【摘要】：氣液兩相流廣泛存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)中,在石油的輸送管道中更為常見。石油作為一種重要能源,在國民經(jīng)濟和工業(yè)發(fā)展中都占有重要地位,因此對于石油輸送管道的安全監(jiān)測就顯得尤為重要。石油管道的安全監(jiān)測從本質上講就是檢測管道內(nèi)的氣液兩相流動狀態(tài),識別出故障信息并及時發(fā)出預警。石油管道內(nèi)的氣液兩相流型是油氣管道輸送安全監(jiān)測的重要參數(shù)之一,由于氣液兩相流的復雜性和易燃易爆的危險性,至今流型識別還沒有得到很好的解決。本文提出了一種基于止回閥內(nèi)聲音信號,辨識氣液兩相流型的新方法。參照石油輸送的實際工況,設計制作了適用于實驗研究的止回閥,搭建了可視化的實驗平臺,利用水和空氣模擬產(chǎn)生了液相流、氣相流、彈狀流和混狀流四種不同的流型。采集了這四種流型經(jīng)過止回閥時產(chǎn)生的聲音信號。通過設置合理的采樣時間和頻率,對獲得的信號進行了采樣,提高了信號處理效率。根據(jù)氣液兩相流的非線性特性,選用希爾伯特-黃變換(HHT)作為聲音信號的處理方法。聲音信號經(jīng)過采樣之后,利用EMD去噪算法降低了采樣信號的噪聲,并對去噪后的聲音信號進行了重構。再對重構信號進行EMD和希爾伯特譜分析,得到了信號的IMF分量、希爾伯特譜和希爾伯特邊際譜等能量特征。研究發(fā)現(xiàn),第3個IMF分量及其希爾伯特譜的能量和重構信號邊際譜的能量能夠反映不同流型的特征。因此,選擇這三項特征數(shù)據(jù)繪制了二維和三維流型圖。實驗表明,利用止回閥內(nèi)聲音信號特征所繪制的流型圖,辨識準確率在98.1%以上。為了進一步完善本方法,實現(xiàn)對氣液兩相流型的智能辨識。本文選擇了人工神經(jīng)網(wǎng)絡作為流型智能辨識的分類器,設計了誤差反向傳播(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡模型。設定用于繪制流型圖的三種能量特征作為輸入,四種流型為輸出,選擇多組數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡進行了訓練。學習后的神經(jīng)網(wǎng)絡對流型的辨識準確率達到了 97.5%,實現(xiàn)了對流型的智能識別。本文提出的基于止回閥聲音信號的氣液兩相流流型識別方法具有較好的推廣應用前景。
[Abstract]:Gas-liquid two-phase flow is widely used in natural and industrial production, and is more common in the pipeline of petroleum. As an important source of energy, petroleum is important in both national economy and industrial development. Therefore, the safety monitoring of oil pipeline is particularly important. The gas liquid two phase flow status in the pipeline is detected and the fault information is identified and early warning is issued. The gas liquid two-phase flow pattern in the oil pipeline is one of the important parameters for the safety monitoring of oil and gas pipeline transportation. Because of the complexity of the gas and liquid two phase flow and the danger of flammable and explosive, the flow pattern recognition has not been well solved. A new method for identifying gas-liquid two phase flow patterns based on the sound signals in the check valve is proposed. According to the actual working conditions of the oil transport, a check valve suitable for experimental research is designed and made. A visual experimental platform is built. Four different flow patterns are produced by simulation of water and air, and the flow patterns of gas phase flow, elastic flow and mixed flow are collected. These four flow patterns are produced by the check valve. By setting the reasonable sampling time and frequency, the obtained signal is sampled and the signal processing efficiency is improved. According to the nonlinear characteristics of the gas-liquid two-phase flow, the Hilbert yellow transform (HHT) is selected as the processing method of the sound signal. After the sound signal is sampled, The EMD denoising algorithm is used to reduce the noise of the sampled signal and reconstruct the noise after the denoising. Then the reconstructed signal is analyzed by EMD and Hilbert spectrum, and the energy characteristics such as the IMF component of the signal, the Hilbert spectrum and the Hilbert marginal spectrum are obtained. The energy and weight of the third IMF components and their Hilbert spectrum are found. The energy of the marginal spectrum of the signal can reflect the characteristics of different flow patterns. Therefore, the three feature data are selected to draw two-dimensional and three-dimensional flow patterns. The experiment shows that the identification accuracy is above 98.1% by using the flow pattern drawing of the sound signal characteristics in the check valve. In order to further complete the method, the intelligence of the gas-liquid two-phase flow pattern is realized. Identification. In this paper, artificial neural network is selected as classifier of flow pattern intelligent identification, and the error back propagation (BP) neural network model is designed. The three energy characteristics used to draw flow pattern are set as input, four flow patterns are output, and multiple sets of data are selected to train the neural network. After learning, the neural network convection model is identified. The recognition accuracy is 97.5%, and the intelligent recognition of the convective type is realized. The method of identifying the flow pattern of gas-liquid two phase flow based on the sound signal of the check valve has a good prospect for popularization and application.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O359

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本文編號：2121225