[发明专利]一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法

说明书

本发明属于输油管道监测领域，涉及一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法,其特征是输油管道内层温度检测系统包括温度传感器，微处理器和终端。温度传感器模块布置于石油管道外壁，实时测量管壁温度，微处理器分析温度处于稳态或非稳态的不同假设加载不同算法计算内层温度并与当前测量的温度实时比较，差异不大完成测量，将处理器评估的内层温度通过无线网络上传到终端，对输油管道内层温度进行实时监测。本专利公开的测量方法可针对现有石油管道的升级与更换，结合智能物联网技术在能源领域的推广，可在不破坏石油管体的前提下实现实时、准确、高效的管道温度测量管理。

技术领域

本发明属于输油管道监测领域，涉及一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法。

背景技术

输油管道是现代工业中最重要的基础设施之一。在石油运输管线中，会因为各种原因导致管道发生故障，通常会根据温度，压力，管道变形等因素来确定现场管道的健康状况，常规的管道检查和维护依靠手动完成，低效又耗费财力物力，物联网架构的出现使得我们能够部署成本低廉的分布式无线传感器和微处理器，以进行实时数据采集，并且构成了“智能管道”，使得管道巡检更安全，更方便快捷。同时可以通过大数据技术根据流体温度等影响管道安全的因素实时监测管道并及时维护，确保管道安全运行。

在对输油管道内部流体温度的监测中，由于单个完整的管道没有开口，温度传感器无法通过侧面开口的窗口插入管道内部直接测量，只能获得完整管道的外壁温度，而且为了提高管道的机械强度，输油管道一般由多层材料组成，间接测量内层温度也很困难。

由于以上原因，很难测量管道内的流体温度。而确定封闭管道内部温度的一种可行方法就是解决热传导的逆问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以快速、可靠、实时维护输油管道运输安全的基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法。

为了实现上述任务，本发明的技术方案为，一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)获取管体各层材料热参数，建立多层输油管道模型，依据管道模型做关于时间t的拉普拉斯变换，得到各层管道在s域内的温度分布；

(2)建立与多层输油管道同等厚度的单层管道在s域内的温度分布；

(3)拟合最优等效参数，在内层任意初始条件下对单层管道最外层的温度进行数值模拟，数值上可以得到等效的温度分布；

(4)依据温度分布模型进行拉普拉斯逆变换，实时地用单层管道进行数值分析，得到多层输油管道内流体温度。

所述的步骤(3)拟合最优等效参数，包括等效热扩散率、热传导系数、热交换系数和有效管径。

所述的步骤(3)拟合最优化参数是当管体各层材料未知时，在实际环境下布置相同材料的尺寸的试验管，基于实验数据获得上述最优化等效参数。

所述的步骤(4)实时地用单层管道进行数值分析，得到多层输油管道内流体温度，包括如下步骤：

(1)启动温度数据采集，获得平均温度；

(2)微处理器判断测量的温度为稳态温度或非稳态温度；

(3)如果温度是稳态的，通过稳态公式获得稳定的内层温度；

(4)如果温度是非稳态的,比较测量平均温度与计算理论值在一定时间内的累计差异变化；直到计算值和理论值相等，应用非稳态内外温度算法得到内层温度变化率，拟合内层温度。

所述的(3)步骤进一步包括在管道热扩散的数学模型下

其中，ρ--石油管道密度，g/cm³,C—石油管道比热容,J/(kg·K)