【正文】 detection齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 摘要 ...................................................................... I Abstract .................................................................. II 第 1 章 緒論 .............................................................. 1 選題的意義及實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值 ..................................... 1 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 ........................................... 1 課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法 ....................................... 1 第 2 章 輸油管道泄漏檢測(cè)方法 .............................................. 3 負(fù)壓波的產(chǎn)生與特點(diǎn) ................................................. 3 輸油管道模型 ....................................................... 4 負(fù)壓波泄漏檢測(cè)定位原理 ............................................. 5 第 3 章 管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ......................................... 11 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) .................................................. 11 系統(tǒng)硬件各功能模塊構(gòu)建 ............................................ 11 主控單元 ...................................................... 11 信號(hào)采集模塊 .................................................. 12 無(wú)限通信 GPRS 模塊 ............................................. 15 電源模塊 ...................................................... 16 第 4 章 管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......................................... 17 系統(tǒng)軟件總體介紹 .................................................. 17 系統(tǒng)軟件各功能模塊設(shè)計(jì) ............................................ 17 數(shù)據(jù)讀取及處理中 A/D 轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì) ............................ 17 實(shí)時(shí)時(shí)鐘的軟件設(shè)計(jì) ............................................ 18 第 5 章 噪聲對(duì)音波信號(hào)的影響及解決方法 ................................... 19 噪聲信號(hào)對(duì)音波信號(hào)的影響 .......................................... 19 小波變換理論 ...................................................... 19 基于小波變換的濾波方法 ............................................ 20 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小波變換消噪理論 .............................................. 20 基于小波變換的濾波方法 ........................................ 22 結(jié)論 ..................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ................................................................. 25 附錄 ..................................................................... 26 致謝 ..................................................................... 27齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒 論 選題的意義 及 實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值 輸油管道檢測(cè)對(duì)于保障輸油管道正常運(yùn)行具有 十分 重要的意義。 在當(dāng)今社會(huì)，由于罪犯打孔盜油和管道腐蝕穿孔的原因，輸油管道泄漏事故經(jīng)常發(fā)生 ， 輸油事業(yè)因此受到了巨大的損失，社會(huì)環(huán)境也因此受到污染。不僅可以挽回國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效措施最大限度的保護(hù)生態(tài)環(huán)境不受污染。 用這種 儀器 可實(shí)現(xiàn)管道壓力的無(wú)損檢測(cè)， 具有 不破壞管道內(nèi)流體流場(chǎng)、無(wú)壓力損失、測(cè)量能力 強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有十分 重要 的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。 美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó) 家立法要求管道 運(yùn)輸 必須 有相關(guān)的 泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 進(jìn)行監(jiān)測(cè) 。硬件方法主要 包括氣體、直觀、壓力和聲學(xué)傳感器。使用溫度傳感器對(duì)泄漏處的溫度進(jìn)行采樣，分析溫度的變化是直觀檢測(cè)的方法，將 多傳感器電纜 沿著管道進(jìn)行鋪設(shè)就是采用了直觀傳感器進(jìn)行檢測(cè)的一種方法 。檢測(cè)這種波的波速就是利用了聲波傳感器。管道運(yùn)輸?shù)陌踩趪?guó)外已得到了重視，而且，泄漏技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟 。 目前 ， 我國(guó)油田 大多是 長(zhǎng)距離輸油管道 。在這種 情況 下，管道的運(yùn)行安全得不到保障 。 課題研 究的內(nèi)容及擬采取的方法 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 本 設(shè)計(jì) 主要采用的是負(fù)壓波法。這個(gè)波動(dòng)會(huì) 從泄漏點(diǎn)向上、下游傳播，并以指數(shù)律衰減，逐漸歸于平靜，這種壓降波動(dòng) 是 幾乎垂直的前緣 ，與一般的波動(dòng)不太一樣 。 測(cè)量 泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓波 到達(dá)上、下游的時(shí)間差以及此波動(dòng)的傳播速度可以有效的計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置，在下一章中將具體的進(jìn)行研究。 本課題著重進(jìn)行了以下幾方面的研究工作： 1． 提出了 輸 油管道非接觸式壓力測(cè)量的思想，并合理的采用了 利用 負(fù)壓波法測(cè)量管道泄漏的方法 。 3． 研究壓力變送器，溫度變送器，流量傳感器等設(shè)備對(duì)信號(hào)的采集，傳送。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 輸油管道泄漏檢測(cè)方法 負(fù)壓波的產(chǎn) 生與特點(diǎn) 輸油管道因?yàn)槎喾矫娴脑蛞l(fā)泄漏，立刻會(huì)有流體從泄漏部分流出，這種 反應(yīng) 會(huì)將滲漏地方 的 壓強(qiáng)大小 ， 從而油密立即 引起改變 。 該問(wèn)題導(dǎo)致滲漏地方發(fā)生大面積蔓延 ， 該現(xiàn)象 在 水利工程 學(xué)上 別叫做負(fù)壓波 ， 該波的傳遞速率別定義為在輸油管道中的傳遞速率 。但是在傳感器的感知下，還是可以被捕捉發(fā)現(xiàn)的。但指標(biāo)的速率在不同的環(huán)境下運(yùn)行是不同的。由于傳播速率超強(qiáng)，因此在管道漏油時(shí)可以迅速被發(fā)現(xiàn)，并迅速得到處理。鑒別漏油指標(biāo)的大小范圍，就顯得尤為重要。并且還應(yīng)該提高檢測(cè)技術(shù)，減少漏油事故的發(fā)生 [4]。如果知道輸油管線的一些具體物理參數(shù)，就可以通過(guò)這些物理參數(shù)再加上壓力的速度和波形就能找出哪里出現(xiàn)漏油。 當(dāng) 輸油 管線在距首端 x 處發(fā)生泄漏時(shí)， 由于壓力差的原因， 該點(diǎn)的壓力 會(huì) 降低 從而產(chǎn)生壓力波動(dòng)，這個(gè)壓力降 Δp以 負(fù)壓 波的形式向 管道 兩端傳播 ， Δp向首端的傳播速度為 vu0 ，向末端的傳播速度為 v+u0 。g— 重力加速度 (m/s2) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 u—— 突然改變后的液體流速 (m/s) u0 —— 正常輸油時(shí)液體的流速 (m/s) 輸 油管道模型 在輸送高凝點(diǎn)、高黏度和高含蠟原油時(shí)，一般都需要加熱輸送；而當(dāng)管道輸送成品油和低凝點(diǎn)、 低黏度原油時(shí)，則一般采用常溫輸送的方式進(jìn)行。通常是加油站之間或者各個(gè)加油站之間進(jìn)行油的調(diào)度運(yùn)輸。輸油管道的開(kāi)頭是第一站，在第一站輸油管道需要經(jīng)歷一系列程序才能進(jìn)入下一站，在這一站中對(duì)輸油設(shè)備進(jìn)行一些預(yù)處理，該加熱就加熱，該輸送就輸送，把初級(jí)品質(zhì)的油送到下一站。最后一站是第三站，在管道的結(jié)尾處或者說(shuō)是管道的末梢處。這一站也是油、管道、運(yùn)輸?shù)墓?jié)點(diǎn)。輸油管道模型圖如圖 11 所示。在加油站有管道的第三站也就是末梢位置的那一環(huán)節(jié)作為加油站輸出油的輸出口。不同加油站，由于各個(gè)影響因素不同所以運(yùn)來(lái)的油的氣溫，氣壓也不一樣，根據(jù)實(shí)際情況各個(gè)加油站可以進(jìn)行微調(diào)。因此管道位置選址是要具體問(wèn)題具體分析。因此在管道生產(chǎn)、加工、輸 送還有管道安全維護(hù)方面選址的好壞至關(guān)重要 [5][6]。 因此， 液體在輸油管道中流動(dòng)的模型可以根據(jù)流體力學(xué)來(lái)建立 ， 其中 包括 動(dòng)量方程 、 連續(xù)性方程 和能量方程， 流體中的溫度、壓力流量等量之間的關(guān)系可以通過(guò)方程來(lái)表述出來(lái)，這些方程 如下述公式 (22)， (23)， (24)所示 ： 0)(1 2 ????????? tPxPVaxV ? (22) 0||2s in1 ??????????? VVDgxPxVtV ??? (23) 0)(42 ||)( 0322 ????? TTDKDVdtdPaPdtCTd ??? (24) 式中 ρ—— 介質(zhì)密度，單位 kg/m3 ? —— 管道與水平面問(wèn)的傾角 p—— 管內(nèi)壓力，單位 pa C—— 油品比熱容，單位 J/(kg 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 p 1xt 1 t 2Lp 2 圖 22 管線泄漏示意圖 可以看出： t1 +t2 =vL (25) t1 t2 =Δt (26) X=t1 v。 由于輸油管道內(nèi)液體的流速對(duì)負(fù)壓波的波速有一定的影響 ， 修正上面的 公式， 將管道液體流速 u 引入公式 。 (2)負(fù)壓波產(chǎn)生后會(huì)沿著管道向管道上下游傳播，確定負(fù)壓波傳播到管道上下游的時(shí)間差是負(fù)壓波檢測(cè)的關(guān)鍵。如何消除這種負(fù)壓波的影響也是負(fù)壓波檢測(cè)的關(guān)鍵。但是， 實(shí)際上，負(fù)壓 波的傳播速度 并不是常數(shù)，而是 由 以 下式 子所 決定： v(x)=1)/)(/(1/ CeDEK K? ? (211) 公式 (211)中 v—— 管內(nèi)負(fù)壓力波的傳播速度，單位 m/s E—— 管材的彈性模量，單位 pa K—— 液體的體積彈性系數(shù)，單位 pa e—— 管壁厚度，單位 m ? —— 液體的密度，單位 kg/m3 C1 —— 與管道約束條件有關(guān)的修正系數(shù) D—— 管道直徑，單位 m 實(shí)際中，上式 (211)中的液體密度 ? 以及 彈性系數(shù) K 等參數(shù)還受到 油體溫度 的影響。 如式： v(x)=1)/)(/)((1)(/)( CeDETK TTK? ? (212) 上述 公式 (212)表明 液體的密度、液體的彈性系數(shù)以及 管材的彈性變形 影響著負(fù)壓波在管道中的傳播速度 。而管道 管道的約束條件 、 管道的一個(gè)無(wú)因次比值 以及 管道橫截面形狀 決定了 管 道 壁 的 材料變形特性 。 而管道的 體積彈性系數(shù) 又 隨 著流 體的 壓力 、溫度、 品種的不同而不同。在下表 2l 為幾種液體的體積彈性系數(shù)隨著溫度的變化而變化的 數(shù)據(jù) 。溫度越高，其體積彈性系數(shù)越小，溫度越低，其體積彈性系數(shù)越大。 以下是壓縮系數(shù)的計(jì)算公式， 壓縮系數(shù)的倒數(shù) 等于 液體 的 體積彈性系數(shù) K 的值 ： 1n(F1010 )=0． 51992++846596/? 20 +? 20 (213) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 公式 (213)中： T—— 溫度，單位 ℃ 0? —— 標(biāo)準(zhǔn)密度， 0? = 204? ， 單位 kg/m3 F—— 壓縮系數(shù)，單位 pa 1? 表