàn)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(kāi)發(fā)出相應(yīng)的內(nèi)漏檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)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(duì)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(guó)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(duì)象，運(yùn)用聲發(fā)射理論和信號(hào)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(shí)域范圍內(nèi)聲場(chǎng)特征，針對(duì)閥門發(fā)生內(nèi)漏時(shí)其聲場(chǎng)特征比較復(fù)雜，影響聲發(fā)射信號(hào)的分析與處理等難點(diǎn)問(wèn)題。采取小波包分析方法對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行降噪處理，表征真實(shí)管道閥門內(nèi)漏聲場(chǎng)特征參數(shù)，為天然氣輸送行業(yè)管道閥門內(nèi)漏檢測(cè)和天然氣管道泄漏檢測(cè)提供理論和技術(shù)支持。

　　 球閥內(nèi)漏聲發(fā)射檢測(cè)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(jiǎn)稱AE)。聲發(fā)射信號(hào)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(guò)安裝在物體表面的聲發(fā)射檢測(cè)儀拾取聲發(fā)射信號(hào)，就可以對(duì)材料應(yīng)力特征進(jìn)行分析。天然氣管道閥門內(nèi)漏過(guò)程中產(chǎn)生的聲信號(hào)嚴(yán)格意義上說(shuō)不是聲發(fā)射現(xiàn)象，閥門在泄漏過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生能量，而是作為聲發(fā)射信號(hào)傳播的媒介。然而閥門在內(nèi)漏過(guò)程中由于上下壓差的影響在泄漏口處，泄漏氣體會(huì)產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，渦流不僅會(huì)擾動(dòng)氣體流動(dòng)而且會(huì)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(hào)在時(shí)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(hào)常常被淹沒(méi)在大量的干擾噪聲當(dāng)中。為了從檢測(cè)信號(hào)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(hào)處理方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于平穩(wěn)信號(hào)和非平穩(wěn)信號(hào)分析和處理中。小波變換采用二進(jìn)變換的方法對(duì)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(hào)為一寬頻信號(hào)，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(duì)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(duì)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(guò)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(shí)，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(gè)具有一定聯(lián)系的函數(shù)集合。

　　聲發(fā)射傳感器檢測(cè)信號(hào)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(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)在時(shí)域范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一種連續(xù)變化的類型，為了在時(shí)域范圍內(nèi)了解不同泄漏率下聲場(chǎng)特征，可以采用聲發(fā)射信號(hào)均方根(AERMS)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，例如一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)含有N個(gè)樣本，x[0]，x[1]，…，x[n-1]均方根的方程如下：

　　同時(shí)通過(guò)頻域范圍內(nèi)的聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)測(cè)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(hào)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(gè)聲發(fā)射信號(hào)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(hào)的聲功率直接近似等于泄漏信號(hào)的平均能量，這個(gè)關(guān)系可以簡(jiǎn)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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