專利名稱：一種管道泄漏監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種管道泄漏監測裝置。涉及聲波的測量、測量流體壓力和 管道系統技術領域。
背景技術：
管道泄漏不僅造成巨大的經濟損失，而且會造成環境污染、人員的傷亡等， 及時發現管線事故并排除事故是安全生產的重要環節，因此建立可靠的泄漏監 測系統，對管線提供連續不間斷的檢測，在實際的安全生產具有越來越重要的 意義。近年來，管線泄漏監測及定位問題越來越受到人們的重視。
中國發明專利申請號為99107241.3及200410019451.6的文件公開了基于 靜態壓力即負壓波技術的管道泄漏監測方法。中國發明專利申請號為 200710097721.9的文件公開了基于動態低頻技術的泄漏監測方法。其所揭示的 是根據釆集的動態壓力信號來判斷管道泄漏事件的發生。以上專利在其專利申 請文件中都做了具體介紹，在此不再闡述。
受現場工藝操作如調閥、加壓、起停泵等噪聲的干擾，單獨使用基于動態 壓力或靜態壓力的管道泄漏監測系統都存在誤報率較高的問題。而無論是動態 壓力傳感器還是傳統的壓力靜態壓力傳感器，反映的都是泄漏信號的部分特征， 因此，對兩種傳感器信號進行聯合分析，可得到關于泄漏的更多的信息。
實用新型內容
本實用新型的目的是設計一種可靠、準確的管道泄漏監測裝置。
本實用新型提供的泄漏監測方法是通過安裝在管道首、末端的動態和靜態 壓力傳感器檢測管道中泄漏引起的沿管道傳播的動態壓力聲波和靜態壓力聲波 信號來判斷泄漏，并根據聲波傳播到管道首、末端的時間差確定漏點位置。
具體是在管道首、末端各安裝一套動態壓力傳感器la、 lb和靜態壓力傳感 器2a、 2b，將該動態壓力傳感器la、 lb和靜態壓力傳感器2a、 2b測到的聲波 信號分別經過數據釆集裝置3a、 3b處理，取出泄漏信號；同時釆用全球定時系 統GPS確定泄漏聲波信號傳到監測管段兩端的時間；將釆集的時間相加減后乘 以聲波在介質中的傳播速度可以對泄漏點進行定位。
利用聲波檢測方法有兩種方法來進行檢測，即測量動態壓力和靜態絕對壓 力。釆用動態壓力傳感器la、 lb測量動態壓力的方法比釆用常用的壓力變送器
3測量絕對壓力的負壓波方法有著較高的靈敏度，因為負壓波法利用壓力變送 器的絕對壓力信號進行泄漏檢測，壓力變送器反映的是管道的運行壓力，通常
泄漏引起的壓力變化僅占壓力變送器量程的一小部分。而動態壓力傳感器la、 lb直接測量的是管道壓力的動態變化，通過適當調整，動態壓力傳感器la、 lb 可以盡可能地反映管道泄漏引起的壓力變化。因此，基于動態壓力傳感器la、 lb的管道泄漏監測比基于壓力變送器的管道泄漏監測具有更高的靈敏度。當然, 對于壓力變化緩慢的場合，釆用壓力變送器可以檢測出壓力的改變，而動態壓 力傳感器則不一定有反應。
本管道泄漏監測裝置如圖1所示，裝置由基站和中心站裝置兩部分組成， 中心站一般為一個裝置，基站則根據管道情況由若干個組成。以下以安裝在管 道首、末端中一個端的基站a為例予以說明。
基站部分包括動態壓力傳感器la、靜態壓力傳感器2a、數據釆集傳輸裝置 3a、 GPS全球定時系統；中心站部分由中心計算機和GPS組成。 一般是在管線的 每個管道站點設置一個基站，中心站則對整條管線的基站進行管理。在所監測 管段的首、末端基站中各安裝一套動態壓力傳感器la和靜態壓力傳感器2a,傳 感器輸出信號通過控制電纜傳到數據釆集傳輸裝置3a，數據釆集裝置3a可以為 數據釆集卡+計算機的方式或數據釆集單元+遠程傳輸單元(RTU)等方式。在 實施安裝時，傳感器安裝在輸油站的工藝區內，數據采集傳輸裝置安裝在站控 室內。基站與中心站裝置4的連接方式由各輸油站之間的通信方式決定，基站 通過合適的通信方式將有效數據傳輸給中心站計算機，由中心站裝置4的計算 機對數據進行分析判斷處理，如有泄漏則發出聲光報警并定位。
安裝在管道首、末端的基站裝置釆集壓力信號，即由安裝在管道首、末端 的各一組動態壓力傳感器la和靜態壓力傳感器2a同時測量監測管段兩端的動 態壓力和靜態壓力，將實時釆集的動態壓力和靜態壓力數據傳給數據釆集傳輸 裝置3a，數據釆集傳輸裝置3a將信息傳輸到中心站中心計算機。中心站計算機 經過數據處理來判斷管道是否發生泄漏， 一旦發現泄漏事件系統進行報警并定 位。
基站與中心站裝置4之間的通信方式由管線各輸油站之間的通信方式決定， 可以為電話通信、衛星通信或光纖通信。GPS確定泄漏聲波信號從泄漏點傳到監 測管段兩端的時間；數據釆集傳輸裝置3a同時處理靜態壓力和動態壓力數據， 根據壓力變化從而判斷管道內可能發生的泄漏，提高了泄漏監測系統的靈敏度。
4其中
動態壓力傳感器la釆用壓電式壓力傳感器，直接測量管道壓力的動態變化， 通過適當調整，動態壓力傳感器可以盡可能地反映管道泄漏引起的壓力變化；
靜態壓力傳感器2a釆用管道上普遍釆用的壓力變送器，測量靜態絕對壓力， 釆集管道內的泄漏負壓波信號。
本管道泄漏監測裝置的電路如圖2所示，安裝在管道首、末端每一端的動 態壓力傳感器la的輸出先接由三級運算放大器組成的信號處理電路，轉換成4 20mA電流輸出后與靜態壓力傳感器2a的4 ~ 20mA輸出各經一個250D電阻接到 數據釆集傳輸裝置3a中數據釆集卡PCI6023E的輸入端，再經PCI總線傳給數 據采集傳輸裝置3a中的計算機UN03072，同時GPS也接計算機的輸入，每個基 站計算機的輸出經傳輸至中心站裝置4計算機的輸入，同時GPS也接中心站裝 置4的計算機的輸入，中心站裝置4計算機的輸出接顯示器和報警電路。
另一b基站與上述a基站完全相同，就不再贅述。
本實用新型根據壓力變化能可靠、準確地判斷管道內可能發生的泄漏，提 高了泄漏監測系統的靈敏度。具有快速的反應速度和很高的定位精度，能夠及 時檢測出泄漏，防止泄漏事故擴大，減少流體損失贏得寶貴的時間，是一種受 到廣泛重視的泄漏監測方法。
圖1管道泄漏監測裝置原理框圖 圖2管道泄漏監測裝置信號流程圖 圖3動態、靜態壓力曲線圖 其中
la—動態壓力傳感器 2a—靜態壓力變送器 lb—動態壓力傳感器 2b—靜態壓力變送器 3a -數據采集傳輸裝置 3b -數據釆集傳輸裝置 4-中心站裝置具體實施方式
實施例以本例來說明本發明的具體實施方式
并對本發明作進一步的說明。 本例是一實驗樣機，其構成如圖l所示。本管道泄漏監測裝置，包括動態壓力傳感器la、 lb、靜態壓力傳感器2a、 2b、數據釆集傳輸裝置3a、 3b、 GPS全球定時系統；將該兩組動態壓力傳感器 la、 lb和靜態壓力傳感器2a、 2b測到的壓力聲波信號分別經過數據釆集傳輸裝 置3a、 3b處理，取出泄漏信號；同時GPS全球定時系統釆集泄漏聲波信號從泄 漏點傳到監測管段兩端的時間；將釆集的時間相加減后乘以聲波在介質中的傳 播速度可以對泄漏點進行定位。
以下仍以a基站為例予以說明，b基站完全相同。
安裝在管道首、末端的各一組動態壓力傳感器la和靜態聲波傳感器2a輸 出各接一數據釆集傳輸裝置，該數據釆集傳輸裝置3a將釆集到的壓力聲波數據 通過廣域網通信方式傳輸到中心站計算機。下面以一條長度為94.2公里成品油 管線進行試驗對實驗樣機型號進行說明。
本管道泄漏監測裝置的電路如圖2所示，安裝在管道首、末端每一端的動 態壓力傳感器la的輸出先接由三級運算放大器組成的信號處理電路,轉換成4 20mA輸出后與靜態壓力傳感器2a的4 ~ 20mA輸出各經一個250Q電阻接到數據 釆集傳輸裝置3a中數據釆集卡PCI6023E的輸入端，再經PCI總線傳給數據釆 集傳輸裝置3a中的計算機UN03072，同時GPS也接入計算機，每個基站計算機 的信號輸出經傳輸至中心站裝置4計算機的輸入，同時GPS也接入中心站裝置4 計算機，中心站裝置4計算機的輸出接顯示器和報警電路。
其中
動態壓力傳感器la采用壓電式壓力傳感器，型號Y-YD-7044A,直接測量管 道壓力的動態變化，通過適當調整，動態壓力傳感器可以盡可能地反映管道泄 漏引起的壓力變化；
靜態壓力傳感器2a釆用管道上普遍采用的3051型壓力變送器，測量靜態 絕對壓力，釆集管道內的泄漏負壓波信號；
三級運算放大器組成的信號處理電路第一級是由運算放大器AD459組成 的電荷放大器，由電容器C,與電阻H接在2、 6端之間組成反饋回路，7端接電 壓源；電阻R3連接第一級與第二級，第二級是由運算放大器LF256組成的電壓 放大器，電位器R5接在2、 6端之間組成負反饋回路，7端接電壓源，運算放大 器LF256 " + "輸入端經H接地；第三級是由運算放大器XTL115組成的電流環 電路，上一級信號經電阻Il接本級輸入2端，輸出6、 5端接功率管2N4922的 基極(B)和發射極(E),功率管的集電極接電源端，運算放大器XTL115 "-"輸入端接地，電容器C3接在輸出7、 4端。
這里d:100 pf;
10 ;
C2:0. 1 uf;
R3:10 kD ;
R4:10 kD;
R5:100 kD;
R6:20 ;
C3:0.01 uf;
數據采集裝置3a、 3b為數據釆集卡+計算機的方式。基站數據釆集裝置為 研華公司UNO 3072 +數據釆集卡PCI-6023E組合，釆樣頻率為100Hz。
在實施過程中，分以下幾步進行
1、 管道泄漏監測裝置一端的基站裝置由動態壓力傳感器la、靜態壓力變送 器2a、數據釆集傳輸裝置3a組成，另 一端的基站裝置由動態壓力傳感器lb、 靜態壓力變送器2b、數據釆集傳輸裝置3b組成；基站裝置完成動態壓力、靜態 壓力的數據釆集及初步分析，并通過通信傳輸到中心站裝置4，由中心站對收集 到的管道兩端信息進行計算分析，判斷泄漏并計算泄漏點位置。
2、 分別對動態壓力傳感器la、 lb信號釆用小波分析方法、對靜態壓力信 號釆用分段檢測均值方法進行泄漏信號判斷，如果上述兩個傳感器信號檢測判 斷結果有報警，則對相應的傳感器信號進行泄漏定位；動態壓力傳感器la、 lb 信號釆用小波分析方法定位，該方法通過上、下游數據小波變換系數的極值確 定泄漏信號傳播到上、下游的時間差，從而實現定位；壓力傳感器信號釆用相 關分析方法定位，相關分析則從兩個信號的相似性原理出發，利用相關函數的 極值獲得泄漏信號傳播到上、下游的時間差，從而進行定位；
3、 釆用投票方式對最終的泄漏檢測結果進行評價，具體過程如下首先對 每種傳感器檢測和定位結果給定一個"標志值"，當檢測結果為報警時，其標志 值為1,否則為0;對定位結果，定位結果存在并且有效時，其標志值為1，否 則為0，這樣總票數為4，只有得票率超過75%時，才認定有泄漏產生。圖3給出了本例的試驗結果，從圖中可以看出，與單一的負壓波或動態壓 力聲波泄漏監測系統相比，上述泄漏監測系統有效地排除了由于調閥、加壓、 起停泵等現場工藝操作及其他噪聲引起的誤報，系統定位誤差為ioo米左右。
本例還在實驗環道經多次試驗，能可靠、準確地判斷管道內發生的泄漏， 且泄漏監測的靈敏度高、反應速度快及定位精度高。
權利要求1. 一種管道泄漏監測裝置，其特征是由基站和中心站裝置(4)兩部分組成；基站部分包括動態壓力傳感器(1a)、靜態壓力傳感器(2a)、數據采集傳輸裝置(3a)、GPS全球定時系統；中心站裝置(4)由中心計算機和GPS組成；在管線的每個管道站點設置一個基站，中心站則對整條管線的基站進行管理；在所監測管段的首、末端基站中各安裝一套動態壓力傳感器(1a)和靜態壓力傳感器(2a)，傳感器輸出通過控制電纜接到數據采集傳輸裝置(3a)，傳感器安裝在輸油站的工藝區內，數據采集傳輸模塊安裝在站控室內；基站與中心站裝置(4)的連接方式由各輸油站之間的通信方式決定，為電話通信、衛星通信或光纖通信，基站通過合適的通信方式將有效數據傳輸給中心站計算機，由中心站裝置(4)的計算機對數據進行分析判斷處理，如有泄漏則發出聲光報警并定位；安裝在管道首、末端的基站裝置采集壓力信號，即由安裝在管道首、末端的各一組動態壓力傳感器(1a)和靜態壓力傳感器(2a)同時測量監測管段兩端的動態壓力和靜態壓力，將實時采集的動態壓力和靜態壓力數據傳給數據采集傳輸裝置(3a)，數據采集傳輸裝置(3a)將信息傳輸到中心站中心控制計算機；中心站計算機經過數據處理來判斷管道是否發生泄漏，一旦發現泄漏事件系統進行報警并定位。
2. 根據權利要求l所述的一種管道泄漏監測裝置，其特征是該裝置的電原理 是安裝在管道首、末端每一端的動態壓力傳感器(la)的輸出先接由三級運算放 大器組成的信號處理電路，后與靜態壓力傳感器(2a)的輸出各經一 500Q電位 器接到數據釆集傳輸裝置(3a) PCI6023E的I/O連接器，其中數據釆集傳輸裝 置(3a) PCI6023E內的I/O連接器經A/D轉換接PCI總線，數據釆集傳輸裝置(3a)的輸出接計算機UN03072的輸入，同時GPS也接計算機的輸入，每個基站 計算機的輸出經傳輸至中心站裝置(4)計算機的輸入，同時GPS也接中心站裝置 (4)的計算機的輸入，中心站裝置(4)計算機的輸出接顯示器和報警電路。
3. 根據權利要求1和2所述的一種管道泄漏監測裝置，其特征是所述數據釆 集裝置(3a)為數據釆集卡+計算機方式或數據釆集單元+遠程傳輸單元方式。
4. 根據權利要求1和2所述的一種管道泄漏監測裝置，其特征是所述動態壓 力傳感器(la)釆用壓電式壓力傳感器，靜態壓力傳感器(2a)釆用管道上普遍 采用的壓力變送器。
專利摘要本實用新型是一種管道泄漏監測裝置。涉及聲波的測量、測量流體壓力和管道系統技術領域。它由基站和中心站裝置(4)兩部分組成；在管線的每個站點設置一個基站，中心站則對整條管線的基站進行管理；在所監測管段的首、末端基站中各安裝一套動態壓力傳感器(1a)和靜態壓力傳感器(2a)，傳感器輸出通過控制電纜接到數據采集傳輸裝置(3a)，傳感器安裝在輸油站的工藝區內，數據采集傳輸模塊安裝在站控室內；基站與中心站裝置(4)的連接方式由各輸油站之間的通信方式決定，基站通過合適的通信方式將有效數據傳輸給中心站計算機，由中心站裝置(4)的計算機對數據進行分析判斷處理，如有泄漏則發出聲光報警并定位。
文檔編號F17D5/02GK201273457SQ20082012292
公開日2009年7月15日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者周恒彰, 敏 熊, 王洪超, 王立坤, 艾慕陽, 譚東杰 申請人:中國石油天然氣股份有限公司