超聲波流量計在管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

管道運輸以其特有的經濟、便攜、安全等優(yōu)點而被廣泛應用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運輸中，并且已成為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅的五大運輸行業(yè)之一。但是，隨著管線的增長，以及不可避免的腐蝕、磨損等自然或人為原因，管道事故頻頻發(fā)生。管道的泄漏不僅影響正常的生產，造成能源浪費和經濟損失，而且由于所輸介質的危險性和污染性，一旦發(fā)生事故還會造成對環(huán)境的污染和巨大的生命財產損失，因此泄漏的監(jiān)測是一項重要的管道故障監(jiān)測技術。為了減少損失，需要在有泄漏時立即監(jiān)測出來，并且能夠指明泄漏發(fā)生的位置。

現(xiàn)有的一些管道泄漏監(jiān)測方法或儀器設備還不能滿足對輸油管道進行準確監(jiān)測的要求，因此，本文結合我國管道輸送的實際情況，針對原油管道泄漏監(jiān)測技術及其運行監(jiān)測系統(tǒng)進行了研究，并提出了一種超聲波流量計輸油管道泄漏監(jiān)測方法，提高了定位精度，降低監(jiān)測費用。

本系統(tǒng)采用前后端機結構的主從式設計，具有高速數(shù)據采集、數(shù)據通訊、數(shù)據庫存檔與分析等功能。測量過程由計算機自動控制，測量結果打印并帶有標準通信接口，可與上級控制系統(tǒng)直接連接，便于信息處理。并將混沌理論應用于信息處理中，充分發(fā)揮計算機網絡的優(yōu)勢，建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以達到及時發(fā)現(xiàn)泄漏，并準確定位的目的。

2 對管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的要求

泄漏監(jiān)測的目的是減少泄漏物質損失及盡量杜絕泄漏物對人們生命財產和環(huán)境造成進一步危害，為此，理想的監(jiān)測系統(tǒng)應該滿足以下各方面的要求。

準確性 泄漏發(fā)生后，能夠準確地測報出泄漏，不致因為操作失誤和設備故障等因素發(fā)出誤報警。

靈敏性 理想的檢漏系統(tǒng)應該能監(jiān)測出從滲漏到管道斷裂的全部范圍內的泄漏情況，發(fā)出正確的報警提示。

實時性 理想的檢漏系統(tǒng)能夠在泄漏發(fā)生后，實時地監(jiān)測出泄漏的發(fā)生。以便操作人員即刻采取行動，減少損失。

定位精度高 長輸管道穿越距離長，檢漏系統(tǒng)需能夠提供給操作人員準確的泄漏點位置，以使維修人員盡快到達漏油點，進行補封作業(yè)。

易維護性 檢漏系統(tǒng)裝置維修調整容易。

3 管道泄漏監(jiān)測儀系統(tǒng)整機電路框圖

管道運行狀態(tài)監(jiān)測儀以數(shù)字處理芯片作為CPU，包括信號轉換電路、A／D采集電路、數(shù)據顯示電路、實時時鐘電路、遠程通訊電路、與主計算機通訊的接口電路、聲光報警電路以及電源電路等。圖1是監(jiān)測儀整機電路框圖。為消除傳感器輸出的信號經長距離傳輸引入的干擾，信號轉換電路首先對信號進行濾波和放大。為消除系統(tǒng)共地給系統(tǒng)運行帶來的不穩(wěn)定因素，系統(tǒng)中采用高性能的隔離放大器AD202將被測信號與監(jiān)測儀進行隔離。AD202采用信號耦合變壓器使放大器輸入端與輸出端沒有電路聯(lián)系，并能完成放大功能。AD202功耗小、精度高(最大非線性度±0.025%)。

信號采集器組采集超聲波流量計的信號，經信號傳輸電纜傳送至管道狀態(tài)監(jiān)測儀。

管道狀態(tài)監(jiān)測儀以PC機為核心，實時監(jiān)控管道運行狀況，運用流量時差法對管道泄漏進行預報警，控制遠程數(shù)據通訊鏈路取得管道另一端監(jiān)測儀的數(shù)據，送入系統(tǒng)計算機總站。遠程數(shù)據通訊鏈路通過通訊網線進行數(shù)據的傳送。

總站定時詢問所有分站，從每一個分站收集各種和聲速有關的狀態(tài)參數(shù)，收集到所有分站數(shù)據后，總站咨詢它內部的用于描述管道組態(tài)的拓撲程序，然后計算出最后一分鐘流入和流出測量管段的標準體積，如不平衡超過預設的報警設置值，將發(fā)出泄漏報警。

4 超聲波流量計管道運行監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計

整個系統(tǒng)軟件以Windows 2000作為平臺，結合Matlab工具、高速數(shù)據采集卡動態(tài)鏈接庫的優(yōu)點，由軟件開發(fā)工具Microsoft.net完成各個功能模塊的調配控制和實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件的模塊化設計如圖2所示。