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1、齐 齐 哈 尔大 学毕业设计(论文) 题 目 输油管道泄漏检测仪设计 学 院 计算机与控制工程学院 专业班级 电气9 学生姓名 肖帅 指导教师 赵丽娜 成 绩 201年6月6日 / 摘 要管道运输已经成为我国输油事业的主要运输方式，主要是因为这种运输方式廉价的原因。但是，由于人为或者管道自身材料而被腐蚀的原因，管道泄漏时有发生。目前，检测输油管道的方法多钟多样，而负压波泄漏检测和定位方法无需建立管道模型,只需对输油管道压力信号进行检测,因而得到了较为广泛的应用.但是由于往往有大量的噪声附带在采集的信号中以及被测管道和现场环境情况复杂,因而严重影响了结果的正确性。为此，我们设计了这一套系统，该系
2、统将流量平衡法、音波测漏法和负压波法结合起来，适用于原油集输管线及原油长输管线的泄漏检测。这种方法可以实现对输油管道压力、流量、温度等数据的检测。本设计首先分析了负压波的产生以及传播，然后分析了负压波的计算以及温度等因数对负压波波速的影响.本设计主要研究了通过采集管道泄漏的信息实现泄漏点定位以及管道数据采集的硬件方面的研究。关键词:定位；泄漏检测；负压波法；输油管道Abtractipeinetnsortaion of i for its che an onveient ha been he ai orm of ol anspot in hi Hoer,busecorosi, as wlavan
3、daism and othe factrs， hepeline eagesocurrdfequenyAtprsent,hre are o any aof localizon f leakage。The gative presrewae metho of leakdeectio andlocatin ca okwth ut estblishing pelineol，s iths ee moe wdly sdHwever，te scen envionment is complex，ad signa acuisiion is ft attched t a lage numbrnos。h aurcy
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5、nto ea。 Thesis anales thelaws of negtive pressure ave propagon,metds of clulatingwave velotyand e imacts f temperatu on veloity.This esign i mnly stiedow t exrt he piplineeage signa,nd achiee to pt fowrd th sinalin drawingte systematic softwre anhadwre。Key wrds： Locate； Pipelin; Negtivprssure ve；ade
6、tection目 录摘要ASTCTI第1章绪论1.1 选题的意义及实际应用方面的价值11.2 本课题在国内外的研究现状113 课题研究的内容及拟采取的方法1第2章 输油管道泄漏检测方法2.1 负压波的产生与特点32。2 输油管道模型2.3负压波泄漏检测定位原理第3章 管道泄漏检测系统硬件设计13.1 系统硬件总体设计1132 系统硬件各功能模块构建113。2。 主控单元113。2。2 信号采集模块33.3 无限通信GPRS模块53。4电源模块第4章 管道泄漏检测系统软件设计74.1 系统软件总体介绍14.2 系统软件各功能模块设计71数据读取及处理中/D转换的软件设计74。2 实时时钟的软件设
7、计18第5章 噪声对音波信号的影响及解决方法95。1 噪声信号对音波信号的影响952 小波变换理论195。3 基于小波变换的滤波方法23。 小波变换消噪理论5。2基于小波变换的滤波方法1结论2参考文献25附录6致谢2第1章 绪 论1.1 选题的意义及实际应用方面的价值输油管道检测对于保障输油管道正常运行具有十分重要的意义.输油管道停输的主要原因就是管道泄漏.在当今社会,由于罪犯打孔盗油和管道腐蚀穿孔的原因，输油管道泄漏事故经常发生，输油事业因此受到了巨大的损失,社会环境也因此受到污染。因此，设计一套对石油管道进行实时监测的系统十分必要。不仅可以挽回国家财产损失还可以及时发现并采取有效措施最大限
8、度的保护生态环境不受污染.本设计在分析现有管道测量方法的基础上不破坏管道的完整性，不增加系统复杂性的前提下,通过非接触式对系统的多个临时部位的压力检测，设计出一套输油管道泄漏检测仪。用这种仪器可实现管道压力的无损检测，具有不破坏管道内流体流场、无压力损失、测量能力强等优点,具有十分重要的应用价值和广阔的应用前景。1。2 本课题在国内外的研究现状本设计研究的内容已经普片应用在国外.美国等发达国家立法要求管道运输必须有相关的泄漏监测系统进行监测。输油管道检漏方法主要有:硬件方法和软件方法。硬件方法主要包括气体、直观、压力和声学传感器.携带气体采样器沿着管道进行检测是气体采样的方法。使用温度传感器对
9、泄漏处的温度进行采样,分析温度的变化是直观检测的方法，将多传感器电缆沿着管道进行铺设就是采用了直观传感器进行检测的一种方法。当泄漏发生时，会有液体从管道流出,这时会有声音发出，液体的物理性质决定了声波在管道中的传播速度.检测这种波的波速就是利用了声波传感器.由SDA系统提供的温度,流量等数据，然后在通过其变化以及压力点的分析和动力模型的方法进行检测便是软件方法。管道运输的安全在国外已得到了重视,而且,泄漏技术已经相对成熟。应用范围也比较广。目前，我国油田大多是长距离输油管道。而且，大多没有安装泄漏自动检测系统，主要的检测方式是人工沿管道巡视,人工读取管道中的数据。在这种情况下，管道的运行安全得
10、不到保障。从九几年开始我国长距离的输油管道检测系统的研究已经有一定的发展，在最近几年有了突破性的进展.13 课题研究的内容及拟采取的方法本设计主要采用的是负压波法.当长输管道发生泄漏时，管道的泄漏会导致管道内外的压差,使得泄漏处的压力突降，由于压差的存在,泄漏处周围的液体会向泄漏处补充，负压波因此产生。这个波动会从泄漏点向上、下游传播，并以指数律衰减，逐渐归于平静,这种压降波动是几乎垂直的前缘，与一般的波动不太一样。这种瞬变的压力信息通过管道两端的压力传感器进行接收,从而判断泄漏的发生。测量泄漏点产生的负压波到达上、下游的时间差以及此波动的传播速度可以有效的计算出泄漏点的位置,在下一章中将具体
11、的进行研究。较快的响应速度和较高的定位精度便是选择研究负压波的原因。本课题着重进行了以下几方面的研究工作：提出了输油管道非接触式压力测量的思想,并合理的采用了利用负压波法测量管道泄漏的方法.2。使用负压波泄漏检测与定位方法，研究通过负压波定位泄漏点，以及影响负压波传播的原因。3.研究压力变送器,温度变送器,流量传感器等设备对信号的采集,传送。根据系统功能要求,设计了输油管道泄漏检测的硬件系统，包括传感器、主控单元和GPR等。第2章 输油管道泄漏检测方法2。1 负压波的产生与特点输油管道因为多方面的原因引发泄漏，立刻会有流体从泄漏部分流出,这种反应会将渗漏地方的压强大小,从而油密立即引起改变.输
12、油管道里的原油因为不间断性不可能马上变化速度大小，因为原油在渗漏处与邻近的周围方位的压强不同引起原油自上游地区把渗漏区域补充上，因此又该导致和渗漏地方毗邻的地方的油密和压强的下降。该问题导致渗漏地方发生大面积蔓延，该现象在水利工程学上别叫做负压波，该波的传递速率别定义为在输油管道中的传递速率。管道的泄漏指标,在外因的影响下，运行速度快，运行时间长，运行距离远。但是在传感器的感知下,还是可以被捕捉发现的.通过传感器的感知只可知道可以测出指标的速率和位置。但指标的速率在不同的环境下运行是不同的。在一些油中传播的速率可达1101300m/.由于传播速率超强，因此在管道漏油时可以迅速被发现,并迅速得到
13、处理。保障了人身和财产损失。鉴别漏油指标的大小范围，就显得尤为重要。如果对漏油指标处理得好,也会获得很好的经济利益，在发生漏油事故时要正确恰当处理。并且还应该提高检测技术，减少漏油事故的发生。针对泄漏时压力传播现象的某些特征，可以采取适当的处理方法。如果知道输油管线的一些具体物理参数，就可以通过这些物理参数再加上压力的速度和波形就能找出哪里出现漏油。由于漏油时管道压力和压强的变化剧烈,与普通认为无操作引起的压力和压强相差甚大,所以认为操作失误还是管道本身泄露是能被鉴别出来的.当输油管线在距首端处发生泄漏时，由于压力差的原因,该点的压力会降低从而产生压力波动，这个压力降p以负压波的形式向管道两端传播，p向首端的传播速度为v，向末端的传播速度为+u。管道泄漏产生的压力波水击压力波类似,压力值也会随着液体流速的瞬时变化而变化，流速和压力降的关系见式(21）：p= （-1)式中： 由于液体流速瞬时变化引起的压力变化v-负压波在该管路中的传播速度（m/s)r-液体的重度（kgf/m3）；g-重力加速度（m/s）u突然改
