基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置及监测方法制造方法及图纸

基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置及监测方法，属于管道监测技术领域，为了解决油气管道中天然气水合物堵塞预警的问题，要点是所述超声发射换能器用于将接收到的电信号转换成超声波信号，并向管道内发射；所述超声波接收换能器用于接收管道内的超声波信号，并传输给信号解析装置；信号解析装置对接收的管道内的超声波信号解析并得到管道内超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数，以判断管道内水合物生成状态，效果是实现了对油气管道中管道水合物堵塞的监测。

【技术实现步骤摘要】
基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置及监测方法
本专利技术属于管道监测
，涉及一种基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置及其监测方法。背景介绍当前我国经济社会稳步快速发展，人民生活水平日益提高，能源需要越来越大。管道运输是一种主要的能源运输方式，具有运量大、成本低、安全性高、占地面积小、可持续运输等优点，被广泛应用于石油、天然气的长距离输送。由于开采出的石油、天然气中含有水，在进入管道前若不能完全脱出，在高压低温的管道环境中，天然气和水会形成天然气水合物固体。天然气水合物生成的初期，管道流体内会出现天然气水合物颗粒，如果不在天然气水合物生成初期及时发现并采取措施，管道内的水合物数量会大量增加，生成的大量水合物颗粒会发生聚集，沉积，最终导致管道堵塞。管道中的水合物堵塞不但会影响管道工况的稳定，降低输送效率，还可能导致管道局部位置的超高压破坏等严重事故，对管道的安全和稳定运行危害巨大。如果能在管道发生天然气水合物堵塞的初期，及时检测到管道内出现天然气水合物，从而有针对性地采取加抑制剂等措施，防止管道天然气水合物堵塞事故的发生。现有的管道声学堵塞检测方法大多是使用低频声波检测堵塞位置，经常是在堵塞发生后定位堵塞位置，并不能在堵塞发生前提供预警，也不能给工作人员留出足够的时间采取措施以防止完全堵塞的发生，因此，有必要通过一些方法对油气管道发生天然气水合物堵塞进行预测。在油气管道中生成的天然气水合物会改变管道流体的声学特性，包括声衰减和声速。对管道内流体的声学特性进行在线检测，可以确实管道内是否有水合物生成。超声波具有穿透性好，并且具有较宽的频带范围，适用于管道流体的声学特性检测申请公布号CN104198674A的中国专利申请公开了一种管输天然气水合物形成在线预警装置及方法，是通过将超声波换能器安装在采样桶的侧壁上，测量采样桶中水相的声速，用于确定水相中的盐分浓度和天然气水合物抑制剂的浓度，再根据温度、压力和气体组分数据，计算水合物生成相平衡条件，判断管道内会不会生成天然气水合物。这种装置中的超声波换能器是测量采样桶中水相的声速，只适用于天然气管道，而且不能直接检测管道中流体的声学特性，存在检测对象的局限性，即使用的管道是天然气管道，不能用于油气混输的管道。
技术实现思路
为了解决油气管道中天然气水合物堵塞预警的问题，本专利技术提出如下方案：一种基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，包括信号发生器、支撑腔体、于支撑腔体的通道相对设置的超声波发射换能器与超声波接收换能器以及将支撑腔体与监测管道固定并使得支撑腔体通道与管道连通的法兰盘，所述信号发生器用于产生脉冲激励信号，并传输给超声波发射换能器；所述超声发射换能器用于将接收到的电信号转换成超声波信号，并向管道内发射；所述超声波接收换能器用于接收管道内的超声波信号，并传输给信号解析装置；信号解析装置对接收的管道内的超声波信号解析并得到管道内超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数，以判断管道内水合物生成状态。进一步的，在支撑腔体的壁体上沿着朝向所述通道的方向开出用于容置换能器的第一槽体，换能器的一部分位于第一槽体内，并在支撑腔体的壁体上安装固定端盖，在固定端盖上沿着远离所述通道的方向开出第二槽体，换能器的另一部分位于第二槽体，所述第一槽体和第二槽体连通形成的槽体容置整个换能器。进一步的，所述的在支撑腔体的壁体上安装固定端盖，是由螺钉将固定端盖固定安装在支撑腔体的壁体。进一步的，所述槽体连通于支撑腔体的通道，在槽体的内侧壁与换能器外壳之间安装有隔离套，在换能器外壳与隔离套之间安装有换能器密封圈，在隔离套与槽体内侧壁之间安装有隔离套密封圈。进一步的，所述的换能器密封圈、隔离套密封圈均具有两个或以上，并位于更靠近朝向所述通道一侧的槽体内。进一步的，隔离套是由聚砜材料制成，超声波换能器的外壳材料是由不锈钢制成。进一步的，所述的固定端盖的盖顶面开出使得换能器的电缆线通过的引线孔。进一步的，超声波接收换能器接收的管道内的超声波信号由其传输至数据采集装置，数据采集装置用于将接收到的模拟信号转换成数字信号，并传给信号解析装置用于解析。一种上述任一项所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置的监测方法，包括如下步骤：使用信号发生器产生脉冲激励信号，并传输给超声波发射换能器；超声发射换能器将接收到的激励信号转换成超声波，并向管道内发射；超声波发射换能器发射的超声波在管道流体内传播一定距离被超声波接收换能器接收；超声波接收换能器将接收到的管道内的超声波转成电信号，并传给数据采集装置；所述数据采集装置用于将接收到的模拟信号转换成数字信号，并传给信号解析装置；所述信号解析装置对接收到的超声波信号解析，得到超声波信号的首波到达时间和振幅，并以此确定超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数。超声波在管道流体中传播的声速c，其计算公式为：其中，x为发射换能器与接收换能器间的距离，t为接收到的超声波的首波到达时间；管道内流体的声衰减系数α，其计算公式为：其中，U0为超声波发射换能器发射的超声波信号的振幅，U1为超声波接收换能器接收到的超声波信号的振幅；由循环管道超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数确定管道内水合物生成状态。进一步的，由循环管道超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数确定管道内水合物生成状态的方法是：在实验室进行水合物堵塞循环管路测试时，将管道水合物堵塞监测装置安装在实验室的循环管道上，测得水合物生成前、后不同过程中循环管道内超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数，建立超声波在管道流体中传播的声速、声衰减系数与水合物生成量之间的拟合关系式，在现场检测时，测得现场管道内超声波在管道流体中传播的声速与声衰减系数，将现场管道内的超声波在管道流体中传播的声速、声衰减系数带入实验确定的超声波在管道流体中传播的声速、声衰减系数与水合物生成量之间的拟合关系式，获得管道内水合物的生成量，若发现水合物生成量超过设定阈值，则认为发生了水合物堵塞。有益效果：本专利技术提供了一种基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，实现了对油气管道中管道水合物堵塞的监测，直接安装在管道上，却也不会对管道正常运行产生影响，使用超声波对管道进行实时监测，以流体的声学特性判断管道内是否有天然气水合物生成，一旦发现管道中有天然气水合物生成，就可以及时发出报警，为现场人员提供充足的时间采取抑制水合物堵塞措施。附图说明图1是监测装置的原理示意图；图2是监测装置的第一剖视图；图3是监测装置的第二剖视图；图4是监测装置的立体图；图5是监测装置分解图；图6是换能器示意图；图7是监测装置的内部剖视图；图8是监测装置的第三剖视图。图中：1支撑腔体；2法兰盘；3第一超声波发生换能器；4螺钉；5第二超声波发生换能器；6换能器密封圈；7隔离套密封圈；8固定端盖；9超声波隔离套；10第二超声波接收换能器；11第一超声波接收换能器；12换能器引线孔。具体实施方式下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术做进一步详细的说明：根据图1所示，天然气水合物在管道中生成并最后形成堵塞包括以下过程，(1)气泡，水滴，油滴在连续相中的夹带；(2)天然气水合物在气泡，水滴，油滴表面生成；(3)生成的天然气水合物颗粒发生团聚，沉积；(4)生成天然气水合物团块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，包括信号发生器、支撑腔体(1)、于支撑腔体(1)的通道相对设置的超声波发射换能器与超声波接收换能器以及将支撑腔体(1)与监测管道固定并使得支撑腔体(1)通道与管道连通的法兰盘(2)，所述信号发生器用于产生脉冲激励信号，并传输给超声波发射换能器；所述超声发射换能器用于将接收到的电信号转换成超声波信号，并向管道内发射；所述超声波接收换能器用于接收管道内的超声波信号，并传输给信号解析装置；信号解析装置对接收的管道内的超声波信号解析并得到管道内超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数，以判断管道内水合物生成状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，包括信号发生器、支撑腔体(1)、于支撑腔体(1)的通道相对设置的超声波发射换能器与超声波接收换能器以及将支撑腔体(1)与监测管道固定并使得支撑腔体(1)通道与管道连通的法兰盘(2)，所述信号发生器用于产生脉冲激励信号，并传输给超声波发射换能器；所述超声发射换能器用于将接收到的电信号转换成超声波信号，并向管道内发射；所述超声波接收换能器用于接收管道内的超声波信号，并传输给信号解析装置；信号解析装置对接收的管道内的超声波信号解析并得到管道内超声波在管道流体中传播的声速和声衰减系数，以判断管道内水合物生成状态。2.如权利要求1所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，在支撑腔体(1)的壁体上沿着朝向所述通道的方向开出用于容置换能器的第一槽体，换能器的一部分位于第一槽体内，并在支撑腔体(1)的壁体上安装固定端盖(8)，在固定端盖(8)上沿着远离所述通道的方向开出第二槽体，换能器的另一部分位于第二槽体，所述第一槽体和第二槽体连通形成的槽体容置整个换能器。3.如权利要求2所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，所述的在支撑腔体(1)的壁体上安装固定端盖(8)，是由螺钉(4)将固定端盖(8)固定安装在支撑腔体(1)的壁体。4.如权利要求2所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，所述槽体连通于支撑腔体(1)的通道，在槽体的内侧壁与换能器外壳之间安装有超声波隔离套(9)，在换能器外壳与隔离套之间安装有换能器密封圈(6)，在隔离套与槽体内侧壁之间安装有隔离套密封圈(7)。5.如权利要求3所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，所述的换能器密封圈(6)、隔离套密封圈(7)均具有两个或以上，并位于更靠近朝向所述通道一侧的槽体内。6.如权利要求4所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，隔离套是由聚砜材料制成，超声波换能器的外壳材料是由不锈钢制成。7.如权利要求2-6任一项所述的基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置，其特征在于，所述的固定端盖(8)的盖顶面开出使得换能器的电缆线通过的引线孔。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵佳飞，梁会永，宋永臣，杨磊，刘卫国，刘瑜，杨明军，张毅，王大勇，凌铮，李洋辉，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21