【正文】 學院 摘 要管道運輸已經(jīng)成為我國輸油事業(yè)的主要運輸方式，主要是因為這種運輸方式廉價的原因。但是，由于人為或者管道自身材料而被腐蝕的原因，管道泄漏時有發(fā)生。但是由于往往有大量的噪聲附帶在采集的信號中以及被測管道和現(xiàn)場環(huán)境情況復雜，因而嚴重影響了結(jié)果的正確性。這種方法可以實現(xiàn)對輸油管道壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)的檢測。本設計主要研究了通過采集管道泄漏的信息實現(xiàn)泄漏點定位以及管道數(shù)據(jù)采集的硬件方面的研究。 Pipeline。 Leak detection目 錄摘要 ......................................................................IAbstract ..................................................................II第 1 章 緒論 ..............................................................1 選題的意義及實際應用方面的價值 ......................................1 本課題在國內(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 輸油管道泄漏檢測方法 ..............................................3 負壓波的產(chǎn)生與特點 ..................................................3 輸油管道模型 ........................................................4 負壓波泄漏檢測定位原理 ..............................................6第 3 章 管道泄漏檢測系統(tǒng)硬件設計 .........................................11 系統(tǒng)硬件總體設計 ...................................................11 系統(tǒng)硬件各功能模塊構(gòu)建 .............................................11 主控單元.......................................................11 信號采集模塊...................................................13 無限通信 GPRS 模塊..............................................15 電源模塊.......................................................16第 4 章 管道泄漏檢測系統(tǒng)軟件設計 .........................................17 系統(tǒng)軟件總體介紹 ...................................................17 系統(tǒng)軟件各功能模塊設計 .............................................17 數(shù)據(jù)讀取及處理中 A/D 轉(zhuǎn)換的軟件設計.............................17 實時時鐘的軟件設計.............................................18第 5 章 噪聲對音波信號的影響及解決方法 ...................................19 噪聲信號對音波信號的影響 ...........................................19 小波變換理論 .......................................................19 基于小波變換的濾波方法 .............................................20 小波變換消噪理論...............................................20 基于小波變換的濾波方法.........................................21結(jié)論 .....................................................................24參考文獻 .................................................................25附錄 .....................................................................26致謝 .....................................................................27第 1 章 緒 論 選題的意義及實際應用方面的價值輸油管道檢測對于保障輸油管道正常運行具有十分重要的意義。在當今社會，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，社會環(huán)境也因此受到污染。不僅可以挽回國家財產(chǎn)損失還可以及時發(fā)現(xiàn)并采取有效措施最大限度的保護生態(tài)環(huán)境不受污染。用這種儀器可實現(xiàn)管道壓力的無損檢測，具有不破壞管道內(nèi)流體流場、無壓力損失、測量能力強等優(yōu)點，具有十分重要的應用價值和廣闊的應用前景。美國等發(fā)達國家立法要求管道運輸必須有相關(guān)的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測。硬件方法主要包括氣體、直觀、壓力和聲學傳感器。使用溫度傳感器對泄漏處的溫度進行采樣，分析溫度的變化是直觀檢測的方法，將多傳感器電纜沿著管道進行鋪設就是采用了直觀傳感器進行檢測的一種方法。檢測這種波的波速就是利用了聲波傳感器。管道運輸?shù)陌踩趪庖训玫搅酥匾暎?，泄漏技術(shù)已經(jīng)相對成熟。目前，我國油田大多是長距離輸油管道。在這種情況下，管道的運行安全得不到保障。 課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法本設計主要采用的是負壓波法。這個波動會從泄漏點向上、下游傳播，并以指數(shù)律衰減，逐漸歸于平靜，這種壓降波動是幾乎垂直的前緣，與一般的波動不太一樣。測量泄漏點產(chǎn)生的負壓波到達上、下游的時間差以及此波動的傳播速度可以有效的計算出泄漏點的位置，在下一章中將具體的進行研究。本課題著重進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量的思想，并合理的采用了利用負壓波法測量管道泄漏的方法。3．研究壓力變送器，溫度變送器，流量傳感器等設備對信號的采集，傳送。第 2 章 輸油管道泄漏檢測方法 負壓波的產(chǎn)生與特點輸油管道因為多方面的原因引發(fā)泄漏，立刻會有流體從泄漏部分流出，這種反應會將滲漏地方的壓強大小，從而油密立即引起改變。該問題導致滲漏地方發(fā)生大面積蔓延，該現(xiàn)象在水利工程學上別叫做負壓波，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。但指標的速率在不同的環(huán)境下運行是不同的。由于傳播速率超強，因此在管道漏油時可以迅速被發(fā)現(xiàn)，并迅速得到處理。鑒別漏油指標的大小范圍，就顯得尤為重要。并且還應該提高檢測技術(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。當輸油管線在距首端 x 處發(fā)生泄漏時，由于壓力差的原因，該點的壓力會降低從而產(chǎn)生壓力波動，這個壓力降 Δp 以負壓波的形式向管道兩端傳播，Δp 向首端的傳播速度為 vu ，向末端的傳播速度為 v+u 。g—重力加速度(m/s 2)u——突然改變后的液體流速(m/s)u ——正常輸油時液體的流速(m/s)0 輸油管道模型在輸送高凝點、高黏度和高含蠟原油時，一般都需要加熱輸送；而當管道輸送成品油和低凝點、低黏度原油時，則一般采用常溫輸送的方式進行。通常是加油站之間或者各個加油站之間進行油的調(diào)度運輸。輸油管道的開頭是第一站，在第一站輸油管道需要經(jīng)歷一系列程序才能進入下一站，在這一站中對輸油設備進行一些預處理，該加熱就加熱，該輸送就輸送，把初級品質(zhì)的油送到下一站。最后一站是第三站，在管道的結(jié)尾處或者說是管道的末梢處。這一站也是油、管道、運輸?shù)墓?jié)點。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，由于各個影響因素不同所以運來的油的氣溫，氣壓也不一樣，根據(jù)實際情況各個加油站可以進行微調(diào)。因此管道位置選址是要具體問題具體分析。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的模型可以根據(jù)流體力學來建立，其中包括動量方程、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)系可以通過方程來表述出來，這些方程如下述公式(22)，(23)，(24) 所示： (22)0)(12????tPxVax? (23)0|2sinVDgt ?? (24))(4|)( 032 ????TKdtPadtCT??式中 ρ——介質(zhì)密度，單位 kg/m 3——管道與水平面問的傾角?p——管內(nèi)壓力，單位 paC——油品比熱容，單位 J/(kgp 1xt 1 t 2Lp 2圖 22 管線泄漏示意圖可以看出：t +t = (25)12vLt t =Δt (26)X=t v。由于輸油管道內(nèi)液體的流速對負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)負壓波產(chǎn)生后會沿著管道向管道上下游傳播，確定負壓波傳播到管道上下游的時間差是負壓波檢測的關(guān)鍵。如何消除這種負壓波的影響也是負壓波檢測的關(guān)鍵。但是，實際上，負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)= (211)