本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測管道是否正常工作，有無發(fā)生泄漏或堵塞故障。

背景技術(shù)：

管道運輸與航空、公路、鐵路、水運并稱五大運輸手段。管道運輸具有封閉性好、自動化程度高、安全性能好等特點，成為油、氣、水運輸?shù)淖罴演d體，在石油天然氣、化工、民生領(lǐng)域當(dāng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

由于儲運的介質(zhì)多是原油、液化氣等危險性高的流體，一旦管道發(fā)生漏油漏氣等事故，泄漏的油氣極易導(dǎo)致重大的安全事故，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，泄漏的油品還對水源、土壤造成污染，嚴(yán)重影響公眾健康和生態(tài)環(huán)境。即使輸送的是城市用水，城市用水管道破壞，還可能造成因漏水而造成的地基塌陷。因此，管道泄漏檢測技術(shù)有助于在發(fā)生事故時及時發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確估計事故位置，對管道運輸?shù)陌踩a(chǎn)起到重要的保障作用，加強(qiáng)對管道泄漏檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實意義。

管道的泄漏檢測和定位方法大致分成四類：第一類是基于人工巡檢法，這類方法具有定位精度高和較低誤報率的特點，但不能及時發(fā)現(xiàn)泄漏，檢測只能間斷的進(jìn)行；第二類是基于超聲、磁通、攝像、渦流、攝像等技術(shù)的管內(nèi)檢漏法，這類方法定位精度高且誤報率低，但無法實現(xiàn)在線檢測，由于探測球在管內(nèi)隨介質(zhì)漂流，只適用于較大口徑的管道，容易發(fā)生堵塞、停運等事故，并且探測球價格昂貴，運行成本較高；第二類是通過直接檢測泄漏物質(zhì)存在實現(xiàn)泄漏檢測和定位的管外檢測法，主要包括分布式光纖、電纜、特殊線纜等，這類方法非常靈敏，對于小泄漏和緩泄均有較好的效果，但價格和施工費都較高，一處斷裂將導(dǎo)致整個監(jiān)測系統(tǒng)失效；第四類是基于管道壓力、流量和溫度等運行參數(shù)的外部檢漏法，它能實現(xiàn)在線檢測，且施工和維護(hù)都較為方便，是目前管道泄漏檢測和定位研究的主攻方向之一。這類方法主要包括基于負(fù)壓波的方法、基于管內(nèi)聲波的方法、基于瞬變流的方法和基于模型的方法等。這類方法中，由于負(fù)壓波法無需復(fù)雜的管道建模，對于大于1.5％總流量的突發(fā)性泄漏，可準(zhǔn)確識別泄漏并精準(zhǔn)定位；由于管內(nèi)介質(zhì)是流動的，流動介質(zhì)對聲波傳播具有衰減效果，但在單相流和多相流工況下，其定量研宄復(fù)雜。同時，如流體的粘性和溫度是緩慢改變的，在具有慢變參數(shù)的系統(tǒng)中，聲波傳播和衰減規(guī)律還不十分清楚。在實際應(yīng)用中的問題，如管路中連續(xù)或者間歇性氣泡群對聲波傳播的影響以及大幅值聲波傳播的非線性特征還不十分清楚，以上這些問題均會對聲波信號的傳播造成影響，從而不能有效識別泄漏孔的存在。微小泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波在長距離傳輸后衰減嚴(yán)重，壓力變送器對其不敏感，對于微小泄漏該方法效果不明顯，經(jīng)常出現(xiàn)漏報。綜上，現(xiàn)有檢測輸油管道漏失定量和定位的裝置存在使用成本高，且耗時，易受周圍環(huán)境影響的問題，因此需要一種新的管道狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述發(fā)明目的：提供一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，對管道狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、傳輸和分析顯示，得到較為精確的管道運行圖。

本發(fā)明技術(shù)方案：一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括管道狀態(tài)監(jiān)測裝置、信號采集模塊、信號傳輸模塊、電源模塊和數(shù)據(jù)分析顯示模塊。所述管道狀態(tài)監(jiān)測裝置為一段內(nèi)壁集成壓力、溫度和流量傳感器的特制結(jié)構(gòu)，串聯(lián)在管道的連接處，用于采集管道內(nèi)輸送流體對監(jiān)測裝置處管壁的壓力、流體的溫度和流量變化；所述信號采集模塊包括放大電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和信號標(biāo)識模塊；用于將檢測到的電信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，成為經(jīng)過標(biāo)識，能方便遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；所述信號傳輸模塊，包括電纜、光纖和移動網(wǎng)絡(luò)中的一種或幾種，用于將采集到的信號傳送到監(jiān)測站的數(shù)據(jù)分析顯示模塊；所述電源模塊包括電池、太陽能、風(fēng)能和電纜供電裝置的一種或幾種，用于給管道狀態(tài)監(jiān)測裝置、信號采集模塊和信號傳輸模塊供電；所述數(shù)據(jù)分析顯示模塊，包括計算機(jī)的硬件和分析顯示軟件；用于將監(jiān)測結(jié)點上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析對比處理，判斷管道的運行情況，并將結(jié)果顯示在監(jiān)測界面上。

上述的一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器包括壓力傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器二者的組合、壓力傳感器和流量傳感器二者的組合、壓力傳感器和溫度傳感器和流量傳感器三者的組合中的一種。

上述的一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述管道狀態(tài)監(jiān)測裝置，在周向上設(shè)置的2個及以上壓力傳感器，以監(jiān)測不同周向位置的流體壓力，得到更為精確的監(jiān)測結(jié)果。

上述的一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述信號標(biāo)識模塊，采用序號、頻率、mac地址來標(biāo)識該節(jié)點。

上述的一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)測系統(tǒng)的布置間距為50米至5千米，節(jié)點布置在管道連接處。

上述一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)分析顯示模塊對采集的信號進(jìn)行實時處理，其判斷管道是否堵塞或泄漏的過程包括以下步驟：

設(shè)s1、s2、……si-1、si、si+1、……sn-1、sn為在管道上布置的各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置；設(shè)p1、p2、……pi-1、pi、pi+1、……pn-1、pn為各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置上的壓力傳感器，同時亦用p1、p2、……pi-1、pi、pi+1、……pn-1、pn表示各個壓力傳感器的示數(shù)；設(shè)t1、t2、……ti-1、ti、ti+1、……tn-1、tn為各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置上的溫度傳感器，同時亦用t1、t2、……ti-1、ti、ti+1、……tn-1、tn表示各個溫度傳感器的示數(shù)；設(shè)f1、f2、……fi-1、fi、fi+1、……fn-1、fn為各管道狀態(tài)監(jiān)測裝置上的流量傳感器，同時亦用f1、f2、……fi-1、fi、fi+1、……fn-1、fn表示各個流量傳感器的示數(shù)；

步驟1：將各個監(jiān)測裝置得到的信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換并標(biāo)識后的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)各個節(jié)點所監(jiān)測到的壓力、溫度和流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算；

步驟2-1：假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生發(fā)生堵塞，那么則p1至pi示數(shù)增加，pi+1至pn示數(shù)減少，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了堵塞；

步驟2-2：假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生泄露，那么則p1至pi示數(shù)逐漸減少，pi+1至pn示數(shù)逐漸減少，數(shù)據(jù)曲線在si至si+1段發(fā)生轉(zhuǎn)折，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了泄漏；

步驟2-3：假設(shè)ti與ti-1溫差大于正常的管道溫降，由此可以判斷si至si+1段需要檢查絕熱保溫措施是否失效了；

步驟2-4：在壓力變化的基礎(chǔ)上，結(jié)合流量f1至fn的變化，進(jìn)一步分析和確定故障發(fā)生的位置；假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生泄露，那么則f1至fi示數(shù)逐漸增加，fi+1至fn示數(shù)逐漸減少，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了泄漏；

步驟2-5：假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生堵塞，那么則f1至fi示數(shù)逐漸減少，fi+1至fn示數(shù)逐漸減少，數(shù)據(jù)曲線在si至si+1段發(fā)生轉(zhuǎn)折，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了堵塞；

步驟3-1：若監(jiān)測裝置布置的較密集，可直接根據(jù)步驟2監(jiān)測到壓力變化得到的故障發(fā)生的具體區(qū)間；

步驟3-2：若某些節(jié)點監(jiān)測裝置布置的較稀疏，根據(jù)步驟2監(jiān)測到壓力變化的時間差，利用負(fù)壓波法可以進(jìn)一步分析出故障在兩節(jié)點之間的具體位置。

有益效果：

本發(fā)明分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)由多套管道狀態(tài)監(jiān)測裝置、多套信號采集與傳輸模塊和信息分析處理模塊組成。它串聯(lián)在長距離管線上，通過傳感器采集數(shù)據(jù)，并上傳數(shù)據(jù)到信息分析和處理模塊，實現(xiàn)實時檢測管線狀態(tài)，提高監(jiān)測精度和可靠性。管道狀態(tài)監(jiān)測裝置集成多個傳感器，在監(jiān)測活動中可以發(fā)揮各傳感器的優(yōu)勢，可在一個監(jiān)測裝置部位得到流體的多個數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測精度。使用電路、光纖和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高監(jiān)測效率。采用分布式監(jiān)測系統(tǒng)，可以提高故障定位精度。由程序處理分析數(shù)據(jù)，可以對監(jiān)測目標(biāo)進(jìn)行分析，判斷管道是否正常工作，有無發(fā)生泄漏和堵塞等故障，大大提高管道運營維護(hù)的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利的一種分布式管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)集成示意圖。

圖2是監(jiān)測系統(tǒng)在管道中的布置圖。

圖3是實施例的監(jiān)測裝置在管道中的簡化布置圖(數(shù)據(jù)分析說明用)。

圖4是管道監(jiān)測系統(tǒng)在管道間的應(yīng)用實例。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實施例一

本實施例應(yīng)用于輸送普通粘度液體的管道，如輕油管道和供水管道，本實施例監(jiān)測的管長為20公里，監(jiān)測布置的節(jié)點安裝在原管道連接處。本實施例一套管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括：至少n套以上管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11、至少n套信號采集模塊12、至少n套信號傳輸模塊13、至少n套電源模塊14和2套數(shù)據(jù)分析顯示模塊15，監(jiān)測系統(tǒng)的布置間距為500米，數(shù)據(jù)分析顯示模塊在兩個管道兩端的泵站。所述管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11為一段集成壓力傳感器1121的特制結(jié)構(gòu)，串聯(lián)在管道9的連接處，用于采集管道內(nèi)液體對監(jiān)測點管壁的壓力；所述壓力傳感器為壓電材料制成的傳感器，可以很靈敏的檢測流體對管壁的作用力的變化；信號采集模塊12包括放大電路121、濾波電路122、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路123和信號標(biāo)識模塊124；放大電路121為電荷放大電路，將壓電傳感器受力產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，成為經(jīng)過標(biāo)識，能方便遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；信號傳輸模塊13采用電纜131傳輸信號，用于將采集到的信號傳送到監(jiān)測站的數(shù)據(jù)分析顯示模塊15；信號采集模塊12和信號傳輸模塊13使用電池142供電；數(shù)據(jù)分析顯示模塊15設(shè)置在有人值守的泵站，包括計算機(jī)硬件和分析顯示軟件；用于將監(jiān)測結(jié)點上傳的進(jìn)行綜合分析對比處理，判斷管道的運行情況，并將結(jié)果顯示在監(jiān)測界面上，如果出現(xiàn)故障，通過聲音的形式警告值守人員，同時在監(jiān)測界面上，顯示故障發(fā)生的位置。

本實施例中監(jiān)測裝置11的典型結(jié)構(gòu)見圖4，監(jiān)測裝置11通過法蘭結(jié)構(gòu)連接需監(jiān)測的管道9，管道中的液體從11中間流過。監(jiān)測裝置的管壁上埋入了傳感器112，并在傳感器表面涂布上防護(hù)層。傳感器112包括壓力傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器二者的組合、壓力傳感器和流量傳感器二者的組合、壓力傳感器和溫度傳感器和流量傳感器三者的組合中的一種。

本實施例的分析顯示模塊對采集的信號進(jìn)行實時處理，其判斷管道是否發(fā)生泄漏的過程包括以下步驟：

圖3中s1、s2、……si-1、si、si+1、……sn-1、sn為在管道上布置的各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置；設(shè)p1、p2、……pi-1、pi、pi+1、……pn-1、pn為各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置上的壓力傳感器，同時亦用p1、p2、……pi-1、pi、pi+1、……pn-1、pn表示各個壓力傳感器的示數(shù)；

步驟1：將各個監(jiān)測機(jī)構(gòu)得到的信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換并標(biāo)識后的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)各個節(jié)點所監(jiān)測到的壓力、溫度和流量進(jìn)行分析計算；

步驟2：假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生泄露，那么則p1至pi示數(shù)逐漸減少，pi+1至pn示數(shù)逐漸減少，數(shù)據(jù)曲線在si至si+1段發(fā)生轉(zhuǎn)折，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了泄漏；

步驟3：若監(jiān)測裝置布置的較密集，可直接根據(jù)步驟2監(jiān)測到壓力變化得到的故障發(fā)生的具體區(qū)間，然后在監(jiān)測系統(tǒng)顯示。

實施例二

實施例二應(yīng)用于需要加熱以提高液體流動性的管道，如原油輸送管道。本實施例監(jiān)測的管長為10公里，監(jiān)測布置的節(jié)點安裝在原管道連接處，如原波紋管連接處。本實施例一套管道狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括：至少n套以上管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11、至少n套信號采集模塊12、至少n套信號傳輸模塊13、至少n套電源模塊14和至少1套數(shù)據(jù)分析顯示模塊15，監(jiān)測系統(tǒng)的布置間距為2公里，這主要是依據(jù)該地段發(fā)生故障的進(jìn)行設(shè)置的可能性和實施維護(hù)的必要性。所述管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11為一段集成壓力傳感器1121和流量傳感器1122的特制結(jié)構(gòu)，串聯(lián)在管道9的連接處，用于采集管道內(nèi)液體對監(jiān)測點管壁的壓力和溫度的變化、流經(jīng)的液體流量的變化；所述壓力傳感器為電容型壓力傳感器，所述溫度傳感器為熱電偶式溫度傳感器，所述流量傳感器為渦輪式流量傳感器。信號采集模塊12包括放大電路121、濾波電路122、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路123和信號標(biāo)識模塊124；放大電路121為電荷放大電路，將壓電傳感器受力產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換，成為經(jīng)過標(biāo)識，能方便遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；信號傳輸模塊13采用無線網(wǎng)絡(luò)133，用于將采集到的信號傳送到監(jiān)測站的數(shù)據(jù)分析顯示模塊15；信號采集模塊12和信號傳輸模塊13使用電池142供電；數(shù)據(jù)分析顯示模塊15設(shè)置在有人值守的泵站，包括計算機(jī)的硬件和分析顯示軟件；用于將監(jiān)測結(jié)點上傳的進(jìn)行綜合分析對比處理，判斷管道的運行情況，并將結(jié)果顯示在監(jiān)測界面上，如果出現(xiàn)故障，通過聲音的形式警告值守人員，同時在監(jiān)測界面上，顯示故障發(fā)生的位置。

本實施例的分析顯示模塊對采集的信號進(jìn)行實時處理，其判斷管道是否堵塞的過程，包括以下步驟：

設(shè)s1、s2、……si-1、si、si+1、……sn-1、sn為在管道上布置的各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置；設(shè)p1、p2、……pi-1、pi、pi+1、……pn-1、pn為各個管道狀態(tài)監(jiān)測裝置上的壓力傳感器，同時亦用p1、p2、……pi-1、pi、pi+1、……pn-1、pn表示各個壓力傳感器的示數(shù)；設(shè)f1、f2、……fi-1、fi、fi+1、……fn-1、fn為各管道狀態(tài)監(jiān)測裝置上的流量傳感器，同時亦用f1、f2、……fi-1、fi、fi+1、……fn-1、fn表示各個流量傳感器的示數(shù)；

步驟1：將各個監(jiān)測機(jī)構(gòu)得到的信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換并標(biāo)識后的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)各個節(jié)點所監(jiān)測到的壓力、溫度和流量進(jìn)行分析計算；

步驟2-1：假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生發(fā)生堵塞，那么則p1至pi示數(shù)增加，pi+1段至pn示數(shù)減少，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了堵塞；

步驟2-2：假設(shè)管道在si至si+1段發(fā)生堵塞，那么則f1至fi示數(shù)逐漸減少，fi+1至fn示數(shù)逐漸減少，數(shù)據(jù)曲線在si至si+1段發(fā)生轉(zhuǎn)折，因此，判斷是在si至si+1段發(fā)生了堵塞；

步驟3：若某些節(jié)點監(jiān)測裝置布置的較稀疏，根據(jù)步驟2監(jiān)測到壓力變化的時間差，利用負(fù)壓波法可以進(jìn)一步分析出故障在兩節(jié)點之間的具體位置。

一種典型的管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11見圖4。管道9使用帶法蘭結(jié)構(gòu)的管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11串聯(lián)在一起。傳感器112包括壓力傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器二者的組合、壓力傳感器和流量傳感器二者的組合、壓力傳感器和溫度傳感器和流量傳感器三者的組合中的一種，傳感器112集成在管道111的內(nèi)壁。信號采集裝置12和信號傳輸裝置13布置在管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11的附近，電源模塊14負(fù)責(zé)給管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11、信號采集裝置12和信號傳輸裝置13供電。管道狀態(tài)監(jiān)測裝置11產(chǎn)生的信號經(jīng)過信號采集裝置12和信號傳輸裝置13，傳給監(jiān)測端的信息分析模塊15。

所述實施例只是上述技術(shù)方案的組合之一，實際運用過程中，不同的傳感器組合和數(shù)量、不同的電源模塊、不同信號傳輸系統(tǒng)和不同的信號顯示方式等不同的組合，均在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。