分布式在线管道腐蚀程度监测技术研究
发布时间：2022-02-21 08:33
天然气是我国能源消费结构的重要组成部分,在工业制造、电力生产、居民生活等领域应用非常广泛。我国最主要的天然气传输方式是金属输气管线网络,是目前最为稳定经济的方法。然而,近年来由于金属管线腐蚀破损所引起的事故时有发生,造成了严重的环境污染与经济损失。目前,国内外针对天然气管道腐蚀情况的监测手段多以超声检测、漏磁检测及腐蚀探针为主,其中超声检测方法的应用最为普遍。本文以“管道腐蚀监测相关技术开发”项目为课题背景,以超声波反射时差法为基本检测方法,以延时信号链内插法作为提高检测精度的方案,对分布式在线管道腐蚀程度监测系统的关键技术进行了研究。主要研究内容有:（1）本论文以实际工程项目的应用背景为出发点,对管壁腐蚀的在线监测相关技术进行了大量资料学习与文献调研,比较分析各技术理论的特点,结合本课题项目中所提出的具体需求,对分布式在线管道腐蚀程度监测系统的实现路线进行了规划,明确了系统中各主要功能模块的实现方案。（2）完成了系统壁厚信息采集、高精度时间测量以及无线数据通信三大主要功能模块硬件电路的原理图与PCB设计,经过后续不断的调试与改版,最终实现了基本功能完备、性能稳定可靠的硬件电路设计。（...
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Swarm管道超声检测方案示意图
电子科技大学硕士学位论文6第二章分布式在线管壁腐蚀程度监测技术的相关理论本课题结合实际项目的应用背景，进行了大量的文献资料调研，并设计研发了一套分布式在线管壁腐蚀程度监测系统。系统的主要功能可以划分为超声激励与回波采集、高精度时间测量、数据通信功能三部分，其中，超声激励与回波采集同高精度时间测量功能共同构成系统的基本监测单元模块。在实际安装系统时，须要根据具体的管道口径来选择适当数量的监测单元模块级联起来，环绕固定于待测管段。各监测单元采集到的壁厚信息通过CAN总线通信线缆汇总到无线数据通信模块，经无线模块整理以后上传至后端的数据服务器，在数据服务器上查看、分析管道的壁厚数据，实现对天然气传输管道的长期在线监测。分布式在线管壁腐蚀程度监测系统结构示意图如下图2-1所示。本章后续部分将分别对系统三部分主要功能中所涉及到的相关理论与技术进行介绍。图2-1分布式在线管壁腐蚀程度监测系统结构示意图2.1超声波无损检测技术超声波是指频率大于20kHz的机械波，激发超声波最常用的手段是利用压电材料的逆压电效应，当压电片受到电压信号激励时会随电压幅度的变化而产生振动，通过这种方式可以将电压信号转化成机械振动[19]。由于超声波具有容易激发、对周边环境无破坏性影响的特点，在无损检测领域有着非常广泛的应用[20]。基于超声波的无损检测技术有多种实现形式，可以针对具体的应用，因地制宜地选择适当的检测方法，目前主要的超声无损检测手段可以总结脉冲反射法[21]、
第二章分布式在线管壁腐蚀程度监测系统的总体设计7超声波衍射时差法[22]、超声波穿透法[23]、共振法四种。本论文中选用了脉冲反射法作为采集超声信号的基本方法，这也是超声测厚应用最常用的方法。2.1.1脉冲反射法脉冲反射法利用了超声波的反射特性，超声波作为一种机械波，当入射到介质表面时，由于波的共性，会在介质表面发生反射和折射现象，一部分能量在上表面处发生反射，而另一部分则穿过上表面进入到介质内部，如下图2-2所示：图2-2超声波在介质表面处的传播示意图图中α为反射角，β为入射角。超声波的反射率与折射率取决于两种介质之间的声阻抗差异Z，设第一种介质的声阻抗为Z1，第二种介质的声阻抗为Z2，入射波的声压为P0，反射波声压为Pr，则声压反射率Rs：21021rrPZZPZZ==+(2-1)设超声波折射部分的声压为P0，则其折射率t可表示为：20212iPZtPZZ==+(2-2)声波的强弱由声强来表示，声强I与声压P的对应关系如下式（2-3）所示，其中ρ为介质截面密度，c为介质中波速。22cPI=(2-3)设入射声强为I0，反射波声强为Ir，则声强反射率R为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声检测的应用及发展[J]. 孟宪伟,程号,刘世铎. 西部皮革. 2020(09)
[2]中国天然气供应安全形势及建议[J]. 白俊,张雄君. 天然气技术与经济. 2020(01)
[3]窄带物联网（NB-IoT）应用与安全[J]. 李禹. 中国新通信. 2019(24)
[4]Bluetooth 5.1标准特性以及测试方案[J]. 王玮. 信息通信技术与政策. 2019(05)
[5]浅谈小基站在4G深度覆盖中的应用[J]. 高强. 数字通信世界. 2019(05)
[6]基于磁场传感器的管道腐蚀涡流检测技术[J]. 夏永康,赵庆凯,张书辉,冉坚强,翟瑞峰,王岩. 中国设备工程. 2019(08)
[7]2018年中国油气管道建设新进展[J]. 高鹏,高振宇,王峰,刘广仁. 国际石油经济. 2019(03)
[8]基于维纳滤波和主成分分析的脉冲涡流检测信号降噪方法[J]. 徐志远,伍权. 传感技术学报. 2019(03)
[9]4G移动通信技术与安全问题研究[J]. 高均立. 企业科技与发展. 2019(03)
[10]基于蓝牙技术的远程环境信息监测系统开发[J]. 冯建利,杨文欣,邓梦阳,姚鹏. 科技经济导刊. 2019(07)
博士论文
[1]铁磁性管道中轴向裂纹的远场涡流检测技术研究[D]. 徐小杰.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]激光超声管道检测系统关键技术研究[D]. 姬保平.北京石油化工学院 2016
本文编号：3636888
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Swarm管道超声检测方案示意图
电子科技大学硕士学位论文6第二章分布式在线管壁腐蚀程度监测技术的相关理论本课题结合实际项目的应用背景，进行了大量的文献资料调研，并设计研发了一套分布式在线管壁腐蚀程度监测系统。系统的主要功能可以划分为超声激励与回波采集、高精度时间测量、数据通信功能三部分，其中，超声激励与回波采集同高精度时间测量功能共同构成系统的基本监测单元模块。在实际安装系统时，须要根据具体的管道口径来选择适当数量的监测单元模块级联起来，环绕固定于待测管段。各监测单元采集到的壁厚信息通过CAN总线通信线缆汇总到无线数据通信模块，经无线模块整理以后上传至后端的数据服务器，在数据服务器上查看、分析管道的壁厚数据，实现对天然气传输管道的长期在线监测。分布式在线管壁腐蚀程度监测系统结构示意图如下图2-1所示。本章后续部分将分别对系统三部分主要功能中所涉及到的相关理论与技术进行介绍。图2-1分布式在线管壁腐蚀程度监测系统结构示意图2.1超声波无损检测技术超声波是指频率大于20kHz的机械波，激发超声波最常用的手段是利用压电材料的逆压电效应，当压电片受到电压信号激励时会随电压幅度的变化而产生振动，通过这种方式可以将电压信号转化成机械振动[19]。由于超声波具有容易激发、对周边环境无破坏性影响的特点，在无损检测领域有着非常广泛的应用[20]。基于超声波的无损检测技术有多种实现形式，可以针对具体的应用，因地制宜地选择适当的检测方法，目前主要的超声无损检测手段可以总结脉冲反射法[21]、
第二章分布式在线管壁腐蚀程度监测系统的总体设计7超声波衍射时差法[22]、超声波穿透法[23]、共振法四种。本论文中选用了脉冲反射法作为采集超声信号的基本方法，这也是超声测厚应用最常用的方法。2.1.1脉冲反射法脉冲反射法利用了超声波的反射特性，超声波作为一种机械波，当入射到介质表面时，由于波的共性，会在介质表面发生反射和折射现象，一部分能量在上表面处发生反射，而另一部分则穿过上表面进入到介质内部，如下图2-2所示：图2-2超声波在介质表面处的传播示意图图中α为反射角，β为入射角。超声波的反射率与折射率取决于两种介质之间的声阻抗差异Z，设第一种介质的声阻抗为Z1，第二种介质的声阻抗为Z2，入射波的声压为P0，反射波声压为Pr，则声压反射率Rs：21021rrPZZPZZ==+(2-1)设超声波折射部分的声压为P0，则其折射率t可表示为：20212iPZtPZZ==+(2-2)声波的强弱由声强来表示，声强I与声压P的对应关系如下式（2-3）所示，其中ρ为介质截面密度，c为介质中波速。22cPI=(2-3)设入射声强为I0，反射波声强为Ir，则声强反射率R为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声检测的应用及发展[J]. 孟宪伟,程号,刘世铎. 西部皮革. 2020(09)
[2]中国天然气供应安全形势及建议[J]. 白俊,张雄君. 天然气技术与经济. 2020(01)
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[5]浅谈小基站在4G深度覆盖中的应用[J]. 高强. 数字通信世界. 2019(05)
[6]基于磁场传感器的管道腐蚀涡流检测技术[J]. 夏永康,赵庆凯,张书辉,冉坚强,翟瑞峰,王岩. 中国设备工程. 2019(08)
[7]2018年中国油气管道建设新进展[J]. 高鹏,高振宇,王峰,刘广仁. 国际石油经济. 2019(03)
[8]基于维纳滤波和主成分分析的脉冲涡流检测信号降噪方法[J]. 徐志远,伍权. 传感技术学报. 2019(03)
[9]4G移动通信技术与安全问题研究[J]. 高均立. 企业科技与发展. 2019(03)
[10]基于蓝牙技术的远程环境信息监测系统开发[J]. 冯建利,杨文欣,邓梦阳,姚鹏. 科技经济导刊. 2019(07)
博士论文
[1]铁磁性管道中轴向裂纹的远场涡流检测技术研究[D]. 徐小杰.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]激光超声管道检测系统关键技术研究[D]. 姬保平.北京石油化工学院 2016
本文编号：3636888
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