基于阀腔压力检测埋地球阀内漏的方法和系统与流程

1.本发明涉及埋地球阀阀门内漏检测技术领域，具体来讲，涉及一种基于阀腔压力判断埋地球阀内漏的方法、一种基于阀腔压力获得埋地球阀内漏的泄漏量的方法、一种基于阀腔压力检测埋地球阀内漏的方法、以及一种用于实现前述检测埋地球阀内漏的方法的内漏检测系统。


背景技术：

2.阀门是一种广泛使用在石油、天然气、化工、电气等行业中的通用机械产品，是这些工业装置系统中必不可少的流体控制设备，对整个工业系统有着重要的作用。全球阀门需求最大的行业是石油天然气行业，2019年需求占比为37.4％，而阀门泄漏故障是石油天然气输送过程中最常见的安全问题之一。出于对运输安全问题的考虑，多数油气管道设计为地下运输的方式，而埋地油气运输管道阀门内漏更是难以检测。球阀作为油气输送管线上广泛使用的阀门，主要起着切断、分配及改变介质的流动方向的作用。目前，在国内的输油/输气站场和输送线路上，对埋地油气管道球阀内漏检测缺乏有效的检测方法。
3.国内外研究阀门内漏检测的方法主要为声发射检测法和超声波检测法。其中，声发射检测法是通过相应传感器采集声发射信号(喷流噪声)，与其他特征参数相比较，判断阀门是否有内漏发生。而超声波检测法则是通过检测阀门在泄漏时因阀门内外形成的气压差，当流体穿过泄露口形成湍流而产生频率超过20khz的超声波信号来判断阀门的泄漏情况。二者虽然均属于无损检测，安全性较高，能够实现对地面绝大部分阀门泄露的检测，但无法实现对埋地阀门内漏的检测。
4.发明人经研究分析后，认为埋地管道球阀内漏检测的难点在于：埋地管道球阀位于地下较深的位置，普通的检测方法和手段无法直接应用于球阀表面、内部以及与阀门相连接的上下游管道。由于阀门埋藏深度原因，许多非接触式的方法也不能对阀门内漏进行有效的检测，如声发射传感器无法安装在阀体或下游管道位置。因此埋地管道阀门内漏检测至今没有有效的解决手段。
5.通过油气输送现场调研发现，现场工作人员对球阀内漏的检测主要根据自身经验来操作和判断，没有直接有效的检测方法。检测周期是在每年冬季维护保养之前进行一次检查，对于内漏程度也没有科学、可靠的依据，仅凭工作人员经验加以判断，这类检测方法存在准确性低、耗时长、安全系数较低等问题。且现场对于轻微内漏完全无法检测，只有在内漏比较严重的时候，才会发现并且采取一定的补救措施，通常为调限位和注脂处理，很难进行阀门维修等工作，并且由于生产要求和设备管理等方面原因，内漏球阀无法得到及时的更换。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于解决埋地管道球阀内漏情况的定性、定量判断和检测。又如，本发明的另一目
的也可以为提出一种基于阀腔压力变化来判断埋地管道球阀内漏情况的检测方法，可根据现场工作需求实现对球阀内漏在线检测，无需拆卸线上球阀，并对其内漏量进行轻微、中度、严重的分级判断。
7.本发明的一方面提供了一种基于阀腔压力判断埋地球阀内漏的方法，包括以下步骤：在埋地球阀开关动作结束之后，打开排污阀使埋地球阀的阀腔与大气导通，经过第一时间段，关闭排污阀，经过第二时段；根据第二时段中阀腔的压力值p2随时间的增加而发生的变化趋势，判断埋地球阀是否发生内漏，其中，若p2的所述变化趋势为基本稳定，则埋地球阀未发生内漏，若p2的所述变化趋势为先增加，后基本稳定且等于该埋地球阀所处管道的压力值p
管
，则埋地球阀发生内漏。
8.本发明的另一方面提供了一种基于阀腔压力获得埋地球阀内漏的泄漏量的方法，包括以下步骤：在埋地球阀开关动作结束之后，打开排污阀使埋地球阀的阀腔与大气导通，经过第一时间段，关闭排污阀同时记录此刻的时刻t2、阀腔压力值p
2始
、介质流向外界的流量值q1，待阀腔压力值增加到管道压力值p
管
时，记录此刻的时间t3、阀腔压力值p
2终
，再次打开排污阀，待阀腔压力值减小到与p
2始
相同时，再次关闭排污阀，并记录当前的时刻t4、阀腔压力值p3和流量q2；通过对时间t2、t3、t4、阀腔压力值p
2始
、p
2终
、p3、以及流量q1、q2的分析，计算出所述泄漏量。
9.本发明的又一方面提供了一种基于阀腔压力检测埋地球阀内漏的方法，采用如上所述的泄漏量，并利用bp神经网络实现对球阀内漏速率的反演，从而检测得到埋地球阀的内漏量。
10.本发明的再一方面提供了一种用于实现如上所述的检测埋地球阀内漏的方法的内漏检测系统。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
12.能够实现对埋地球阀的内漏的定性判断；
13.能够通过神经网络实现对泄漏速率的反演求出泄漏量的具体数值；
14.能够根据阀门内漏量的具体数值，并结合项目相关的标准要求，实现对阀门内漏程度进行轻微、中度、严重的分级判定；
15.同时，能够为现场人员根据阀门泄漏程度对阀门采取相应的处理措施提供一定的帮助，在很大程度上可避免由于人为原因而导致阀门的损坏，同时也节约了阀门的维护保养成本。
附图说明
16.通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
17.图1示出了本发明的内漏检测系统的一个示例性实施例的结构示意图。
18.图2示出了本发明的检测埋地球阀内漏的方法的一个示例性实施例的分级评判标准流程图。
具体实施方式
19.在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的基于阀腔压力检测埋地球阀
至t2)中，阀腔的压力值p1小于p
管
且随时间的增加逐渐减小。在所述开关动作结束至所述打开排污阀的时间段(例如，t0至t1)，球阀的压力值p0基本等于p
管
，且远大于大气压p
大气
。
25.在本发明的又一个示例性实施例中，基于阀腔压力检测埋地球阀内漏的方法，采用如上任意一项所述的获得埋地球阀内漏的泄漏量的方法得到所述泄漏量，并利用bp神经网络实现对球阀内漏速率的反演，从而检测得到埋地球阀的内漏量。
26.此外，基于阀腔压力检测埋地球阀内漏的方法还可进一步基于内漏量判断内漏级别。例如，如图2中所示，所述检测埋地球阀内漏的方法可先判断内漏量是否不超过第一阈值，若是，则给出内漏量为第一级别的评价；若超过第一阈值，则判断内漏量是否不超过第二阈值，若是，则给出内漏量为第二级别的评价；若超过第二阈值，则判断内漏量是否不超过第三阈值，若是，则给出内漏量为第三级别的评价，其中，第一阈值小于第二阈值小于第三阈值。
27.如图1中所示，在本发明的另外一个示例性实施例中，用于实现如上任意一项所述的检测埋地球阀内漏的方法的内漏检测系统可包括按照信号传输方向依次连接的信号采集去噪单元、特征提取单元、内漏反演单元、以及判断输出单元(图1未示出)。
28.其中，所述信号采集去噪单元包括传感器和小波阈值去噪构件，甚至于进一步包括平移不变量小波去噪构件。具体来讲，通过压力传感器对埋地球阀阀腔内的压力信号进行采集。通过比较不同去噪算法对压力信号的去噪效果，包括小波阈值去噪和平移不变量小波去噪，选择最优的去噪方法，得到去噪后的压力信号。
29.所述特征提取单元能够对去噪后的信号进行提取特征、相关系数法和特征降维处理。通过对去噪后的信号进行特征提取，运用相关系数法找出与阀腔压力信号关联程度高的特征。
30.所述内漏反演单元能够训练bp神经网络并形成内漏反演模型。通过建立对应的bp神经网络模型，接着通过参数优化，选取一定量的训练集数据对建立bp神经网络模型进行训练，选取测试集对模型对球阀内漏速率。图2示出了图1的内漏检测系统的运行方式示例。
31.通过bp神经网络反演得到的反演速率，进行反演推算求出球阀的泄漏量，结合标准gb/t13927-2008对内漏量进行分级评判。具体分级可包括a级、aa级、b级、c级、cc级、d级、e级、ee级、f级、g级。其中a级视为无泄露、aa级、b级和c级可视为轻微泄露；cc级、d级和e级可视为中度内漏；ee级、f级、g级可视为严重内漏。
32.综上所述，本发明能够解决油气输送管道埋地球阀的内漏检测问题，其基于阀腔压力的变化来检测埋地球阀是否发生内漏的方法，并结合相关的算法对内漏速率进行反演，进而对球阀的内漏程度进行分级判定。其总的思路可概括为：通过压力传感器、流量传感器采集阀腔压力信号、流量信号，并根据压力源大小，阀腔压力达平衡的时间，以及流量速率建立bp神经网络的训练模型，进而实现对球阀内漏程度的判断。
33.尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。