1.一种基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法,其特征在于:包括如下步骤:S1:在实验室内搭建非金属管道模型,进行非金属管道未泄漏和泄漏模拟试验,使用便携式无线油气管网健康诊断系统分别在未泄漏和泄漏两种状态下测量管道流量、温度及多处的压力参数数据,并找出泄漏状态和未泄漏状态下的规律,找出泄漏与未泄漏的差异,确定泄漏管和未泄漏管的统计特性,并获得实验管道测量到的各泄漏节点的测量压头;
S2:根据S1得到的压力、流量和温度的变化规律,建立非金属管道逆瞬态模型:S2.1拟用ITA方法中使用的目标函数定义为:
其中,OF是目标函数,Nms是测量节点数,Nts是时间步数, 是第i个测量站和第j个时间步长的测量压力值,Pi,j(a)是根据校准模型计算得到的第i个测量站和第j个时间步长的压力值;a=[a1,......aN]T是未知压力值,ak是第k段位置压力值,其中k=1,2,3……N,N表示管段个数;在这种情况下,对压力信号的搜索通常以ak∈[amin,n,amax,n],当n为1时则[amin,1,amax,1]由最大和最小可行参数值确定,[amin,n,amax,n]阶段中的搜索空间在阶段n-1中确定,并在下一节,下一阶段的搜索空间更新中解释;其中amin,n是压力信号最小可行参数值,amax,n是压力信号最大可行参数值;
S2.2:泄漏与未泄漏管段分类:
对于矩阵An给出的压力信号的数据集,对于给定的一组压力信号估计值:{a1,k,n....aM,k,n},M为独立逆瞬态模型运行数,表示在k管段,第n阶段,所有压力信号估计值作为一组数据集合,总结该组的统计特性,确定该组的统计特性是否和未泄漏管段的压力信号估计的统计特性相一致,如果第k管段的统计特性与未泄漏管段的特性一致,则该管段归类为未泄漏;如果不一致,则该管段归类为泄漏;
S2.3:对泄漏与未泄漏管段进行下一阶段的搜索空间更新;
S2.3.1:根据所属的未泄漏管段集合C0,n和泄漏管段集合CA,n,为不同的区域分配不同的搜索空间间隔;泄漏管段的检测是参数估计的重点,因此,一个被划分为泄漏管段(ak,n,k∈CA,n)将保留原来的宽压力信号搜索区间{amin,1,amax,1},以便估计策略仍然能够在全搜索空间内搜索;
S2.3.2:对一个划分为未泄漏管段(ak,n,k∈C0,n)分配一个较窄的压力信号搜索区间{amin,n+1,amax,n+1};新的搜索空间边界amin,n+1和amax,n+1,用于分类为未泄漏的范围,由A0,n的百分位值确定:amin,n+1=p-th percentile of A0,n (3)amax,n+1=q-th percentile of A0,n (4)where q>p;A0,n={ai,j,n:i∈C0,n,j=1,…,M} (5)A0,n是划分为未泄漏的所有管段的多个估计值的集合,因此A0,n的统计数据可以用来表示未泄漏管段的压力信号值所处的参数范围;
S2.4:进行泄漏与未泄漏管段搜索空间更新的终止标准
当第n阶段的更新搜索空间内生成的m多个解都比第n-1阶段的先前最佳目标函数具有更大的目标函数时,该算法从第S2.2阶段的迭代终止;
S3:使用压力梯度法对泄漏管道进行初步泄漏定位,结合压力梯度法和区段分类法缩小定位管段范围;
S4:在MATLAB的环境下使用蚁狮算法对管道的摩阻系数进行优化,在减少了目标函数的收敛时间,提高了计算精度的基础上,提高了计算速度,得到收敛性最佳的水力摩阻系数λ;
S5:将收敛性最好的摩阻系数λ代入气体特征方程,从而得出测压点的计算压头;
S6:将实验测量到的测压头与计算出的测压头共同代入逆瞬态模型,得到目标函数值OF;
S7:在实验所得多处的OF值中,挑选最小值的位置节点,为泄漏节点;
S8:将最终得到的泄漏节点位置所求的各参数值代入压力梯度法中,得到计算泄漏点位置x′leak。
2.如权利要求1所述的基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法,其特征在于:M个不同独立逆瞬态模型运行的所有解决方案都保存在解决方案矩阵An中,其定义如下:式中,ai,j,n为第j流域的第i次压力信号估算,j=1,2......N,i=1,2......M;N为管段数;M为独立逆瞬态模型运行数;n为阶段数。
3.如权利要求2所述的基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法,其特征在于:未泄漏管段的规律为该测量点压力不变,流量也不变,有泄漏管段的规律表现为该测量点压力突然下降,管道流量突然上升,后又逐渐下降。
4.如权利要求3所述的基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法,其特征在于:步骤S5所述的气体特征方程由联列封闭管道中一维瞬态流动的运动方程和连续性方程进行+ -有限差分,忽略偏微分方程中的惯性项,其中对摩阻项采用二阶近似,得到C 、C特征线为具体为:其中Pi-1,j-1为测压点的前一位置,前一时间点的测量压力值,MPa,Pi+1,j-1为测压点后一位置,后一时间点测量压力值,MPa,Pij为测压点计算压力值,MPa,Mi-1,j-1为测压点的前一位置,前一时间点的流速,kg/s,Mi+1,j-1为测压点后一位置,后一时间点的流速,kg/s,Mij为测压点流速,kg/s;g为重力引起的加速度;A为管的横截面积,m2,A0为泄漏面积,m2;λ为摩阻系数;D为管内径,m;B为压力波速,m/s,气体管道等温流动时,B为定值。