【正文】 趙麗娜 成 績(jī) 2022 年 6 月 16 日齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘 要管道運(yùn)輸已經(jīng)成為我國(guó)輸油事業(yè)的主要運(yùn)輸方式，主要是因?yàn)檫@種運(yùn)輸方式廉價(jià)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(shí)有發(fā)生。但是由于往往有大量的噪聲附帶在采集的信號(hào)中以及被測(cè)管道和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況復(fù)雜，因而嚴(yán)重影響了結(jié)果的正確性。這種方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸油管道壓力、流量、溫度等數(shù)據(jù)的檢測(cè)。本設(shè)計(jì)主要研究了通過采集管道泄漏的信息實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)定位以及管道數(shù)據(jù)采集的硬件方面的研究。 Pipeline。 Leak detection齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄摘要 ......................................................................IAbstract ..................................................................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 ..............................................6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...................................................13 無限通信 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.........................................21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)管道壓力的無損檢測(cè)，具有不破壞管道內(nèi)流體流場(chǎng)、無壓力損失、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 vu ，向末端的傳播速度為 v+u 。g—重力加速度(m/s 2)齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4u——突然改變后的液體流速(m/s)u ——正常輸油時(shí)液體的流速(m/s)0 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(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