[发明专利]基于超声波的油气管道水合物堵塞监测装置及监测方法

权利要求书

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；

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；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；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）。

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，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。

3.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，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。

4.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，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。

5.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，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。

6.一种权利要求1-5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，其特征在于，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。

7.如权利要求6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，其特征在于，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。