管道泄漏监测系统应用超声波流量计

1引 言

管道运输以其*的经济、便携、平安等优点而被广泛应用于石油、天然气等液体、气体、浆液的运输中。

并且已成为与铁路、公路、航空、水运不相上下的五大运输行业之一。但是随着管线的增长。

管道事故频频发生。管道的泄漏不只影响正常的生产，以及不可防止的腐蚀、磨损等自然或人为原因。造成能源浪费和经济损失，

一旦发生事故还会造成对环境的污染和巨大的生命财富损失，而且由于所输介质的危险性和污染性。

需要在有泄漏时立即监测进去，因此泄漏的监测是一项重要的管道故障监测技术。为了减少损失。并且能够指明泄漏发生的位置。

现有的一些管道泄漏监测方法或仪器设备还不能满足对输油管道进行准确监测的要求。

本文结合我国管道输送的实际情况，因此。针对原油管道泄漏监测技术及其运行监测系统进行了研究，

提高了定位精度，并提出了一种超声波流量计输油管道泄漏监测方法。降低监测费用。

具有高速数据采集、数据通讯、数据库存档与分析等功能。丈量过程由计算机自动控制，本系统采用前后端机结构的主从式设计。丈量结果打印并带有规范通信接口，可与上级控制系统直接连接，

充分发挥计算机网络的优势，便于信息处置。并将混沌理论应用于信息处置中。建立管道泄漏监测系统，以达到及时发现泄漏，并准确定位的目的

为此，泄漏监测的目的减少泄漏物质损失及尽量杜绝泄漏物对人们生命财富和环境造成进一步危害。理想的监测系统应该满足以下各方面的要求。

能够准确地测报出泄漏，准确性 泄漏发生后。不致因为操作失误和设备故障等因素发出误报警。

发出正确的报警提示。灵敏性 理想的检漏系统应该能监测出从渗漏到管道断裂的全部范围内的泄漏情况。

实时地监测出泄漏的发生。以便操作人员即刻采取行动，实时性 理想的检漏系统能够在泄漏发生后。减少损失。

检漏系统需能够提供给操作人员准确的泄漏点位置，定位精度高 长输管道穿越距离长。以使维修人员尽快到达漏油点，进行补封作业。

易维护性 检漏系统装置维修调整容易。

管道运行状态监测仪以数字处置芯片作为CPU包括信号转换电路、AD采集电路、数据显示电路、实时时钟电路、远程通讯电路、与主计算机通讯的接口电路、声光报警电路以及电源电路等。

图1监测仪整机电路框图。为消除传感器输出的信号经长距离传输引入的干扰。

信号转换电路首先对信号进行滤波和放大。为消除系统共地给系统运行带来的不稳定因素。

系统中采用高性能的隔离放大器AD202将被测信号与监测仪进行隔离。

并能完成放大功能。AD202功耗小、精度高（大非线性度±0.025%A D202采用信号耦合变压器使放大器输入端与输出端没有电路。

经信号传输电缆传送至管道状态监测仪。信号采集器组采集超声波流量计的信号。

实时监控管道运行状况，管道状态监测仪以PC机为核心。运用流量时差法对管道泄漏进行预报警，

送入系统计算机总站。远程数据通讯链路通过通讯网线进行数据的传送。控制远程数据通讯链路取得管道另一端监测仪的数据。

从每一个分站收集各种和声速有关的状态参数，总站定时询问所有分站。收集到所有分站数据后，

然后计算出后一分钟流入和流出丈量管段的规范体积，总站咨询它内部的用于描述管道组态的拓扑程序。如不平衡超过预设的报警设置值，将发出泄漏报警。

结合Matlab工具、高速数据采集卡动态链接库的优点，整个系统软件以Window2000作为平台。

由软件开发工具Microsoft.net完成各个功能模块的调配控制和实现。系统软件的模块化设计如图2所示。

主要利用操作系统的多任务性，任务调度与管理程序是系统的核心管理模块。实现顺序对整个系统任务进行调度。

保证后续数据处置的实时性和准确性。数据采集模块主要利用高速数据采集卡对外部传输来的信号进行准确快速地采集。

提供了对DMA 中断和部分IO操作，数据传输模块利用VXD技术编程实现采集卡的虚拟仪器驱动顺序。

主要完成将采集卡采集的数据转换成可方便处理的二进制代码文件和数据库源文件。

利用理论研究中的混沌处置算法对信号进行分析处置，混沌算法处置模块是整个系统的核心模块。

提高判断的灵敏度和可靠性，提取管道泄漏特征信息。从而解决信号的处置与识别工作。

并可完成实时输出。显示打印模块利用Matlab强大的图形显示功能实时给出混沌振子的间歇混沌图像和信号处置结果。

本系统使用的微软公司的数据库管理系统MSSQLSever2000日志数据库模块完成数据的动态更新和复杂的查询任务。

实现本系统的对数据库访问的实时的功能。用ADO进行配置数据库、设置数据源。

为了保证数据传输准确快速地进行，另外。数据通讯软件的设计具有多级的数据纠错和数据压缩功能。

混沌算法处置模块是整个系统软件的重要局部。主要包括两个部分的内容：信号预制的实现和混沌振子的实现。

信号预制的过程是指在信号进入混沌振子阵列前将其频率压缩至110范围之内的过程。鉴于本课题将首先应用于微弱超声信号的丈量。

所以定义表征超声发射信号频率的全局可变参量floatPre_Proc由于不同的实验可能采用的超声发射频率不同。

故而很容易经过判断后将频率进行压缩。混沌振子的实现包括单个振子的实现和时间尺度变换算法的实现。又因为发射信号频率的已知性。

计算公式为（h为算法步长）用四阶龙格一库塔法求解。

就是将龙格库塔法中的积分步长取为初始值的1ω即可。时间尺度变换的方法很简单。

软件中我定义RungKuttafloatPacefloatw函数来完成步长为Pace参考频率为wDuf方程的数值积分。

信号的相位值可由锁相方法确定，信号频率确定后。而幅值则可根据混沌周期段大幅值对应的矢量合成峰值减去该混沌振子的参考信号幅值来确定。

定位精度在1%以内，运用混沌算法准确地提取了压力信号中所包含的负压波信息。满足工程应用要求。

针对原油管道泄漏监测技术及其运行监测系统进行了深入的研究，结合管道输送的实际情况。

依据流体的流量与超声波流量计传达速度之间的关系，利用超声波流量计。对管道流量进行实时连续监测。