水下天然氣管道接頭泄漏監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于：它包括若干水下傳感子系統和一水上監控裝置；每一水下傳感子系統包括一外部框架，外部框架上設置有若干水聽器和一電子倉；電子倉內依次連接有一信號前放板、一數據采集板、一USB數據采集卡和一第一光纖收發器；水上監控裝置包括一工控機和若干通過光纜與每一第一光纖收發器一一對應連接的第二光纖收發器，工控機具有一操作顯示界面；工控機通過其操作顯示界面顯示每一位置水聽器的報警信號和泄漏位置。本實用新型可以廣泛用于水下天然氣管道接頭泄漏領域。
【專利說明】水下天然氣管道接頭泄漏監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種泄漏監測系統，特別是關于一種水下天然氣管道接頭泄漏監測系統。
【背景技術】
[0002]隨著管道的架設，水下管道接頭泄漏檢測技術也得到不斷發展，從最簡單的人工巡視發展到較為復雜的計算機軟硬件結合方法，從陸地上檢測發展到海底檢測，甚至利用飛機在空中進行檢測。
[0003]管道的檢漏方法有多種分類，其中主要包括以下幾種方法:
[0004]1、直接觀察法:直接觀察法即是通過直接對水下管道接頭觀察來判斷是否有泄漏發生，是由潛水員或遙控潛水器(ROV, Remote-operated vehicle)進行外觀泄漏檢測。直接觀察法不容易發現非常小的泄漏點，而且檢測結果與水深等環境條件和檢測員的技術水平有較大關系。一般來說，水深在O?50m之間可用潛水員，更深的情況則使用有人駕駛的潛水艇或遙控潛水器。
[0005]2、水面監視法:位于淺海區的管道，由于水較淺，水下管道接頭中泄漏出的物質一般會在管道上部水面有所反映，所以對淺海海底管道可采用監視布設管道上面的水面的方法來檢漏。這種水面監視法簡單易行，但是，它只能對較大的泄漏有效，對小的泄漏則無能為力，并且檢測過程需要在天氣條件較好的時候進行。根據泄漏時的水流、密度等參數，估算泄漏位置。這種方法的精度較低，只能進行粗略判斷，一般難以滿足工業要求。
[0006]3、光纖傳感檢測法:光纖傳感檢測法是近年來發展的一個熱點，用光纖傳感器檢測管道和管道接頭泄漏的方法是因為管道中輸送的物質泄漏會引起周圍環境溫度的變化，因此利用分布式光纖溫度傳感器連續測量沿管道的溫度分布，當管道的溫度變化超過一定的范圍，就可以判斷發生了泄漏。此外，隨著各種分布式光纖傳感器的發展，未來可以實現利用一根或幾根光纖對天然氣管線內介質的溫度、壓力、流量、管壁應力進行分布式在線測量，這在管道監控系統中將極具應用潛力，但是這種泄漏檢測系統造價非常昂貴，且施工維護不便。
[0007]4、被動聲納監聽法:對于管道接頭處，可以使用被動聲納監聽技術，監聽水下氣泡的泄漏聲音，從而達到實時檢漏的目的，這類設備往往和機械故障診斷設備結合在一起。由于被動聲納監聽法具有易于布設，靈敏度高并且可以記錄聲音數據，從而使操作員可以二次判斷泄漏的類型等優點，成為主要的發展方向。但是，現在的被動聲納監聽法的設備在應用中，存在泄漏定位分辨率不夠高、監控數據傳輸距離不夠遠的缺點，限制了被動聲納監聽法的發展。以挪威的NAXYS公司的水下泄漏監測系統為例，它的聲學泄漏檢測器被安裝在海底管匯的中間區域，它將海底管匯的俯視圖平面分為15個區域進行監控，也就是說，它的水平角度分辨率為360/15=24度，如此粗糙的分辨率很難對海底泄漏進行有效的監控。
【發明內容】
[0008]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠對管道接頭進行及時的損傷檢測和泄漏定位的高分辨率的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統。
[0009]為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案:水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:它包括若干水下傳感子系統和一水上監控裝置；每一所述水下傳感子系統包括一外部框架，所述外部框架上設置有若干水聽器和一電子倉；所述電子倉內依次連接有一信號前放板、一數據采集板、一 USB數據采集卡和一第一光纖收發器；所述水上監控裝置包括一工控機和若干通過光纜與每一所述第一光纖收發器一一對應連接的第二光纖收發器，所述工控機具有一操作顯示界面；所述信號前放板分別連接并將各所述水聽器傳輸的模擬信號，進行放大濾除噪聲后傳送給所述數據采集板，所述數據采集板將模擬信號轉換成數字信號傳輸給所述USB數據采集卡，所述USB數據采集卡將數字信號轉化為網絡協議報文傳送給所述第一光纖收發器，所述第一光纖收發器將網絡協議報文轉換成光信號通過光纜傳輸給對應的第二光纖收發器，所述第二光纖收發器將光信號轉換成電信號傳輸給所述工控機，所述工控機通過其操作顯示界面獲取每一位置所述水聽器的報警信號和泄漏位置。
[0010]所述外部框架包括交叉焊接的兩個半圓弧，兩所述半圓弧的底部焊接一下圓環，所述下圓環上方的兩所述半圓支架上焊接一上圓環，在所述上圓環的圓心處交匯焊接有若干連接所述兩半圓弧的支桿，每一所述支桿上設置有若干所述水聽器，且所述電子倉設置在處交匯焊接的所述圓心處底部。
[0011]所述支桿的數量為五根以上。
[0012]所述USB數據采集卡采用PXI8800數據采集卡。
[0013]所述第一光纖收發器和所述第二光纖收發器采用阿爾泰PCI2600光纖收發器。
[0014]所述工控機采用研祥IPC-810B工控機。
[0015]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本實用新型由于在水下設置若干水下傳感子系統，并在每一水下傳感子系統中設置了一由兩個半圓弧、一上圓環、一下圓環和若干支桿焊接的外部框架上，在外部框架上設置若干水聽器，因此本實用新型能夠通過每一水下傳感子系統在直徑200米左右范圍內的泄漏監測，通過多個水下傳感子系統同時對整個區域進行泄漏監控。2、采用本實用新型的外部框架不但可以對泄漏進行監測，還可以對周邊的機械結構的工況進行監控。3、本實用新型通過操作界面的陣列信號處理算法，提高了監控的分辨率和精度，因此即使是較小的泄漏也能監測到，同時使水平誤差小于3°，垂直誤差小于5°，泄漏誤報率小于5%。4、本實用新型由于采用光纜進行傳輸，因此監控數據傳輸距離至少為5km，有效地保證了監測信號的保真傳輸，解決了被動聲吶泄漏定位分辨率不夠高、監控數據傳輸距離不夠遠的缺點。本實用新型可以廣泛用于水下天然氣管道接頭泄漏領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型結構示意圖
[0017]圖2是本實用新型水下傳感子系統示意圖
[0018]圖3是采用本實用新型水下噪聲空間聲場分布示意圖【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0020]如圖1所示，本實用新型包括若干水下傳感子系統I和一個水上監控裝置2。
[0021]如圖2所示，每一水下傳感子系統I包括一外部框架11，外部框架11包括交叉焊接的兩個半圓弧111，在兩半圓弧111的底部焊接一下圓環112，在下圓環112上方的半圓弧111上焊接一上圓環113，在上圓環113的圓心水平方向和垂直方向焊接有連接半圓支架111的五根支桿114，在五根支桿114上設置有若干水聽器12，水聽器12能夠對泄漏氣泡聲源進行三維識別定位，并將采集的聲音信號轉換成模擬信號進行傳輸。
[0022]如圖1、圖2所示，每一外部框架I內的各支桿114交匯點的底部設置一電子倉13，電子倉13包括一腔體131，腔體131為一邊長為0.3m左右的正方體，重約10kg，腔體131做水密處理，適用于15 00m水深。腔體131內設置有依次連接的信號前放板132、數據采集板133、USB數據采集卡134和第一光纖收發器135。上述各水聽器12分別電連接電子倉13內的信號前放板132。信號前放板132分別將各水聽器12傳輸的模擬信號放大并將噪聲濾除，將有效信號傳送給數據采集板133，數據采集板133將模擬信號轉換成數字信號傳輸給USB數據采集卡134，USB數據采集卡134將數字信號轉化為網絡協議報文傳送給第一光纖收發器135，第一光纖收發器135將網絡協議報文轉換成光信號。
[0023]如圖1所示，水上監控裝置2包括若干第二光纖收發器21和一工控機22，工控機22具有一操作顯示界面221，其中操作顯示界面221采用陣列信號處理算法。每一第二光纖收發器21分別電連接工控機22，每一第二光纖收發器21分別通過光纜3連接與其一一對應的第一光纖收發器135,并將第一光纖收發器135傳送的光信號轉換成電信號傳輸給工控機22，工控機22通過其操作顯示界面221可以顯示每一位置水聽器12發出的報警信號和泄漏位置。
[0024]上述USB數據采集卡134可以采用PXI8800數據采集卡，第一光纖收發器135和第二光纖收發器21可以采用阿爾泰PCI2600光纖收發器，工控機22可以采用研祥IPC-810B工控機。
[0025]如圖3所示，在水下噪聲空間聲場分布示意圖中，X軸表示水平周向的掃描角度，Y軸表不垂直方向的掃描角度，Z軸表不聲音的聲壓強弱，峰值可以鮮明地表達出聲音的強度，通過整個坐標軸可以判斷出泄漏聲源的角度方位。其中，X軸為0°到360°，代表水平周向相對于正北的角度位置，Y軸為-90°到+90°，代表水平面以下90°到水平面以上90°的垂直方向角度。通過讀取峰值所在的Z軸水平周向角度和垂直方向角度，可以推斷出泄漏聲源的角度位置。
[0026]上述實施例中，水下傳感子系統I的五根支桿114上均安裝了水聽器12，形成了一五臂傳感器陣列。當然支桿114的數量還是可以變化的，比如支桿的數量是五根以上，每一支桿114的一端都交匯到上圓環113的圓心，進而形成六臂、七臂……傳感陣列。
[0027]上述實施例中，水下傳感子系統I的探測區域半徑至少為200m，這樣形成的水平誤差小于3°，垂直誤差小于5°，泄漏誤報率小于5%，信號傳輸距離至少5km。本實用新型還可以對周邊的機械結構的工況進行監控，對周邊的機械結構的工況監控過程與對管道接頭監控過程相同，故不再詳述。
[0028]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護范圍之外。
【權利要求】
1.一種水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:它包括若干水下傳感子系統和一水上監控裝置； 每一所述水下傳感子系統包括一外部框架，所述外部框架上設置有若干水聽器和一電子倉；所述電子倉內依次連接有一信號前放板、一數據采集板、一 USB數據采集卡和一第一光纖收發器； 所述水上監控裝置包括一工控機和若干通過光纜與每一所述第一光纖收發器一一對應連接的第二光纖收發器，所述工控機具有一操作顯示界面； 所述信號前放板分別連接并將各所述水聽器傳輸的模擬信號，進行放大濾除噪聲后傳送給所述數據采集板，所述數據采集板將模擬信號轉換成數字信號傳輸給所述USB數據采集卡，所述USB數據采集卡將數字信號轉化為網絡協議報文傳送給所述第一光纖收發器，所述第一光纖收發器將網絡協議報文轉換成光信號通過光纜傳輸給對應的第二光纖收發器，所述第二光纖收發器將光信號轉換成電信號傳輸給所述工控機，所述工控機通過其操作顯示界面獲取每一位置所述水聽器的報警信號和泄漏位置。
2.如權利要求1所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述外部框架包括交叉焊接的兩個半圓弧，兩所述半圓弧的底部焊接一下圓環，所述下圓環上方的兩所述半圓支架上焊接一上圓環，在所述上圓環的圓心處交匯焊接有若干連接所述兩半圓弧的支桿，每一所述支桿上設置有若干所述水聽器，且所述電子倉設置在處交匯焊接的所述圓心處底部。
3.如權利要求2所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述支桿的數量為五根以上。
4.如權利要求1或2或3所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述USB數據采集卡采用PXI8800數據采集卡。
5.如權利要求1或2或3所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述第一光纖收發器和所述第二光纖收發器采用阿爾泰PCI2600光纖收發器。
6.如權利要求4所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述第一光纖收發器和所述第二光纖收發器采用阿爾泰PCI2600光纖收發器。
7.如權利要求1或2或3或6所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述工控機采用研祥IPC-810B工控機。
8.如權利要求4所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述工控機采用研祥IPC-810B工控機。
9.如權利要求5所述的水下天然氣管道接頭泄漏監測系統，其特征在于:所述工控機采用研祥IPC-810B工控機。
【文檔編號】F17D5/02GK203743866SQ201420078578
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】曹靜, 周巍偉, 唐潔, 沙勇, 李麗瑋, 盧健, 謝彬, 李新仲, 張健, 于學文 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 北京寰宇聲望智能科技有限公司