基于声学激励的天然气水合物凝聚识别及定位技术研究

论文摘要

随着全球经济的快速发展和全球人口的不断增长,各国对能源的消耗和需求在不断的增加,人类的生存环境日益恶化。面对越来越严峻的环境问题,天然气与其他化石燃料相比具有较低的污染并且还能产生更高的能量。一般情况下天然气在环境中是一种气态物质,并且管道输送是运送气体物质最安全的方法,因此管道安全问题至关重要。大多数天然气管道具有大管径、长距离和高压力的特点。如果管道发生事故将会对工业生产以及人身财产安全带来严重的危害。天然气水合物被称为易燃冰、甲烷水合物等。由于天然气管道内部的高压和低温环境,使得天然气水合物很容易形成,大大地增加了管道堵塞的风险。天然气水合物堵塞管道往往严重影响工业生产甚至发生严重事故。因此,如何及时有效地检测管道内的水合物凝聚是石化行业亟待解决的问题。针对上述问题,本文对基于声学激励的天然气水合物凝聚识别及定位技术进行了一系列研究,进行的主要工作如下:1、研究了声波在管道内的传播特性。2、搭建了一套天然气管道内水合物凝聚和泄漏监测系统,软件部分主要由LabVIEW软件设计和实现,硬件部分主要由麦克风、扬声器、功率放大器以及多功能数据采集卡构成。3、利用COMSOL多物理场仿真软件建立一系列基于实验条件下的模型进行仿真研究。得到的仿真结果验证了实验原理及可行性。4、在实验管道上利用检测系统进行水合物凝聚和泄漏实验,将实际位置和实验结果进行对比,二者位置基本吻合,进一步验证本方法能够对管道内部的水合物凝聚和泄漏进行定位,且定位精度较高。5、提出了一种基于小波包变换的检测信号特征提取方法。对比结果表明该方法可行。6、采用BP神经网络对已知的天然气水合物凝聚和泄漏特征值进行训练和识别工作。结果表明该方法可以对水合物凝聚和泄漏情况进行有效的识别并区分开来。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 本课题的背景及研究意义
•   1.2 国内外对本课题的研究现状
•   1.3 论文研究的主要内容
•   1.4 本章小结
• 2 声波在管道内的传播特性
•   2.1 声波的物理特性
•     2.1.1 声波传播速度
•     2.1.2 声功率与声强
•   2.2 声波在管道中的传播特性
•     2.2.1 声波在均匀的有限长管中的传播特性
•     2.2.2 旁支对声波传播的影响
•   2.3 本章小结
• 3 天然气管道安全监测系统设计
•   3.1 系统检测原理
•   3.2 系统硬件介绍
•   3.3 系统软件平台设计
•   3.4 本章小结
• 4 天然气管道内水合物凝聚及泄漏仿真模型研究
•   4.1 COMSOL MULTIPHYSICS软件平台的介绍
•   4.2 天然气管道内部水合物及泄漏声场模型建立
•   4.3 仿真定位结果
•   4.4 本章小结
• 5 天然气管道内水合物凝聚及泄漏定位实验研究
•   5.1 检测实验及结果
•   5.2 实验结果分析
•   5.3 本章小结
• 6 信号特征提取和分类识别方法的研究
•   6.1 信号的特征提取
•   6.2 小波包变换及原理
•   6.3 基于小波包变换的反射信号提取特征方法
•   6.4 实验数据处理
•   6.5 神经网络
•   6.6 本章小结
• 7 总结与展望
•   7.1 课题总结
•   7.2 展望
• 8 参考文献
• 9 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄英超

导师: 曲志刚

关键词: 天然气水合物,声学,管道安全,神经网络

来源: 天津科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,石油天然气工业

单位: 天津科技大学

基金: 天津市应用基础与前沿技术研究项目(15JCZDJC39200)

分类号: O429;TE31

DOI: 10.27359/d.cnki.gtqgu.2019.000197

总页数: 62

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