超聲波流量計(jì)在管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

管道運(yùn)輸以其特有的經(jīng)濟(jì)、便攜、安全等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運(yùn)輸中，并且已成為與鐵路、公路、航空、水運(yùn)并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)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(chǎn)，造成能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，而且由于所輸介質(zhì)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(chǎn)損失，因此泄漏的監(jiān)測是一項(xiàng)重要的管道故障監(jiān)測技術(shù)。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(shè)備還不能滿足對輸油管道進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測的要求，因此，本文結(jié)合我國管道輸送的實(shí)際情況，針對原油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)及其運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并提出了一種超聲波流量計(jì)輸油管道泄漏監(jiān)測方法，提高了定位精度，降低監(jiān)測費(fèi)用。

本系統(tǒng)采用前后端機(jī)結(jié)構(gòu)的主從式設(shè)計(jì)，具有高速數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)庫存檔與分析等功能。測量過程由計(jì)算機(jī)自動控制，測量結(jié)果打印并帶有標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用于信息處理中，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，建立管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)泄漏，并準(zhǔn)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(zhì)損失及盡量杜絕泄漏物對人們生命財產(chǎn)和環(huán)境造成進(jìn)一步危害，為此，理想的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下各方面的要求。

準(zhǔn)確性 泄漏發(fā)生后，能夠準(zhǔn)確地測報出泄漏，不致因?yàn)椴僮魇д`和設(shè)備故障等因素發(fā)出誤報警。

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

實(shí)時性 理想的檢漏系統(tǒng)能夠在泄漏發(fā)生后，實(shí)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(zhǔn)確的泄漏點(diǎn)位置，以使維修人員盡快到達(dá)漏油點(diǎn)，進(jìn)行補(bǔ)封作業(yè)。

易維護(hù)性 檢漏系統(tǒng)裝置維修調(diào)整容易。

3 管道泄漏監(jiān)測儀系統(tǒng)整機(jī)電路框圖

管道運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測儀以數(shù)字處理芯片作為CPU，包括信號轉(zhuǎn)換電路、A／D采集電路、數(shù)據(jù)顯示電路、實(shí)時時鐘電路、遠(yuǎn)程通訊電路、與主計(jì)算機(jī)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(jī)電路框圖。為消除傳感器輸出的信號經(jīng)長距離傳輸引入的干擾，信號轉(zhuǎn)換電路首先對信號進(jìn)行濾波和放大。為消除系統(tǒng)共地給系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)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(jì)的信號，經(jīng)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(jī)為核心，實(shí)時監(jiān)控管道運(yùn)行狀況，運(yùn)用流量時差法對管道泄漏進(jìn)行預(yù)報警，控制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊鏈路取得管道另一端監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，送入系統(tǒng)計(jì)算機(jī)總站。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊鏈路通過通訊網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)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(guān)的狀態(tài)參數(shù)，收集到所有分站數(shù)據(jù)后，總站咨詢它內(nèi)部的用于描述管道組態(tài)的拓?fù)涑绦?，然后?jì)算出最后一分鐘流入和流出測量管段的標(biāo)準(zhǔn)體積，如不平衡超過預(yù)設(shè)的報警設(shè)置值，將發(fā)出泄漏報警。

4 超聲波流量計(jì)管道運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)軟件以Windows 2000作為平臺，結(jié)合Matlab工具、高速數(shù)據(jù)采集卡動態(tài)鏈接庫的優(yōu)點(diǎn)，由軟件開發(fā)工具M(jìn)icrosoft.net完成各個功能模塊的調(diào)配控制和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件的模塊化設(shè)計(jì)如圖2所示。