[發明專利]一種油氣管道積液智能化檢測系統

有效

• 申請號: 202010566864.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111735518B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 張英杰;曹懷祥;左曉杰;雷健;衣粟;吳畏;孫洪彬;張國慶;王培東;王海龍;宋天圣
• 申請（專利權）人: 山東省特種設備檢驗研究院集團有限公司
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296;G01F23/80;G06K9/00;G06F17/14;G06F17/16
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發明提出了一種油氣管道積液智能化檢測系統，該系統包括：超聲發射模塊、超聲傳感器、信號調理模塊和處理分析模塊等。超聲發射模塊用于驅動超聲波傳感器發出超聲波信號。超聲傳感器用于向管道內部發出超聲波信號，以獲取管道內部不同物質形態界面的回波信號。對接收的回波信號處理后經離散小波變換、相變換、同步壓縮及信號重構進行特征值提取，獲取能夠表征不同液位高度的時頻矩陣，利用非負矩陣分解精簡和優化特征空間進行將維，以計算得到的稀疏表達矩陣作為最終信號特征，構建超聲回波信號與液位高度之間的對應模型，利用支持向量回歸機算法，實現油氣管道積液高度的檢測。本發明不破壞管道結構即可實現管道積液液位高速的準確測量。

技術領域

本發明屬于油氣管道積液檢測技術領域，特別涉及一種油氣管道積液智能化檢測系統。

背景技術

考慮環境和管壁的溫度差異等影響，含硫氣田的油氣在傳輸過程中會進行換熱，然后析出液體，即所謂的積液。它的出現會產生一系列問題。第一，積液的聚集使管道截面積中的氣液比減小，輸送氣體的有效面積減小，降低輸氣管道的輸送效率；第二，液態水的存在是輸氣管道中水合物產生的必要條件，水合物聚集到一定量必然發生“冰堵”；第三，在輸送氣體的過程中，氣體會對波動的液體做功，導致能耗增加；第四，含H₂S和CO²較多的酸性積液會使管道發生電化學腐蝕，甚至可能造成管道的穿孔；第五，積液的聚集會使管道內的流型發生變化，出現對管道傷害較大的段塞流。

油氣管線屬于一個密閉系統，在低持液率條件下起伏管線低洼處的氣液兩相流動為分層流，兩相之間具有明顯的分界面。因此，此類管線中液位的測量類似密閉容器中液位高度的測量，與之不同的是管線中的氣液是流動的，而密閉容器中的氣液處于靜止狀態。密閉容器中的液位測量是通過在容器頂部或底部安裝超聲探頭，利用超聲測距的原理來實現的。對油氣管線來說，這兩種方法同樣都存在一定的缺陷，超聲波頂部液位測量需要破壞管道結構并且液面波動使超聲探頭無法接收到回波信號，底部液位測量受到管道中固體沉積物的影響。

發明內容

本發明提出了一種油氣管道積液智能化檢測系統，在管道外壁設置超聲波傳感器，基于同步壓縮小波的特征提取方法，結合支持向量機算法，實現管道積液液位高速的準確測量。

為了實現上述目的，本發明提出了一種油氣管道積液智能化檢測系統，該系統包括：超聲發射模塊、超聲傳感器、超聲接收模塊、信號調理模塊、信號采集模塊和處理分析模塊；

所述超聲發射模塊用于接收輸入的脈沖信號，對所述脈沖信號進行隔離升壓后驅動超聲波傳感器發出超聲波信號；

所述超聲傳感器設置在管道外壁底部，用于向管道內部發出超聲波信號，以獲取管道內部不同物質形態界面的回波信號；

所述超聲接收模塊用于對接收的所述回波信號濾除交流部分，并通過二極管對濾除交流部分的回波信號做限幅處理得到限幅后的信號；

所述信號調理模塊用于對限幅后的信號放大、帶通濾波以及消除共模噪聲；所述信號采集模塊用于對信號調理模塊處理后的模擬超聲信號變換成數字超聲信號；

所述處理分析模塊用于將采集到所述數字超聲信號經離散小波變換、相變換、同步壓縮及信號重構進行特征值提取，獲取能夠表征不同液位高度的時頻矩陣，進一步利用非負矩陣分解精簡和優化特征空間進行降維，以計算得到的稀疏表達矩陣作為最終信號特征，構建超聲回波信號與液位高度之間的對應模型，利用支持向量回歸機算法，實現油氣管道積液高度的檢測。

進一步的，所述超聲波傳感器位于在管道外壁底部，且間隔放置在同一圓周上。

進一步的，所述超聲發射模塊接收輸入的PWM脈沖信號，且所述脈沖信號的激勵頻率等于所述超聲波傳感器的頻率；所述PWM脈沖信號經過反相器進行反向處理后，利用變壓器進行隔離和升壓，在次級線圈產生200V高壓用于超聲波傳感器發射超聲波信號。