埋地式蒸汽管道泄漏检测系统软件设计
蒸汽管道泄漏检测是一个涉及多领域、多学科的研究话题。每年由于蒸汽管道的泄漏，都会给企业带来巨大的经济损失，同时，对环境也造成了极大的污染，因此，研发出一套能够有效地定位泄露地点的泄漏检测系统是十分有必要的。本文采用虚拟仪器技术，设计了一套基于Labview的蒸汽管道泄漏点定位的设计，该设计分为软件和硬件部分，软件部分以相关函数算法为核心，构建了包含数据采集模块、数据显示模块和数据分析模块等在内的系统，并通过一系列的模拟实验实现了对蒸汽管道泄漏位置的精确定位。关键词 蒸汽管道，次声波，相关函数，Labview，泄漏定位
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的意义 2
1.2 管道运输的发展状况 3
1.3 本课题的主要工作 3
2 检测系统的工作原理 3
3 泄漏点定位系统的总体设计及硬件实现 4
3.1 系统的总体设计 4
3.2 系统的硬件实现 5
3.2.1 传感器的选择 5
3.2.2 功率放大器 6
3.2.3 数据采集卡 7
4 软件设计 10
4.1 虚拟仪器及Labview简述 10
4.1.1 虚拟仪器 10
4.1.2虚拟仪器图形软件开发平台Labview 12
4.2系统软件设计的总体结构 12
4.2.1 初始化模块 13
4.2.2 数据采集模块和显示模块 13
4.2.3 泄漏点定位模块 15
4.2.4 数据保存模块 16
4.3 系统软件的设计流程 17
5 系统测试 18
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录1 27
附录2 28
附录3 29
1 绪论
1.1课题研究的意义
管道在国家的日常运作中担任着重要的角色，必须要确保管道运输的安全，防止管道在运输过程中发生事故。从最近几年的情况来看，世界管道输送行业发展较快，管道运输在各种行业中都拥有着重要的地位，已不失为现代工农业的生命线。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
而管道泄漏是管道事故中最常发生的，管道泄漏不仅会造成资源的浪费，而且若是发生有害气体的泄漏，甚至会对人们的生命财产造成威胁，下图1所示即为油气管道泄漏而引发的爆炸。
图1 输油管道泄漏爆炸
从经济学的角度来看，该课题的研究对我国可靠的蒸汽输送具有重要的经济意义。从科学研究的角度来看，管道泄漏检测是一个涉及多领域，跨学科的课题，该领域涉及管道流体力学，弱信号检测，感测技术，热力学，信函加工等学科，主题是通过数据收集，及其相关分析，研究适合蒸汽管道泄漏的检测、定位新方法，具有较高的研究意义。
1.2 管道运输的发展状况
管道运输作为五大运输行业（包括公路，铁路，航空，水运，管输）之一，管道技术被极多的运用于天然气、石油等气液态物品的运输中。当今世界上的主要运输管道据估算已达到两百多万千米，其中，天然气管道已经达到了一百五十多万千米，石油管道有三十多万千米，原油管道有五十多万千米，并且每年还在迅速增加。在传输介质中，除了原油，天然气，成品油，还有不少煤，矿，粮等固体管道也正在多向发展。与其他的几种运输方式相比，管道运输方式的出现极大程度上降低了运输工具修理维护的难度，实现了运输过程不易中断，运输能力强，效率高，管道建设所需的建设资金与建设相同长度的铁路相比要少得多，管道施工期和成本远远低于铁路。管道运输相较于其他运输方式，气候、地形等因素对其影响较小。由于在运输流体方面管道有着良好的发挥，故而管道运输行业的发展对推动我国国民经济有着重要的作用[1]，下图2为我国油气管道发展图。
图2 油气管道建设现状图
随着石油行业在中国的起步，我国的管道运输行业也随之兴起。在1950年末，我国只有一些短距离的原油管。在华北、大庆等地的油田开始开采后，中国的管道运输行业在1970年后开始步入一个快速发展的轨道，逐渐形成了以东北，华东，华北三省区域为重心的石油互联网。目前，管道运输行业已经布及了人民生活的方方面面，随着管道数量的日益增长，管道慢慢的老化，再加上受到当地环境的影响而腐蚀，以及因保护不当而造成的损坏等因素，都有可能会造成管道的泄漏。管道事故的频发不但会对资源环境造成严重的浪费污染，甚至还会危及人们的生命财产安全。
1.3 本课题的主要工作
埋地式蒸汽管道常常会由于施工焊接，金属腐蚀的原因，造成蒸汽管道的泄漏，从而引起热力公司的热能产生严重浪费。因此设计一个管道泄漏检测及定位系统，能够在极大程度上减少企业的损失，防止进一步对环境造成破坏。因此，我们应当从以下几个方面来判断检测系统的性能。
（1）准确性。我们需要在管道发生泄漏后尽快准确地定位泄漏位置；
（2）灵敏性。当泄漏发生时，该系统能够及时的发现泄漏并进行报告；
（3）性价比。设计和运行该系统的资金要合理；
（4）易维护、易操作性。泄漏检测系统需要维修调整容易，操作简单易懂。
本文运用虚拟仪器技术，设计了一套基于Labview的埋地式蒸汽管道泄漏检测及定位系统。
2 检测系统的工作原理
当管道发生泄漏时，管道内部的气压平衡被打破，导致管道内部气体产生压强，造成瞬时声波。声波随着蒸汽的流动，从泄漏位置开始扩散。声波从管道泄漏位置开始，随着蒸汽流动，沿着管体扩展向管道的两端，扩散速度在不同材质的管道中是不一样的，经过一段时间后发送到管道两端的传感器设备中，使用传感器接收机器来检测沿着管道介质传输的声波信号，采用信号相关的处理方法，按照两个传感器检测信号变化程度可以判断管道泄漏是否发生，并根据检测时间差，可以泄漏定位。声波泄漏检测方法是目前国际上应用的先进管道泄漏检测和泄漏点定位方面法。次声波在声波的泄漏点具有较窄的频率范围，属于连续发声信号，绝大多数低频在20Hz以下。次声波信号在管道介质传输过程中会快速衰减，低频信号可以进行长距离传输。
当蒸汽管道泄漏时，泄漏点产生的次声波会沿着输气管道传送到管道两端A、B的传感器中去。本系统运用相关分析法通过Labview软件对两路信号进行信号分析，根据自相关函数最大值对应的时间来确定两个信号的延迟，以定位泄漏点O的具体位置。该相关系统泄漏检测系统原理图如图3所示。
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的意义 2
1.2 管道运输的发展状况 3
1.3 本课题的主要工作 3
2 检测系统的工作原理 3
3 泄漏点定位系统的总体设计及硬件实现 4
3.1 系统的总体设计 4
3.2 系统的硬件实现 5
3.2.1 传感器的选择 5
3.2.2 功率放大器 6
3.2.3 数据采集卡 7
4 软件设计 10
4.1 虚拟仪器及Labview简述 10
4.1.1 虚拟仪器 10
4.1.2虚拟仪器图形软件开发平台Labview 12
4.2系统软件设计的总体结构 12
4.2.1 初始化模块 13
4.2.2 数据采集模块和显示模块 13
4.2.3 泄漏点定位模块 15
4.2.4 数据保存模块 16
4.3 系统软件的设计流程 17
5 系统测试 18
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录1 27
附录2 28
附录3 29
1 绪论
1.1课题研究的意义
管道在国家的日常运作中担任着重要的角色，必须要确保管道运输的安全，防止管道在运输过程中发生事故。从最近几年的情况来看，世界管道输送行业发展较快，管道运输在各种行业中都拥有着重要的地位，已不失为现代工农业的生命线。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
而管道泄漏是管道事故中最常发生的，管道泄漏不仅会造成资源的浪费，而且若是发生有害气体的泄漏，甚至会对人们的生命财产造成威胁，下图1所示即为油气管道泄漏而引发的爆炸。
图1 输油管道泄漏爆炸
从经济学的角度来看，该课题的研究对我国可靠的蒸汽输送具有重要的经济意义。从科学研究的角度来看，管道泄漏检测是一个涉及多领域，跨学科的课题，该领域涉及管道流体力学，弱信号检测，感测技术，热力学，信函加工等学科，主题是通过数据收集，及其相关分析，研究适合蒸汽管道泄漏的检测、定位新方法，具有较高的研究意义。
1.2 管道运输的发展状况
管道运输作为五大运输行业（包括公路，铁路，航空，水运，管输）之一，管道技术被极多的运用于天然气、石油等气液态物品的运输中。当今世界上的主要运输管道据估算已达到两百多万千米，其中，天然气管道已经达到了一百五十多万千米，石油管道有三十多万千米，原油管道有五十多万千米，并且每年还在迅速增加。在传输介质中，除了原油，天然气，成品油，还有不少煤，矿，粮等固体管道也正在多向发展。与其他的几种运输方式相比，管道运输方式的出现极大程度上降低了运输工具修理维护的难度，实现了运输过程不易中断，运输能力强，效率高，管道建设所需的建设资金与建设相同长度的铁路相比要少得多，管道施工期和成本远远低于铁路。管道运输相较于其他运输方式，气候、地形等因素对其影响较小。由于在运输流体方面管道有着良好的发挥，故而管道运输行业的发展对推动我国国民经济有着重要的作用[1]，下图2为我国油气管道发展图。
图2 油气管道建设现状图
随着石油行业在中国的起步，我国的管道运输行业也随之兴起。在1950年末，我国只有一些短距离的原油管。在华北、大庆等地的油田开始开采后，中国的管道运输行业在1970年后开始步入一个快速发展的轨道，逐渐形成了以东北，华东，华北三省区域为重心的石油互联网。目前，管道运输行业已经布及了人民生活的方方面面，随着管道数量的日益增长，管道慢慢的老化，再加上受到当地环境的影响而腐蚀，以及因保护不当而造成的损坏等因素，都有可能会造成管道的泄漏。管道事故的频发不但会对资源环境造成严重的浪费污染，甚至还会危及人们的生命财产安全。
1.3 本课题的主要工作
埋地式蒸汽管道常常会由于施工焊接，金属腐蚀的原因，造成蒸汽管道的泄漏，从而引起热力公司的热能产生严重浪费。因此设计一个管道泄漏检测及定位系统，能够在极大程度上减少企业的损失，防止进一步对环境造成破坏。因此，我们应当从以下几个方面来判断检测系统的性能。
（1）准确性。我们需要在管道发生泄漏后尽快准确地定位泄漏位置；
（2）灵敏性。当泄漏发生时，该系统能够及时的发现泄漏并进行报告；
（3）性价比。设计和运行该系统的资金要合理；
（4）易维护、易操作性。泄漏检测系统需要维修调整容易，操作简单易懂。
本文运用虚拟仪器技术，设计了一套基于Labview的埋地式蒸汽管道泄漏检测及定位系统。
2 检测系统的工作原理
当管道发生泄漏时，管道内部的气压平衡被打破，导致管道内部气体产生压强，造成瞬时声波。声波随着蒸汽的流动，从泄漏位置开始扩散。声波从管道泄漏位置开始，随着蒸汽流动，沿着管体扩展向管道的两端，扩散速度在不同材质的管道中是不一样的，经过一段时间后发送到管道两端的传感器设备中，使用传感器接收机器来检测沿着管道介质传输的声波信号，采用信号相关的处理方法，按照两个传感器检测信号变化程度可以判断管道泄漏是否发生，并根据检测时间差，可以泄漏定位。声波泄漏检测方法是目前国际上应用的先进管道泄漏检测和泄漏点定位方面法。次声波在声波的泄漏点具有较窄的频率范围，属于连续发声信号，绝大多数低频在20Hz以下。次声波信号在管道介质传输过程中会快速衰减，低频信号可以进行长距离传输。
当蒸汽管道泄漏时，泄漏点产生的次声波会沿着输气管道传送到管道两端A、B的传感器中去。本系统运用相关分析法通过Labview软件对两路信号进行信号分析，根据自相关函数最大值对应的时间来确定两个信号的延迟，以定位泄漏点O的具体位置。该相关系统泄漏检测系统原理图如图3所示。
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