随着全球变暖的加剧,CO₂的过度排放引起了各国政府的重视。碳捕获与封存（CCS）技术既能够大规模减少CO₂排放量,又不影响化石燃料的使用,对我国中长期应对气候变化、推进低碳发展具有重要意义。CO₂运输是CCS技术中连接捕获与封存的纽带,工业规模的CO₂泄漏事故如果得不到及时有效的处理,将会造成重大的经济损失,并且严重危害生态环境和人类健康,因此,在实施CCS项目过程中,准确可靠的泄漏检测技术是不可或缺的。目前,CCS尚在发展当中,还没有成熟完善的泄漏检测和定位方法,只能借鉴石油、天然气和自来水的相关泄漏检测经验,但是存在的技术难点很多,亟待研究解决。第一,石油、天然气和自来水的泄漏检测本身还有许多难点尚未解决,泄漏爆炸新闻时有报道;第二,CO₂性质特殊,极易发生相态变化,运输过程中可能会出现气、液、超临界等多种相态,与石油、自来水、天然气的物理特性差别很大;第三,目前的泄漏检测研究主要针对固定式的运输管道,但是对移动式的存储设备的泄漏检测研究较少;第四,CO₂运输和存储设备结构复杂、带有保温层、埋在地下或海底,既需要快速准确的泄漏检测和定位方法,又需要尽可能少破坏或不破坏地表封土和保温层,因此,CO₂运输和存储设备的泄漏检测与定位研究非常具有挑战性。为了满足CO₂运输环节的安全性,亟待研究一种能有效适用于CO₂运输和存储设备的泄漏检测与定位方法。论文比较了现有泄漏检测方法的优缺点和适用条件,并结合CO₂运输设备的特点,开展了基于声发射技术的CO₂泄漏检测和定位研究;针对CO₂泄漏检测难点,通过理论分析、数值仿真、实验验证等途径深入研究泄漏声发射信号的声源特征、传播机理、传感器阵列布局、信号的滤波、分解、特征提取以及泄漏源定位等关键技术,实现了准确的CO₂运输和存储设备的泄漏定位,尤其是实现了多泄漏源的定位,填补了国内对CO₂运输环节的泄漏检测空白,为CO₂运输环节的安全监测提供了保障。具体研究内容包括:（1）泄漏声发射源机制和信号特征分析通过理论分析与实验验证相结合的方法,研究泄漏源的声发射机制,设计了CO₂泄漏检测实验装置,模拟并分析了不同形状、尺寸泄漏源以及多泄漏源产生的声发射信号特征。（2）泄漏信号去噪和多尺度分解针对泄漏声发射信号易受噪声干扰、传播过程中发生频散畸变等问题,研究了泄漏信号去噪、多尺度分解和特征提取等关键问题。针对不同CO₂运输设备的形状特征和声波衰减规律,分别采用了基于经验模态分解（EMD）、改进型经验模态分解（EEMD）以及小波包分解的算法,对采集的含有噪声的泄漏信号进行多尺度分解,并提取包含泄漏特征的特定模态信号进行波形重构,减小了模态混叠对泄漏源定位的影响。（3）CO₂运输管道泄漏定位研究根据管道的几何形状,将泄漏源定位模型进行一维简化,并分析泄漏信号沿管道壁面的传播模式和衰减特性,确定了用于管道泄漏定位的传感器选型依据,并在此基础上研究了可行的定位算法、需要的传感器数量等问题,提出了基于相关系数融合的TDOA定位算法和无需声速的改进型定位算法,达到了提高泄漏源定位精度的目的。（4）CO₂存储设备泄漏定位研究针对CO₂存储设备的壳体特征,将泄漏源定位模型进行二维简化,分别提出了基于近场模型和远场模型的波束形成定位方法以及基于双曲线的定位方法,仿真分析了阵列形状、传感器间距和数量对定位算法性能的影响,得到了最优化的参数配置,并且对提出的定位方法进行了实验验证和结果比较。（5）多泄漏源的识别和定位研究目前的泄漏检测和定位研究主要针对检测区域内只存在单一泄漏源的情况,多泄漏源同时存在的情况是目前泄漏检测研究领域的难点和盲点,已有的单一泄漏源检测和定位方法在解决多泄漏源的问题时,由于模型错误导致检测准确率降低或者直接无法工作。论文提出了一种基于MUSIC算法和多传感器阵列信号处理的方法,实现了多泄漏源的定位,并且通过仿真和实验验证了该方法的检测性能。