CN101240875B - 管道安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道安全预警系统包括：伸入到管道中，用于接收管道内流体传输的低频信号的低频声发射信号传感器、通过信号传输电缆连接低频声发射信号传感器的前置放大器、通过信号传输线缆连接前置放大器的信号采集器以及通过通讯线路连接信号采集器的计算机，所述的低频声发射信号传感器为仅对1～20Hz的低频振动信号感应能力强且耐腐蚀的压电换能器。本发明的管道安全预警系统可以实现远距离检测，从而大大减少长距离管道检测所用传感器及信号采集系统的数量，降低系统成本；此外传感器安装简便且新、旧流体管道均适用。

Description

管道安全预警系统

技术领域

本发明涉及石油储运设备，特别是涉及一种管道安全预警系统。

背景技术

管道运输业目前已成为与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输手段之一。据统计，目前世界上总管网的50％已经运行了30年甚至更长的时间，由于腐蚀、人为破坏等原因，管道泄漏事故频频发生。由于其所输介质的危险性和污染性，一旦发生事故将会造成巨大的生命财产损失和环境污染。在我国，油气管网相当一部分已经步入衰老期，近十余年来又遭到前所未有的人为破坏，泄漏事故造成的损失十分巨大，严重影响了管道运输的发展。

2000年前后，我国的油品管道受到打孔盗油分子前所未有的破坏，这引起了有关部门及科研院所的高度重视，目前已有数十家单位开展了管道泄漏检测技术研究，部分受破坏严重的管道已安装了泄漏监测装置。这些装置在我国打孔盗油活动猖獗的特定时期内对于打击盗油份子的嚣张气焰，避免管道事故进一步扩大起到了非常重要的作用。中国发明专利申请号96121000.1、99107241.3及中国实用新型专利申请号02235420.4等对该技术领域的内容已经做了很详细的叙述。尽管现有的泄漏监测及定位方法日趋成熟，但目前的方法都是根据油品从管道泄漏时产生的泄漏信号对故障进行报警并定位，此时管道已经被破坏，事故已然发生。管理人员能做的只是亡羊补牢，避免事故进一步扩大。诸多实例表明，只要油气从管道中泄漏出来，即使被及时发现，也往往会造成十分重大的经济损失甚至是人员伤亡。因此，石油生产及管理部门目前十分迫切地需要一种能够防患于未然的管道安全预警技术。

如果管道沿线安装有预警监测系统，一旦有威胁管道安全的动作发生，系统即可向管理人员发出报警，使他们有可能在管道遭受实质性破坏之前赶到现场，制止上述行为。该类系统带来的直接益处是，可彻底避免由于油品泄漏带来的各类巨大损失和环境污染。目前，已经出现了针对管道安全的预警系统，一种是基于声波监测的预警系统(孙洪志，输油管道声波防盗预警系统在萨北油田的应用，石油规划设计，第十五卷第二期，34页)，另一种是基于光纤的预警系统(中国发明专利申请号200610090593.0)。

但是，上述两种系统仍然存在一些不足之处。在基于声波监测的预警系统中，用于检测由管道壁传来的侵扰信号的传感器贴于管道壁外侧，由于声学信号在管道壁中传播衰减大，为检测到有效信号，必须密布传感器，即1至2公里左右就需要一个传感器，对于数百公里的长输油管道来说，不仅成本高、系统复杂度高，而且安装效率低、失效概率大，容易被盗；而基于光纤的预警系统，必须与管道同沟敷设分布式光纤传感器，所以只适用于新建管道，对于我国已有的数万公里在役老管道，由于开挖费用等限制很难推广应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于低频声发射原理的管道安全预警系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种管道安全预警系统包括：伸入到管道中，用于接收管道内流体传输的低频信号的低频声发射信号传感器、通过信号传输电缆连接低频声发射信号传感器的前置放大器、通过信号传输线缆连接前置放大器的信号采集器以及通过通讯线路连接信号采集器的计算机。

上述的信号采集器包括信号调理模块、A/D转换模块和通讯模块，所述的信号调理模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接通讯模块的输入端，通讯模块的输出端经通讯线路连接至计算机的通讯接口。

上述的低频声发射信号传感器为仅对1～20Hz的低频振动信号感应能力强且耐腐蚀的压电换能器。相邻的两个低频声发射信号传感器之间的距离为10～15km。

本发明的管道安全预警系统采用低频声发射技术接收管道内液体传播的低频声信号，可以实现远距离(大于10km)监测，这样可以大大减少长距离管道检测所用传感器及信号采集系统的数量，降低了系统成本。此外传感器安装简便，新旧输油管道都可以安装，应用范围广泛。

附图说明

图1为本发明的管道安全预警系统的结构图；

图2为图1中信号采集器的内部结构框图。

其中：

1.低频声发射传感器    2.信号传输电缆

3.前置放大器          4.信号采集器

5.通讯线路            6.计算机

7.信号调理模块        8.A/D转换模块

9.通讯模块

具体实施方式

本发明的管道安全预警系统是基于低频声发射原理而设计。当管道被盗油分子破坏时，必然产生大量的声信号，该声信号一部分会沿管道壁向管道两端传播，还有一部分进入到管道内以输送的原油等液体为载体向管道两端传播。由于管道壁对声信号的吸收作用较强，因此在管道壁中的传播距离较短(一般为1～2Km)。而声信号中的低频成分在液体中的传播距离可以达10Km以上。这样就可以在管道中较远距离范围内通过用低频声发射传感器接收侵扰信号。基于该原理的管道安全预警系统比基于声波监测的预警系统传感器少，监测范围广，比基于光纤的基于光纤的预警系统施工容易，适用于未铺设光纤的老管道。

下面结合附图对本发明的管道安全预警系统进行详细说明。

首先，如图1所示，本发明的基于低频声发射的管道安全预警系统包括：伸入到管道中，用于接收管道内流体传输的低频信号的低频声发射信号传感器1、通过信号传输电缆2连接低频声发射信号传感器1的前置放大器3、通过信号传输线缆2连接前置放大器3的信号采集器4以及通过通讯线路5连接信号采集器的计算机6。另外，如图2所示，所述的信号采集器4包括：信号调理模块7、A/D转换模块8和通讯模块9，信号调理模块7的输出端连接A/D转换模块8的输入端，A/D转换模块8的输出端连接通讯模块9的输入端，通讯模块9的输出端经通讯线路5连接至计算机9的通讯接口。信号传输电缆2采用同轴电缆，具有良好的抗干扰性能。

低频声发射传感器1为仅对1～20Hz的低频振动信号感应能力强且耐腐蚀的压电换能器。其敏感元件伸入到管道内，与管道内的油品直接接触。

下面对本发明的管道安全预警系统的工作原理进行说明：

当在两传感器中间的管道遭到人为破坏或自然因素所造成的侵扰时，其振动信号一部分沿管壁向管道10两端传输，由于管道壁的吸收作用，传播一段距离后振动信号基本消失，而另一部分进入到管道内，以其内部的液体介质为载体向管道两端传输，信号在液体中可以传播较远距离并能够被管道两端的低频声发射传感器1接收。当传感器接收到信号后，将该振动信号转换成电信号，经由同轴电缆2传输给前置放大器3，前置放大器3将信号放大后再经由同轴电缆2传输给信号采集器4，信号在信号采集器4内经过信号调理模块7处理后被调整到可以被A/D转换模块8接受的范围，再由A/D转换模块8将其转换为数字信号，该数字信号被传输到通讯模块9中，通讯模块9将该数字信号按照TCP/IP协议通过通讯线路5发送给监测中心的计算机6，计算机6将接收到的两路信号进行处理，判断是否有侵扰事件发生。

通过对两个传感器接收到的信号进行对比就可以判断信号是否为侵扰信号还是噪声信号，这是因为管道中的侵扰信号必然向管道两端传播，若两个传感器接收到差别很大必然不是侵扰信号，若相似则是侵扰信号，对于信号的比对可以采用模式识别的方法。

若判断为是侵扰信号则进行报警，并进一步通过定位算法，如：时差定位法，计算出侵扰位置；若判断为噪声信号则不进行报警。

本发明的管道安全预警系统中，相邻两个低频声发射信号传感器之间的距离为10～15km，从而大大减少了对长距离管道监测所用传感器及信号采集系统的数量，降低了系统成本。此外，传感器安装简便，新旧输油管道都可以安装，应用范围广泛。

Claims (3)

1.一种管道安全预警系统，其特征在于包括：伸入到管道中，用于接收管道内流体传输的低频信号的低频声发射信号传感器、通过信号传输电缆连接低频声发射信号传感器的前置放大器、通过信号传输线缆连接前置放大器的信号采集器以及通过通讯线路连接信号采集器的计算机，所述的低频声发射信号传感器为仅对1～20Hz的低频振动信号感应能力强且耐腐蚀的压电换能器。

2.根据权利要求1所述的管道安全预警系统，其特征在于：所述的信号采集器包括信号调理模块、A/D转换模块和通讯模块，所述的信号调理模块的输出端连接A/D转换模块输入端，A/D转换模块的输出端连接通讯模块输入端，通讯模块的输出端经通讯线路连接至计算机的通讯接口。

3.根据权利要求2所述的管道安全预警系统，其特征在于：相邻的两个低频声发射信号传感器之间的距离为10～15km。

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