基于小波分析和虚拟仪器的管道泄漏检测研究

摘要

为了保障管道安全运行，将泄漏事故造成的损失降到最小，需要研究泄漏检测技术，迅速、可靠地对泄漏进行检测，准确地报告泄漏范围和程度是泄漏检测的关键技术。管道泄漏检测是多领域、跨学科的研究课题，涉及到管道流体力学、热力学、传感技术、信号处理、计算机技术等多个学科。本论文基于负压波、小波分析和虚拟仪器技术对泄漏检测技术进行了深入研究，其研究内容是陕西省教育厅专攻科研计划项目“陕北油田油气长输管道泄漏研究”的一部分，本论文完成的主要工作有： 1.分析了当前管道运输的发展趋势，并对常用的管道泄漏检测方法进行了对比分析与研究。选择了国内油田常用的负压波泄漏检测方法作为研究对象，指出了常负压力波波速定位方法的局限性；根据管道内的流体温度随传输距离变化的规律，指出了温度变化对管道内负压力波传播速度的影响。提出用以消除首末站压力传感器动态响应时间差的方法，采用GPS来同步首末端数据采集系统的系统时间。改进了负压波定位公式，采用了Romberg算法求解数值积分，利用二分法搜索泄漏点的位置。分析了现场复杂工况对泄漏检测结果的影响，并给出了基于双传感器和压力流量联合判断的解决策略，降低了泄漏检测的误报警率。 2.研究了基于小波分析的信号去噪技术，将其应用到实际采集到的管道压力信号上并在MATLAB中进行了仿真试验，结果提高了接收信号的信噪比；分析了小波变换与信号奇异性之间的关系，利用其检测出管道发生泄漏时压力信号的突变点，精确确定了负压波到达管道两端的时间差。 3.采用虚拟仪器技术，在LabVIEW中设计了一套石油管道泄漏检测系统。利用MATLAB和LabVIEW混合编程的方法完成了系统软件的开发工作，实现了对管道进行泄漏检测、报警并定位的功能。系统主要包括用户界面、数据采集模块、数据分析模块、泄漏报警与定位模块、参数设置、数据操作与查询模块。 4.分析和研究了泄漏检测系统的主要性能指标，就如何提高泄漏检测系统灵敏度和稳定性的作出分析并提出解决方法，并从系统反应时间和定位精度的角度出发，通过计算，确定了所采用方法进行泄漏检测的误差范围为18m～24m,满足了工程实际提高定位精度的需要。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.1.1论文研究的背景

1.1.2论文研究的意义

1.2管道泄漏检测技术的国内外发展现状

1.3常用管道泄漏检测方法

1.3.1管道泄漏检测定位系统的性能指标

1.3.2管道泄漏检测及定位方法

1.4论文研究的主要内容

1.4.1研究的主要内容

1.4.2论文结构

第二章负压波泄漏检测技术研究

2.1负压波泄漏检测方法的基本原理

2.2管道沿程热力分析及沿程温降

2.3负压力波波速的确定

2.4系统时间差对定位结果的影响

2.4.1首、末端计算机系统的时间差

2.4.2管道两端压力传感器的响应时间差

2.5负压波定位方法的改进算法

2.6复杂工况干扰对泄漏检测的影响及排除方法

2.6.1双传感器判断法

2.6.2压力流量联合判断法

2.7本章小结

第三章小波分析在管道泄漏检测中的应用研究

3.1小波分析概述

3.1.1小波分析的发展与应用领域

3.1.2小波变换的概念

3.1.3多尺度分析

3.2小波分析对信号的去噪处理

3.2.1小波去噪模型的建立

3.2.2小波系数的阈值处理

3.2.3噪声在小波分解下的特性

3.2.4小波去噪的MATLAB仿真对比试验

3.2.5输油管线压力信号去噪实例

3.3利用小波分析检测信号的奇异点

3.3.1信号奇异性的数学描述

3.3.2小波变换的模极大值与信号奇异性的关系

3.3.3小波分析检测信号的奇异点的MATLAB仿真试验

3.4小波分析确定泄漏位的时间差

3.5本章小结

第四章基于虚拟仪器的管道泄漏检测系统

4.1虚拟仪器简介

4.1.1虚拟仪器的概念

4.1.2虚拟仪器的特点

4.2虚拟仪器的开发环境LabVIEW

4.2.1 LabVIEW简介

4.2.2 LabVIEW应用程序的构成

4.3泄漏检测系统的设计与开发

4.4系统模块的实现

4.4.1用户界面

4.4.2数据采集模块

4.4.3数据分析模块

4.4.4泄漏报警与定位模块

4.4.5参数设置

4.4.6数据操作与查询模块

4.5本章小结

第五章泄漏检测系统的性能指标

5.1泄漏检测系统灵敏度和稳定性

5.2泄漏检测系统的反应时间及定位精度

5.3本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

附录论文中所涉及算法的部分MATLAB源代码

攻读学位期间所发表的论文