基于自由振荡理论的输油管道堵塞检测研究

发布时间：2017-09-01 06:21

  本文关键词：基于自由振荡理论的输油管道堵塞检测研究

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【摘要】：近年来,管道运输已经成为流体输送的主要方式,通过长距离输油管道实现油品的运输已经占据市场的主要地位。经过长时间运行的管道,会出现一系列的问题,例如石蜡结垢,微生物腐蚀,阀门失灵等,这些都会造成管道的堵塞。管道堵塞会影响管道的正常工作状态,严重时会发生管道漏失,甚至会引起管道的爆裂。油品的漏失不仅污染环境,也造成了资源的浪费,管道爆裂也威胁着人民生命财产的安全。此外,管道堵塞还会破坏油品的品质。因此,寻找一种准确获得堵塞位置以及堵塞量级的方法刻不容缓。本课题应用流体自由振荡理论,针对输油管道中堵塞问题进行研究,根据输油管道的特点,建立了适合于管道堵塞检测的数学模型,分别以末端水箱水位变化、瞬间关阀两种方式作为激励,对输油管道的激励-响应特性曲线进行分析,继而对管道堵塞进行检测,即堵塞点及堵塞量的定位及定量分析。在应用流体自由振荡理论中,提出带有堵塞点位置的输油管道流体运动水击控制方程,引入迪拉克函数,并且将方程进行无因次化及线性化表示。然后在固定的边界条件下,获得方程的解析解,并用傅立叶级数的方式表示出来。最后对方程的解析解进行傅立叶级数分析,得到在不同的周期下每个单独组成成分谐波的振幅,根据各不同谐波在不同周期下的振幅便可得知各谐波的堵塞衰减参数,堵塞位置可以通过两个单独组成成分谐波的比值确定,而堵塞量级的大小可以通过各单独组成成分谐波的堵塞衰减参数值准确确定。利用管道系统实验台,用不完全开启的阀门代替管道堵塞,模拟瞬间关阀时管道内任意点的压力响应特性。对实验数据进行处理分析,验证了本课题提出的堵塞检测方法的正确性。本文将流体自由振动理论与有压瞬变流理论相结合,结合傅立叶级数分析,利用堵塞衰减参数检测输油管道的堵塞状况,对管道堵塞位置及堵塞量级的检测具有较高的准确性。该方法实际应用范围广泛、计算耗时少,将其应用于实际输油管道的堵塞检测中,具有较强的实际应用价值。
【关键词】：堵塞检测 自由振荡 输油管道 瞬变流 傅立叶级数分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景及意义9-12
• 1.1.1 课题研究的背景9-10
• 1.1.2 课题研究的意义10-12
• 1.2 国内外堵塞检测技术研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 国内外堵塞检测研究方法综述15-17
• 1.3.1 敲击音听法15
• 1.3.2 化学特性法15
• 1.3.3 管道应变法15
• 1.3.4 γ 射线法15-16
• 1.3.5 注油试压法16
• 1.3.6 水力分析法16
• 1.3.7 仪器探测法16-17
• 1.3.8 有压瞬变流分析法17
• 1.4 本课题研究的主要内容17-19
• 第2章 管道系统中的自由振荡理论19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 有压瞬变流理论19-25
• 2.2.1 概述19-21
• 2.2.2 瞬变流基本方程21-25
• 2.3 流体振荡理论25-26
• 2.3.1 概述25
• 2.3.2 自由振荡25-26
• 2.4 单管堵塞模型及控制方程26-29
• 2.5 在固定边界条件下的解析解29-31
• 2.6 可行性分析31-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 应用自由振荡理论检测管道堵塞34-58
• 3.1 傅立叶级数分析34-37
• 3.2 管道堵塞检测37-40
• 3.2.1 堵塞检测38-39
• 3.2.2 堵塞定位检测39-40
• 3.2.3 堵塞定量检测40
• 3.3 输水管道应用算例分析40-48
• 3.3.1 水箱-管道-水箱系统40-44
• 3.3.2 水箱-管道-阀门系统44-48
• 3.4 实际输油管道应用算例分析48-56
• 3.4.1 实际输油管道的参数49-51
• 3.4.2 储油罐-管道-储油罐系统51-53
• 3.4.3 储油罐-管道-阀门系统53-56
• 3.5 本章小结56-58
• 第4章 管道堵塞检测的实验验证58-70
• 4.1 实验台构建原理58-59
• 4.2 实验台系统介绍59-65
• 4.2.1 实验室方案59-62
• 4.2.2 泵站62
• 4.2.3 实验管道系统62-63
• 4.2.4 泵站配电箱及数据采集系统63-65
• 4.3 实验操作65-69
• 4.3.1 实验的准备工作65-66
• 4.3.2 实验验证66-69
• 4.4 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-79
• 致谢79

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