管道作为工业生产中各种单元设备的桥梁,对确保生产的稳定运行起着至关重要的作用,然而由于管材和人为等因素,管道一旦发生泄漏,将会造成巨大的经济损失,严重影响化工生产的安全。目前大部分的研究工作主要在长距离输送管道上,但是由于化工管道广泛存在直段短、分支多、异型组件复杂的特点,对此管路结构状况研究的方法比较少。因此,为了能够有效地实现对化工管道的泄漏检测与准确定位,本文在现有方法的基础上,研究了一种化工管道泄漏检测和定位方法,通过Flowmaster进行模拟分析,并设计了一套实验装置实现系统集成,利用所设计的装置开展检测方法验证和系统性能测试分析。本文的主要研究内容包括:(1)基于管道瞬变流理论,提出了一种化工管道瞬态模型的建模方法。对化工管道进行模型建立,首先将管道弯头阻力方程引入到实时瞬态模型(RTTM)中,同时结合Brunone模型建立了化工管道实时瞬态模型,然后利用粒子群算法对化工管道实时瞬态模型的参数进行实时优化。参数优化过程主要通过采集管路首末端流量和压力的实时数据,将首端流量和压力经过模型计算得到管道沿程的参数分布,然后将管道末端实时采集的压力和流量与计算值的相对误差和作为粒子群算法的适应度,通过降低适应度至规定阈值来实现对参数的优化。最后利用Flowmaster模拟软件实现了对该模型适用性的验证;(2)为了提高化工管路的泄漏检测与定位的准确度,结合所研究的管路瞬态模型,提出了一种基于双层模型的管路泄漏检测与定位方法。双层模型是一种集成多序贯概率比检验(M-SPRT)负压波定位、质量流量平衡和反瞬态分析的双层结构模型。首先,第一层模型把首末端采集的压力信号通过多序贯概率比检验(M-SPRT)结合负压波定位法检测出不同程度的泄漏状况,做出初步定位,同时把首末端采集的流量信号通过质量流量平衡法来初步判断泄漏量大小;然后第二层模型则利用化工管道实时瞬态模型对第一层模型得到的初步定位和泄漏量进行反瞬态分析(ITA),最终获得具体的泄漏量和具体定位信息。反瞬态分析主要用混沌粒子群算法实现,以保证在化工管道模型进行反瞬态分析的时候不陷入局部最优而有较高的漏报率和误报率,具有收敛速度快、定位精度高的优点,能够实现对泄漏信息的有效判断和准确定位;(3)为验证检测方法的有效性和检测信息的采集与处理,设计了一套实验装置,并进行了系统集成。整个实验装置系统的分为硬件和软件部分,其中硬件部分包括管路和泵阀、数据采集系统模块等,软件部分包括现场监控、信号处理和泄漏检测与定位等模块。通过实验装置的实验,表明化工管道实时瞬态模型在模拟现场管道有较高的精度,双层模型对化工管道泄漏检测与定位有较好的实时性和精确度。通过开展化工管道模型的建立及双层模型在泄漏检测与定位方法的研究和实验装置系统应用集成,有利于进一步深入研究化工管道泄漏检测与定位的相关方法,也为这些方法有效地在化工过程中实际应用开发提供了良好的工程参考价值,为化工企业安全生产提供必要的技术手段。