Математический Алгоритм Для Обнаружения Утечек Малой Интенсивности

Abstract

The operating principle of leak detection systems, based on registration of transported medium hydroacoustic fluctuations, appearing due to pipeline loss of containment, consists of identification of hydraulic impulse, originating in case of leakage, using acoustic dynamic pressure measuring sensors - hydrophones. However, during pumping at pipeline stationary operating mode hydrophones also register background noises, which can mask the leakage signal. To separate the useful leakage signal it is important to construct an algorithm that allows lowering the noise component of the signals. Within the scope of experimental research, two pairs of hydrophones were used, which were installed at the functioning main oil pipeline at a distance of 20 km of each other. The distance between the adjacent paired hydrophones was no more than 1 km. Leaks were imitated by draining the product (diesel fuel) in the middle of control section. Authors considered the methods of noisy signals filtration and possible methods of cleared signals processing to determine the leak parameters. Mathematical algorithm that allows minimizing the influence of signal noise by filtration and mutual hydrophone readings compensation was proposed. It is established, that the developed algorithm allows detecting the leakages of low intensity (up to 0.1 % of actual flow) in cases of stationary pipeline operating mode and pumping stop mode. Принцип работы систем обнаружения утечек, основанных на регистрации гидроакустических колебаний транспортируемой среды, возникающих из-за разгерметизации трубопровода, состоит в идентификации гидравлического импульса, возникающего при образовании утечки, с помощью акустических датчиков измерения динамического давления – гидрофонов. Однако гидрофоны в процессе перекачки при стационарном режиме работы трубопровода регистрируют в том числе фоновые шумы, которые могут маскировать сигнал от утечки. Для выделения полезного сигнала утечки актуально построение алгоритма, позволяющего понизить шумовые составляющие сигналов. В рамках экспериментальных исследований использовались две пары гидрофонов, которые устанавливались на действующем магистральном нефтепродуктопроводе на расстоянии 20 км друг от друга. Расстояние между соседними гидрофонами в паре составляло не более 1 км. Утечки имитировались путем выполнения натурных сливов продукта (дизельного топлива) в середине контрольного участка. Авторами рассмотрены методы фильтрации зашумленных сигналов и возможные способы обработки очищенных сигналов с целью определения параметров утечки. Предложен математический алгоритм, позволяющий минимизировать влияние шумовых составляющих сигналов путем фильтрации и взаимной компенсации показаний пар гидрофонов. Установлено, что разработанный алгоритм позволяет обнаруживать утечки малой интенсивности (до 0,1 % от фактического расхода) в условиях стационарного режима работы трубопровода и режима остановленной перекачки.