專利名稱：利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管道泄漏檢測技術(shù)，尤其涉及一種利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測 的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
石油天然氣輸送管道由連接加壓站、分輸站、加熱站的管道組成，在兩個加壓站中 間的管道距離從20 100千米不等，由于管道大部分地處野外，無法提供安裝位置、電源和 通訊設(shè)備，因此，對管道泄漏檢測系統(tǒng)要求有效檢測距離在20千米以上。現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用于管道泄漏檢測技術(shù)主要是負(fù)壓波法檢測，其原理是當(dāng)管道 發(fā)生泄漏時，泄漏點的流體迅速流失，壓力下降，導(dǎo)致管道內(nèi)外存在壓力差，進(jìn)而產(chǎn)生泄漏 點兩側(cè)位置的流體向泄漏點位置不斷補充的過程，該 過程依次向上游的輸送首站以及下游 的輸送末站傳遞，相當(dāng)于在泄漏點位置產(chǎn)生了以一定速度傳播的負(fù)壓力波。根據(jù)負(fù)壓力波 傳播到輸送首站的時間tl與傳播到輸送末站的時間t2的時間差，以及管道內(nèi)負(fù)壓力波的 傳播速度計算出泄漏點的位置。此技術(shù)的重要特點是需要產(chǎn)生壓力下降，壓力下降產(chǎn)生 的波動是否能夠有效檢測也很大程度取決于所采用的儀表精度。如在IMpa工況壓力下， l/4inch孔徑產(chǎn)生的泄漏在經(jīng)過20千米油管道衰減后產(chǎn)生的壓降約為0. OOlMpa, 一般一個 滿量程為IMpa的壓力表，很難有效檢測到如此小的壓降，雖然有分辨率更高的壓力表，但 不符合大的壓降的檢測量程要求。上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點難以適應(yīng)不同環(huán)境下的管道泄漏檢測要求，對于泄漏產(chǎn)生的壓力波這種突發(fā)性的 檢測很難滿足現(xiàn)場的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足各種不同泄漏情況、不同工況條件下的利用次 聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，在需檢測的管道上設(shè)置上游檢測 點和下游檢測點，在所述上游檢測點和下游檢測點處分別安裝至少一個次聲波傳感器，所 述的次聲波傳感器采集到的由于管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號輸入到信號采集分析系統(tǒng)；所述信號采集分析系統(tǒng)根據(jù)所述次聲波信號到達(dá)上游檢測點和下游檢測點的時 間差乘以聲波在流體內(nèi)傳播速度來確定泄漏發(fā)生的位置，并通過通訊模塊與外部交互信 肩、ο由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏 檢測的系統(tǒng)，由于在需檢測的管道的上游檢測點和下游檢測點處分別安裝至少一個次聲波 傳感器，次聲波傳感器采集到的由于管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號輸入到信號采集分析系 統(tǒng)；信號采集分析系統(tǒng)根據(jù)所述次聲波信號到達(dá)上游檢測點和下游檢測點的時間差乘以聲波在流體內(nèi)傳播速度來確定泄漏發(fā)生的位置，并通過通訊模塊與外部交互信息。能夠滿足 各種不同泄漏情況、不同工況條件下的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖；
圖2為本發(fā)明的現(xiàn)場安裝示意圖；圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖；圖4為本發(fā)明在現(xiàn)場實測的一個泄漏次聲波示意圖；圖5為本發(fā)明在現(xiàn)場實測的又一個泄漏次聲示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其較佳的具體實施方式
是在需檢測的管道上設(shè)置上游檢測點和下游檢測點，在所述上游檢測點和下游檢測 點處分別安裝至少一個次聲波傳感器，所述的次聲波傳感器采集到的由于管道泄漏產(chǎn)生的 次聲波信號輸入到信號采集分析系統(tǒng)；所述信號采集分析系統(tǒng)根據(jù)所述次聲波信號到達(dá)上游檢測點和下游檢測點的時 間差乘以聲波在流體內(nèi)傳播速度來確定泄漏發(fā)生的位置，并通過通訊模塊與外部交互信 肩、ο所述的次聲波傳感器的頻響范圍為0. OlHz 20Hz。所述次聲波傳感器通過前置濾波放大器與所述信號采集分析系統(tǒng)連接；所述前置濾波放大器對收到的次聲波傳感器進(jìn)行信號識別，從中濾除因工況變化 和外界環(huán)境變化所引發(fā)的干擾信號，并進(jìn)行放大。所述上游檢測點和下游檢測點分別裝有兩個次聲波傳感器；所述信號采集分析系統(tǒng)利用兩個次聲波傳感器同時收到工況改變時的大信號時 能夠通過反向相加的方式去除因為工況改變而導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常的問題。所述兩個次聲波傳感器之間的間距為40-100米。所述信號采集分析系統(tǒng)在信號識別算法中采用專家數(shù)據(jù)庫、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和 小波變換的信號處理方式對信號進(jìn)行綜合的分析和判斷。所述通訊模塊采用GPRS和CDMA的兩種通訊模塊與外部通訊。所述通訊模塊包括冗余設(shè)計，所述冗余設(shè)計包括光纜通訊和/或以太網(wǎng)通訊。系統(tǒng)還包括GPS的高精度授時，用于解決所述上游檢測點和下游檢測點的時間同 步問題。所述GPS的授時精度在Ins以下，系統(tǒng)每間隔一小時進(jìn)行一次GPS的授時校準(zhǔn)。系統(tǒng)還包括太陽能加蓄電池供電系統(tǒng)，用于為現(xiàn)場檢測設(shè)備供電。本發(fā)明能夠滿足各種不同泄漏情況，不同工況條件下的管道泄漏檢測系統(tǒng)。本系 統(tǒng)是基于次聲波的管道泄漏檢測技術(shù)，其原理是管道在發(fā)生泄漏時由于壓力波動會產(chǎn)生 頻率很低的聲波，根據(jù)管道的工況條件和泄漏孔徑的大小，產(chǎn)生的次聲波頻率也不盡相同， 最低頻率可低到0. 05Hz，高頻能達(dá)到4Hz左右。本發(fā)明采用的次聲波傳感器是超低頻高靈 敏度次聲波傳感器，其靈敏度可達(dá)到_195dB，頻響范圍為0. OlHz 20Hz。采用這種針對管 道泄漏檢測的次聲波傳感器能夠符合各種工況條件下不同孔徑的泄漏檢測的要求。次聲波傳感器將所檢測到的次聲波信號轉(zhuǎn)化為電信號輸出，通過AD采集后進(jìn)行必要的信號識別， 從中濾除因工況變化和外界環(huán)境變化所引發(fā)的干擾信號。根據(jù)次聲波信號到達(dá)上下游的時 間差乘以聲波在流體內(nèi)傳播速度來確定泄漏發(fā)生的位置。為了在不降低傳感器靈敏度的基礎(chǔ)上達(dá)到較寬的頻率響應(yīng)范圍以滿足各種應(yīng)用 條件下的要求，可以在傳感器的后端連接一個前置匹配放大電路，此前置匹配放大電路的 輸入阻抗值為1000M歐姆。經(jīng)過前置放大電路后的次聲波信號經(jīng)過系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化 成數(shù)字信號存儲到DSP的內(nèi)存中。DSP對接收到的信號進(jìn)行信號處理和判斷，最終將處理和 判斷的結(jié)果通過通訊模塊上傳到主控制室。系統(tǒng)為了達(dá)到很高的報警準(zhǔn)確率和較高的定位精度，在信 號識別算法中可以采用 專家數(shù)據(jù)庫、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和小波變換等信號處理方式對信號進(jìn)行綜合的分析和判 斷。采用專家數(shù)據(jù)庫可使得系統(tǒng)具有很好的自學(xué)習(xí)功能。在實際應(yīng)用中可以根據(jù)現(xiàn)場收集 到的具體信號，在人為干預(yù)的情況下進(jìn)行訓(xùn)練，提高系統(tǒng)對干擾信號的識別能力。利用小波變換主要是為了突出波形銳度問題。因為次聲波信號由于頻率較低，波 長較長，上下游收到的次聲波信號進(jìn)行時間差定位計算時需要找到相同的點進(jìn)行計算。通 過小波變換把最大值點進(jìn)行銳化。從而根據(jù)同一質(zhì)點(最大值點)到達(dá)上下游檢測設(shè)備的 時間差進(jìn)行定位計算。為了更好實現(xiàn)本發(fā)明在現(xiàn)場的實際應(yīng)用，最好還要包含以下內(nèi)容在上、下游端安裝檢測設(shè)備時，每一端在安裝次聲波傳感器時最好安裝兩個次聲 波傳感器，其目的是利用兩個次聲波傳感器同時收到工況改變時的大信號時能夠通過反向 相加的方式有效地去除因為工況改變而系統(tǒng)工作不正常的情況。通訊模塊的冗余設(shè)計由于通訊在現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，又要求在泄漏發(fā)生 時系統(tǒng)能夠及時發(fā)出報警提示，因此需要通訊故障率盡可能小，網(wǎng)絡(luò)時延盡可能短，因此， 在本發(fā)明里采用了 GPRS和CDMA的兩種通訊模塊的綜合使用，系統(tǒng)還可以根據(jù)現(xiàn)場的實際 情況改用更為可靠的通訊方案，如采用光纜通訊或是以太網(wǎng)通訊。GPS的高精度授時系統(tǒng)采用GPS授時是為了解決上下游檢測設(shè)備的時間同步問 題，GPS的授時精度可達(dá)到Ins以下，系統(tǒng)每間隔一小時進(jìn)行一次GPS的授時校準(zhǔn)。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點能夠表述得更加清晰，以下以具體實例并參 照附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1、圖2、圖3所示，在管道1的首站安裝兩個次聲波傳感器2，傳感器2要求 與管道1垂直安放并與管道內(nèi)流體充分接觸，兩個傳感器通過閥門3和連接法蘭4安裝在 管道1內(nèi)，間隔40米左右。傳感器接收到的信號通過前置的信號濾波放大器處理后輸出由 A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化并存儲到DSP(TMS320DSP28335)芯片的內(nèi)存中。由于工況調(diào)整 時有可能會產(chǎn)生較強的、類似于管道泄漏時產(chǎn)生的次聲波信號，兩個傳感器將順序收到的 信號進(jìn)行反向疊加，再經(jīng)過A/D采集，可有效去除因工況調(diào)整對系統(tǒng)信號獲取的影響。在管 道的任何一處發(fā)生泄漏時，會產(chǎn)生包含多種頻率成份的聲波信號，在經(jīng)過長距離的衰減后， 頻率較高的部分都將衰減到無法檢測，只有頻率在0. 05Hz 2Hz的部分聲波能夠隨著流體 傳播到很遠(yuǎn)的距離，安裝在上下游的各兩個傳感器按照接收的信號的先后順序可判斷是工 況噪聲還是泄漏信號，通過時間差與聲速的乘積算出泄漏發(fā)生的具體位置。聲學(xué)的基礎(chǔ)理論表明，聲速與傳播傳質(zhì)的密度成反比。對一段輸油氣管道而言，管道內(nèi)的流體密度并非是均勻的，如果在進(jìn)行定位計算時采用固定聲速將產(chǎn)生較大的定位誤 差，因此，在進(jìn)行計算時采用的是，先利用固定聲速確定大致泄漏發(fā)生的地點，確定好泄漏 點的壓強，利用聲速與壓強的對應(yīng)關(guān)系曲線對定位位置進(jìn)行必要的修正，以達(dá)到100米以 內(nèi)的定位誤差要求。系統(tǒng)采用的專家數(shù)據(jù)庫和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬識別算法能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的管 道運行工況和管道外部環(huán)境干擾。在一個新安裝的系統(tǒng)中，很難在短時間內(nèi)提供完事的專 家數(shù)據(jù)庫所需要的樣本素材，因此在系統(tǒng)在安裝后需要借鑒類似現(xiàn)場所獲得的樣本素材進(jìn) 行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與識別。在系統(tǒng)運行過程中，特別是剛投運的開始階段，需要與現(xiàn)場的具 體情況進(jìn)行相結(jié)合，剔除誤報警，對于頻發(fā)的誤報警類型在人為干預(yù)的情況下加入到專家 數(shù)據(jù)庫中，從而將之完全排除掉，提高系統(tǒng)報警的準(zhǔn)確性和可靠性。系統(tǒng)的將識別后認(rèn)為是泄漏信號的數(shù)據(jù)通過無線通訊模塊(GPRS和CDMA模塊) 上傳到主控計算機上。在通訊時，系統(tǒng)將首先選用其中的一種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接上傳，若在規(guī)定 的時間內(nèi)無法得到主控計算機的應(yīng)答信號則認(rèn)為此網(wǎng)絡(luò)通訊不暢，繼而選用另一個通訊網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行通訊。系統(tǒng)采用太陽能加蓄電池的方式為現(xiàn)場檢測設(shè)備供電，對現(xiàn)場的安裝條件降到最 低，也提高了系統(tǒng)在現(xiàn)場的安全性。如圖4、圖5所示，為本發(fā)明在現(xiàn)場實測的兩個泄漏次聲示意圖。本發(fā)明根據(jù)檢測管道泄漏時發(fā)出的次聲波來實現(xiàn)管道的泄漏檢測。系統(tǒng)包括順序 相連的次聲波傳感器、信號采集分析系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。次聲波傳感器安裝在管道 的內(nèi)部實時檢測管道內(nèi)的次聲波信號，通過信號采集分析系統(tǒng)采集次聲波信號并進(jìn)行在線 的分析計算，將判斷分析的結(jié)果通過通訊系統(tǒng)上傳到主控室，在主控室對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次判 別并最終在終端上輸出報警結(jié)果。本發(fā)明主要的創(chuàng)新點是管道在發(fā)生泄漏時會產(chǎn)生包含各種頻率的聲波，利用次聲波能夠傳播到很遠(yuǎn)的距 離的技術(shù)特點，可實現(xiàn)利用次聲波傳感器檢測泄漏次聲波信號，從而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)有效檢 測距離在20千米以上；在傳感器的安裝上，采用雙探頭的方式。通過兩個傳感器接收到的 信號進(jìn)行反向疊加，從而達(dá)到去除噪聲的目的；信號的智能識別模式，不需要進(jìn)行人為干預(yù) 即可得到準(zhǔn)確的報警結(jié)果。系統(tǒng)應(yīng)用了包括模板匹配、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊識別和小波分析算法 等，能夠應(yīng)用于各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境；系統(tǒng)的冗余設(shè)計減少系統(tǒng)故障發(fā)生的可能?，F(xiàn)場設(shè)備 采用備份設(shè)計，即使某一部分發(fā)生故障也能夠保證系統(tǒng)的正常運行；采用GPS授時提高了 系統(tǒng)的定位精度。GPS的授時精度可在IOns以下，一般一段長度不超過20千米的管道可實 現(xiàn)系統(tǒng)定位精度誤差在100米以下；采取動態(tài)聲速的計算方法，修正定位位置。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，在需檢測的管道上設(shè)置上游檢測點和下游檢測點，在所述上游檢測點和下游檢測點處分別安裝至少一個次聲波傳感器，所述的次聲波傳感器采集到的由于管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號輸入到信號采集分析系統(tǒng)；所述信號采集分析系統(tǒng)根據(jù)所述次聲波信號到達(dá)上游檢測點和下游檢測點的時間差乘以聲波在流體內(nèi)傳播速度來確定泄漏發(fā)生的位置，并通過通訊模塊與外部交互信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述的 次聲波傳感器的頻響范圍為0. 01Hz 20Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述次 聲波傳感器通過前置濾波放大器與所述信號采集分析系統(tǒng)連接；所述前置濾波放大器對收到的次聲波傳感器進(jìn)行信號識別，從中濾除因工況變化和外 界環(huán)境變化所弓I發(fā)的干擾信號，并進(jìn)行放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所 述上游檢測點和下游檢測點分別裝有兩個次聲波傳感器；所述信號采集分析系統(tǒng)利用兩個次聲波傳感器同時收到工況改變時的大信號時能夠 通過反向相加的方式去除因為工況改變而導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常的問題。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述兩 個次聲波傳感器之間的間距為40-100米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述信 號采集分析系統(tǒng)在信號識別算法中采用專家數(shù)據(jù)庫、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和小波變換的信號 處理方式對信號進(jìn)行綜合的分析和判斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述通 訊模塊采用GPRS和CDMA的兩種通訊模塊與外部通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，所述通 訊模塊包括冗余設(shè)計，所述冗余設(shè)計包括光纜通訊和/或以太網(wǎng)通訊。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還 包括GPS的高精度授時，用于解決所述上游檢測點和下游檢測點的時間同步問題，所述GPS 的授時精度在Ins以下，系統(tǒng)每間隔一小時進(jìn)行一次GPS的授時校準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還 包括太陽能加蓄電池供電系統(tǒng)，用于為現(xiàn)場檢測設(shè)備供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)，在需檢測的管道的上游檢測點和下游檢測點處分別安裝兩個次聲波傳感器，次聲波傳感器采集到的由于管道泄漏產(chǎn)生的次聲波信號輸入到信號采集分析系統(tǒng)；信號采集分析系統(tǒng)根據(jù)所述次聲波信號到達(dá)上游檢測點和下游檢測點的時間差乘以聲波在流體內(nèi)傳播速度來確定泄漏發(fā)生的位置，并通過GPRS和CDMA的兩種通訊模塊及光纜通訊或以太網(wǎng)通訊等與外部交互信息。系統(tǒng)還采用GPS授時解決上下游檢測設(shè)備的時間同步問題。能夠滿足各種不同泄漏情況、不同工況條件下的利用次聲波實現(xiàn)管道泄漏檢測的系統(tǒng)。
文檔編號F17D5/06GK101832472SQ20101019854
公開日2010年9月15日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者于殿強, 孫旭, 孫清源, 尹振興, 張健, 楊文新, 楊霄峰, 狄彥, 賈宗賢, 鄒潤 申請人:中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司