[發明專利]基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置及監測方法

有效

• 申請號: 201811070036.1
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109185707B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 趙佳飛;梁會永;宋永臣;楊磊;劉衛國;劉瑜;楊明軍;張毅;王大勇;凌錚;李洋輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F17D5/00
• 分類號: F17D5/00
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 劉斌

1.一種基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置，其特征在于，包括信號發生器、支撐腔體（1）、于支撐腔體（1）的通道相對設置的超聲波發射換能器與超聲波接收換能器以及將支撐腔體（1）與監測管道固定并使得支撐腔體（1）通道與管道連通的法蘭盤（2），所述信號發生器用于產生脈沖激勵信號，并傳輸給超聲波發射換能器；所述超聲發射換能器用于將接收到的電信號轉換成超聲波信號，并向管道內發射；所述超聲波接收換能器用于接收管道內的超聲波信號，并傳輸給信號解析裝置；信號解析裝置對接收的管道內的超聲波信號解析并得到管道內超聲波在管道流體中傳播的聲速和聲衰減系數，以判斷管道內水合物生成狀態；

在支撐腔體（1）的壁體上沿著朝向所述通道的方向開出用于容置換能器的第一槽體，換能器的一部分位于第一槽體內，并在支撐腔體（1）的壁體上安裝固定端蓋（8），在固定端蓋（8）上沿著遠離所述通道的方向開出第二槽體，換能器的另一部分位于第二槽體，所述第一槽體和第二槽體連通形成的槽體容置整個換能器；所述的在支撐腔體（1）的壁體上安裝固定端蓋（8），是由螺釘（4）將固定端蓋（8）固定安裝在支撐腔體（1）的壁體；所述槽體連通于支撐腔體（1）的通道，在槽體的內側壁與換能器外殼之間安裝有超聲波隔離套（9），在換能器外殼與隔離套之間安裝有換能器密封圈（6），在隔離套與槽體內側壁之間安裝有隔離套密封圈（7）。

2.如權利要求1所述的基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置，其特征在于，所述的換能器密封圈（6）、隔離套密封圈（7）均具有兩個或以上，并位于更靠近朝向所述通道一側的槽體內。

3.如權利要求1所述的基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置，其特征在于，隔離套是由聚砜材料制成，超聲波換能器的外殼材料是由不銹鋼制成。

4.如權利要求1所述的基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置，其特征在于，所述的固定端蓋（8）的蓋頂面開出使得換能器的電纜線通過的引線孔。

5.如權利要求1所述的基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置，其特征在于，超聲波接收換能器接收的管道內的超聲波信號由其傳輸至數據采集裝置，數據采集裝置用于將接收到的模擬信號轉換成數字信號，并傳給信號解析裝置用于解析。

6.一種權利要求1-5任一項所述的基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置的監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

使用信號發生器產生脈沖激勵信號，并傳輸給超聲波發射換能器；超聲發射換能器將接收到的激勵信號轉換成超聲波，并向管道內發射；超聲波發射換能器發射的超聲波在管道流體內傳播一定距離被超聲波接收換能器接收；超聲波接收換能器將接收到的管道內的超聲波轉成電信號，并傳給數據采集裝置；所述數據采集裝置用于將接收到的模擬信號轉換成數字信號，并傳給信號解析裝置；所述信號解析裝置對接收到的超聲波信號解析，得到超聲波信號的首波到達時間和振幅，并以此確定超聲波在管道流體中傳播的聲速和聲衰減系數；

超聲波在管道流體中傳播的聲速c，其計算公式為：

其中，x為發射換能器與接收換能器間的距離，t為接收到的超聲波的首波到達時間；

管道內流體的聲衰減系數α，其計算公式為：

其中，U₀為超聲波發射換能器發射的超聲波信號的振幅，U₁為超聲波接收換能器接收到的超聲波信號的振幅；

由循環管道超聲波在管道流體中傳播的聲速和聲衰減系數確定管道內水合物生成狀態。

7.如權利要求6所述的基于超聲波的油氣管道水合物堵塞監測裝置的監測方法，其特征在于，由循環管道超聲波在管道流體中傳播的聲速和聲衰減系數確定管道內水合物生成狀態的方法是：在實驗室進行水合物堵塞循環管路測試時，將管道水合物堵塞監測裝置安裝在實驗室的循環管道上，測得水合物生成前、后不同過程中循環管道內超聲波在管道流體中傳播的聲速和聲衰減系數，建立超聲波在管道流體中傳播的聲速、聲衰減系數與水合物生成量之間的擬合關系式，在現場檢測時，測得現場管道內超聲波在管道流體中傳播的聲速與聲衰減系數，將現場管道內的超聲波在管道流體中傳播的聲速、聲衰減系數帶入實驗確定的超聲波在管道流體中傳播的聲速、聲衰減系數與水合物生成量之間的擬合關系式，獲得管道內水合物的生成量，若發現水合物生成量超過設定閾值，則認為發生了水合物堵塞。