燃气管道泄漏定位与报警系统研究

论文摘要

管道运输作为与铁路、公路、航空、水运并行的五大运输手段之一,是城市公用基础设施的重要组成部分,在国民经济中的地位越来越重要。但由于管道老化腐蚀以及人为损坏等原因,管道泄漏事故频发,造成资源严重浪费且污染了大气环境,给人民的生命财产带来了严重的威胁。因此,建立一套有效的管道泄漏检测及定位报警系统,具有极其重要的意义。与此同时, GIS作为一种新的计算机管理系统应运而生,它具有空间关系与实物对应明确的特点,而WebGIS是将地理信息系统和互联网技术相结合,对管网信息进行共享。于是,本文将WebGIS与管网的泄漏定位相结合,能够在有危险情况发生时,准确定位泄漏点的位置,为采取有效措施应对突发事件提供了可靠的参考信息。本文从管道中气体运动的基本规律出发,建立管道动态仿真模型,并利用准确度较高、稳定性较好的特征线方法对瞬态模型进行计算机数值求解。根据特征线方法,以C#为开发工具,编制管道动态仿真模拟软件,对真实天然气管道进行动态仿真模拟,验证了动态仿真软件的准确性。其次,作者提出了管道泄漏报警及定位理论,采用管段两端双向同时仿真进行检漏与定位的方法,并详细叙述了三色报警理论以及如何排除误报情况,该理论使泄漏报警精度提高,结果更加可靠。在理论分析的基础上,本文设计了室内管道泄漏定位及报警实验装置,模拟实际应用管道输送气体正常运行以及发生泄漏时的情况,对整套实验系统的结构设计及软硬件的设计与开发进行了详细的阐述。并利用该实验监测系统进行了多次泄漏定位实验及数据分析,为管道泄漏检测的实际应用提供了实验基础。最后,以.Net为开发工具,以Arcgis9.3为开发平台,以重庆市长寿区燃气管网为例,基于WebGIS开发出燃气管网状态监控系统,实现燃气管道内流体运行状况的查询、管理和分析等功能,将管段信息与空间地理信息结合起来,将所确定的泄漏管段的信息与位置在地图中显示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 燃气管网泄漏检测与定位方法研究及发展现状
• 1.2.2 燃气管网GIS 的研究与发展现状
• 1.3 本文拟解决的问题
• 1.4 本文的主要研究内容、方法及意义
• 1.4.1 主要研究内容和方法
• 1.4.2 本课题研究的意义
• 1.5 本章小结
• 第二章 天然气管道泄漏定位及报警理论研究
• 2.1 动态分析理论基础
• 2.1.1 流体流动基本定律
• 2.1.2 基本假设
• 2.1.3 连续性方程
• 2.1.4 动量方程
• 2.2 动态仿真模型的建立
• 2.2.1 初始条件和边界条件
• 2.2.2 压力分级
• 2.2.3 摩阻系数
• 2.2.4 动态非管元件模型
• 2.2.5 动态仿真模型的建立及分析
• 2.3 动态仿真模型的数值模拟
• 2.3.1 数值模拟方法
• 2.3.2 特征线方程的建立
• 2.3.3 特征线解法
• 2.3.4 动态模拟仿真程序的编制
• 2.3.5 天然气管道动态仿真模拟实例
• 2.4 燃气管道泄漏报警定位理论及其程序的编制
• 2.4.1 泄漏黄色警报
• 2.4.2 黄色误报排除及泄漏橙色警报
• 2.4.3 橙色误报排除及泄漏红色警报
• 2.4.4 泄漏定位理论
• 2.4.5 泄漏报警定位程序的编制
• 2.4.6 泄漏报警模块
• 2.5 本章小结
• 第三章 管道泄漏报警定位监控系统的开发与实现
• 3.1 系统结构设计
• 3.1.1 系统概述
• 3.1.2 管网模型结构设计
• 3.1.3 系统区域结构设计
• 3.1.4 模型材料的选择原则
• 3.2 监控系统软硬件设计
• 3.2.1 各传感器及其监测项目
• 3.2.2 气源设备
• 3.2.3 数据采集系统
• 3.2.4 采集软件设计
• 3.3 监控系统的开发与实现
• 3.3.1 监控系统的开发
• 3.3.2 泄漏报警与定位实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于 WebGIS 的燃气管网状态监控系统开发
• 4.1 系统开发平台的选择
• 4.2 系统总体设计
• 4.3 软件系统功能
• 4.4 开发实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 对后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果