易燃易爆介质管道健康诊断与智能预警关键技术

本项目属于安全生产技术领域。

易燃易爆介质管道遍布城市、乡村及工业生产各个领域，管道安全已成为社会公共安全问题。近年来，管道健康问题日益凸显，尤其是易燃易爆介质管道泄漏事故频发，其运行安全已作为一票否决成为社会极为关注的课题。

本项目针对我国埋地易燃易爆介质管道泄漏开挖诊断受限、泄漏定位精度不高、非金属管道泄漏技术缺乏、监控模式落后、预警效率低下等问题，考虑国外管道泄漏精确定位上许多未解决的难题，在国家、部委和省市科研课题资助下，经过多年攻关，实现了管道泄漏故障的“精确诊断”、“自动监控”和“智能预警”的全方位立体监控管理。成果如下：

1. 非开挖管道泄漏早期诊断应用技术和多泄漏源精确定位方法。

   • 发明了管道泄漏非开挖早期综合诊断技术和装置，优化了应用技术方案，解决了管道泄漏检测适用性、可靠性低与应用成本高之间的矛盾，提高故障预警发现率20%以上。
   • 提出了变分模态相对熵的管道多点小泄漏精确定位方法，克服了泄漏信号随机性、频散性及混叠性带来的精确定位难题，实现对单点、多点小泄漏的高精度诊断，精度达到±3m以内。
   • 发展了管道泄漏瞬态仿真模型，提出基于粒子群和改进支持向量机的长输管道泄漏精确定位算法，解决了泄漏信号长距离传输难以捕捉的问题。

2. 基于频谱库的泄漏判断和瞬变流频率响应分析的非金属管道泄漏诊断方法。

   • 针对非金属管道泄漏故障检测难题，通过仿真和试验，揭示了管道泄漏与非泄漏次声波频谱特征及传播规律，构建了管道泄漏次声波信号频谱库。
   • 提出了基于次声波频谱特征的泄漏判断准则和基于瞬变流频率响应分析管道泄漏测定方法，利用广义多单元Kevin-Voigt（K-V）模型和时频域控制方程计算得出管道泄漏的频率响应函数。
   • 结合扩展传递矩阵和状态向量算法，推导出管道泄漏频率响应图中的奇次谐波幅值随谐波次数的变化规律与泄漏位置之间的关系，实现了非金属管道在线测漏计算。

3. 基于物联网的管道自动化健康监控模式和事故智能预警系统。

   • 设计了基于多传感信息、多模型交叉综合验证的管道健康诊断模型，研发了物联网远程监测的管道健康监测技术和装置，显著提高管道泄漏、堵塞等故障识别率，达到96%。
   • 改变了人工巡检管网故障的落后模式。
   • 构建了集管道信息、健康诊断、风险分析、事件预报及应急救援等多重防范的智能预警系统平台，形成了基于计算机技术的全方位立体监控防范机制。
   • 解决了人工巡检不能满足生产需求、缺乏高效可靠的泄漏预警和应急救援技术难题，提高了管道重大事故防范能力。

本项目技术经现场测试应用具有较好的普遍适用性，实现了产业化。应用于江苏、浙江等地的易燃易爆介质管道5000余km，管道泄漏事故率由0.030次/公里·年降低到0.015次/公里·年，降低泄漏事件发生率50%以上，项目整体技术达到国际先进水平。

本项目共获得授权发明专利24项，专利转化1项，实用新型专利2项，申请2项国际专利，软件著作权6件，技术成果已向全国辐射推广，直接经济效益19112.4万元，促进了绿色环境生态发展，取得了显著社会效益。

本项目属于安全生产技术领域。易燃易爆介质管道遍布城市、乡村及工业生产各个领域,管道安全已成为社会公共安全问题。近年来管道健康问题日益凸显,尤其是易燃易爆介质管道泄漏事故频发,其运行安全已作为一票否决成为社会极为关注的课题。本项目针对我国埋地易燃易爆介质管道泄漏开挖诊断受限,泄漏定位精度不高,非金属管道泄漏技术缺乏,监控模式落后、预警效率低下等问题,考虑国外管道泄漏精确定位上许多未解决的难题,在国家、部委和省市科研课题资助下,经过多年攻关,实现了管道泄漏故障的“精确诊断”、“自动监控”和“智能预警”的全方位立体监控管理,成果如下：1、非开挖管道泄漏早期诊断应用技术和多泄漏源精确定位方法。发明了管道泄漏非开挖早期综合诊断技术和装置,优化了应用技术方案,解决了管道泄漏检测适用性、可靠性低与应用成本高之间的矛盾,提高故障预警发现率 20%以上。提出了变分模态相对熵的管道多点小泄漏精确定位方法,克服了泄漏信号随机性、频散性及混叠性带来的精确定位难题,实现对单点、多点小泄漏的高精度诊断,精度达到±3m以内;发展了管道泄漏瞬态仿真模型,提出基于粒子群和改进支持向量机的长输管道泄漏精确定位算法,解决了泄漏信号长距离传输难以捕捉的问题。2、基于频谱库的泄漏判断和瞬变流频率响应分析的非金属管道泄漏诊断方法。针对非金属管道泄漏故障检测难题,通过仿真和试验,揭示了管道泄漏与非泄漏次声波频谱特征及传播规律,构建了管道泄漏次声波信号频谱库,提出了基于次声波频谱特征的泄漏判断准则和基于瞬变流频率响应分析管道泄漏测定方法,利用广义多单元Kevin-Voigt（K-V）模型和时频域控制方程计算得出管道泄漏的频率响应函数,结合扩展传递矩阵和状态向量算法,推导出管道泄漏频率响应图中的奇次谐波幅值随谐波次数的变化规律与泄漏位置之间的关系,实现了非金属管道在线测漏计算。3、基于物联网的管道自动化健康监控模式和事故智能预警系统。设计了基于多传感信息、多模型交叉综合验证的管道健康诊断模型,研发了物联网远程监测的管道健康监测技术和装置,显著提高管道泄漏、堵塞等故障识别率,达到96%,改变了人工巡检管网故障的落后模式。构建了集管道信息、健康诊断、风险分析、事件预报及应急救援等多重防范的智能预警系统平台,形成了基于计算机技术的全方位立体监控防范机制,解决了人工巡检不能满足生产需求、缺乏高效可靠的泄漏预警和应急救援技术难题,提高了管道重大事故防范能力。本项目技术经现场测试应用具有较好的普遍适用性,实现了产业化。应用于江苏、浙江等地的易燃易爆介质管道5000余km,管道泄漏事故率由 0.030 次/公里·年降低到 0.015次/公里·年,降低泄漏事件发生率50%以上,项目整体技术达到国际先进水平。本项目共获得授权发明专利24项,专利转化1项,实用新型专利2项,申请2项国际专利,软件著作权6件,技术成果已向全国辐射推广,直接经济效益19112.4 万元,促进了绿色环境生态发展,取得了显著社会效益。