CN101255952A - 管道泄漏监测与安全预警测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明是管道特别是输油气管道泄漏检测及相关预警技术试验的管道泄漏监测与安全预警测试系统。涉及机械振动或声波的测量冲击的测量和管道系统技术领域。它是设置埋地的已作防腐处理并加阴极保护的与存储罐区[2]和泵[9]连为闭环的环形管道[53]及同沟埋设的环形光纤[54]，环形管道[53]有两根引出支管和多个泄放阀井，在环形管道上安装有多个阀门、流量计、压力仪表，一引出支管上安装有空气压缩机[26]、过滤器[6]，另一引出支管放空并在两引出支管上安装有多个阀门、压力仪表及一气体流量计；环道现场仪表的压力传感器及远传电缆，将压力信号传至中央控制室。

Description

管道泄漏监测与安全预警测试系统

技术领域

本发明是管道特别是输油气管道泄漏检测及相关预警技术试验的管道泄漏监测与安全预警测试系统。涉及机械振动或声波的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。

背景技术

油气管道作为工业经济的命脉，在国民经济中居于重要位置。由于管道本身的缺陷、腐蚀、自然老化以及外力引起的第三方破坏，造成了油气产品的流失，环境污染及人员伤害。鉴此，管道运输行业往往要拿出很大的人力、物力、财力投入研究、改造、建设。随着管道运输业的不断发展，为了维护管道的安全运行，管道运行监测技术也在不断发展，作为管道监控核心的泄漏检测与安全预警技术一直受到各国科技工作者的重视。

目前国内外已有多种管道泄漏检测技术和方法，第一种管道泄漏在线监测技术主要是基于管内流体介质的流失所造成的管道各运行参数的变化来检测管道泄漏的，如通过监测管道输入端和输出端的压力、流量等管道运行参数的变化，可以判断出管道是否发生泄漏，同时也可以确定管道泄漏发生的位置。中国发明专利申请号96121000.1，99107241.3以及中国实用新型专利申请号02235420.4等对该类技术领域的内容已经作了很详细的叙述，由于依赖管道泄漏产生的流体参数的变化，这种方法只能检测管道突发性较大泄漏。第二种为基于对管道破坏所产生的声音和振动信号的检测来检测管道遭到的第三方破坏，并进行定位，中国实用新型专利号200320100537.2等对此类技术做了详细的描述。

近年来随着光纤技术的发展，光纤传感也开始应用与管道泄漏检测与安全预警领域，以光纤传感的原理主要分为有干涉型分布式光纤传感技术以及后向散射型分布式光纤传感技术，干涉型主要代表为中国发明专利申请号200410020046.6，200410016038及ZL专利号99814375.8，散射型主要代表为中国发明专利申请号02145502.3。

虽然这些技术都声称能够解决油气管道的泄漏检测和安全预警的问题，但是这些技术多为在实验室通过理论分析得到的系统，管道作为大型的线状地下结构，油品性质、沿途地理环境等客观因素极大的影响了各种系统的应用稳定性及可靠性，并直接对检测精度和实用性造成重要影响。输油气管道作为国家重要的能源大动脉，无法直接提供各种泄漏检测及安全预警系统测试所需要的真实泄漏、钻孔等破坏性实验环境，因此急需一个测试、评价各种管道泄漏检测及安全预警技术的实用性通用测试平台。

发明内容

本发明的目的是发明一种可以为输油气管道泄漏检测及相关预警技术试验的测试精确、可靠、逼真的管道泄漏监测与安全预警测试系统。

本发明之实验平台主要用于包括管道微渗漏检测技术、非稳定流体管道泄漏检测技术、基于音波、负压波等技术的油气管道泄漏检测技术检测和分布式光纤传感技术、声音&振动传感技术、地震检波器技术以及光栅光纤等技术方向管道安全预警系统的中试放大试验。

对此，本发明的构成如图1所示，同已有技术一样包括存储罐区2、泵9和管道构成的环形管道53、预设泄漏点及测试仪表，其特征是设置埋地的已作防腐处理并加阴极保护的与存储罐区2和泵9连为闭环的环形管道53及同沟埋设的环形光纤54，环形管道53有两根引出支管和多个泄放阀井，在环形管道上安装有多个阀门、流量计、压力仪表，一引出支管上安装有空气压缩机26、过滤器6，另一引出支管放空并在两引出支管上安装有多个阀门、压力仪表及一气体流量计，环道现场仪表的压力传感器接远传电缆将信号传至中央控制室。

具体是有液位计1的存储罐区2出口由管道依次串接阀门4、压力表5、过滤器6、压力变送器7、压力表8、泵9、压力变送器10、压力表11、单向阀12、阀门13、液体流量计14、阀门15、阀门27、泄放阀井28、泄放阀井33、泄放阀井38、阀门43、阀门44、压力变送器48、压力表49、流量计51后，返回接到存储罐区2的入口，在阀门15、阀门27之间开口封接一引出支管，在该引出支管上依次串接阀门16、气体流量计17、阀门18、缓冲罐19、单向阀21、阀门22、压力变送器23、压力表24和压缩机26，在阀门43、阀门44之间开口封接一引出支管，在该引出支管上依次串接阀门45、压力变送器46、压力表47、流量计50后接放空管。环形管道53埋地、已作防腐处理并加有阴极保护，地面上的泵9与压力表、流量计连接管要作保温处理。

本系统为液体与气体的双重试验平台，液体试验介质采用水，气体试验介质采用压缩空气，用以模拟成品油和天然的运行工况。同时为了扩大测试的范围，在存储罐区2与阀门4之间有旁通的预留储油罐接口3，在压力表24和压缩机26之间有旁通的预留储气罐接口25，系统预留进一步的储油罐和储气罐的建设空间和接口条件。动力供给采用液体泵和压缩机各一套，水源还可再建蓄水池一座。

其中存储罐区2为水罐；泄放阀井28内的环形管道53上接有压力变送器29、压力表30、旁通有阀门31、阀门32；泄放阀井33内的环形管道53上接有压力变送器36、压力表37、旁通有阀门34、阀门35；泄放阀井38内的环形管道53上接有压力变送器41、压力表42、旁通有阀门39、阀门40。

按照管道通信光缆施工规范同沟敷设包括直埋、硅管、铠装等不同成缆形式，在测试系统中环形光纤54同时采取铠装和硅管的埋设方式，同时考虑到光纤传感的不成熟，还同沟采用直埋方式铺设了非铠装光缆，配以光纤传感振动测试装置，用以测试系统的振动传感性能。

为模拟现场实际工况，所有测试管段均为埋地敷设。考虑模拟泄漏时泄放试验的实际需要，在环道的中需设立泄放位置多个，建设阀井并安装泄放阀门，通过控制阀门的开度从而实现不同的泄漏量的模拟。考虑到国际上众多的基于流量、温度、压力建模的泄漏检测方法，在管道的进出口需要安装高精度的流量、温度、压力仪表，并远传到中央控制中心。

为了模拟管道穿越公路时车辆和行人等情况产生的背景噪声，本系统在设计中留有充足的试验场地以备模拟各种环境工况。

为了更好的保护管道，同时测试管道遭到破坏时候，阴极保护电位的变化情况，在管道的两端应还加有阴极保护电流。

存储罐区2还增设蓄水池备用，作为蓄水，供给管道循环用水的关键设施，为了保证环道的正常运行，对蓄水池进行了必须的防渗处理。考虑到环境美化将水池在不进行实验的时候做为景点处理。

为了提高管线的运行压力，在实验环道运行期间会长期控制出口阀门开度，憋压运行。采用变压器及相关供电设备为环道的泵及压缩机提供动力。

本系统所有实验现场检测仪表的精度和更新频率均采用较高等级，除了现场一次仪表可以直接读数外，其他仪表参数都需要进行自动数据采集并远传至控制中心。

管道泄漏监测与安全预警测试系统工艺流程包括：(1)进水(气)流程；(2)自循环流程；(3)多点泄放流程。环道能够完成的实验内容有：液体(气体)的泄漏检测实验及管道安全预警的系统测试及优化工作。

管道泄漏监测与安全预警测试系统工艺流程为：从存贮灌区2出来的液体经过泵9加压进入测试管段53，通过泄放阀井28、33、38三个阀井进行泄放，同理气体通过压缩机26打压后进入缓冲罐19，然后也进入环形管道53的测试管段，也通过这三个阀井进行泄放。环道运行的压力、流量等数据通过进出口的仪表检测并传到监控中心。进行安全预警试验时，可通过与管道伴行的光缆54检测振动信号并将这一威胁信号传至监控中心进行终端解调。还可以通过给管道53上安装振动传感器来检测管道上方的动土情况。

可见，本系统较完善地解决了管道泄漏检测及安全预警测试的平台问题，能测试泄漏检测系统的报警时间、定位精度、误报率、漏报率，且评估准确、可靠、逼真。

附图说明

图1管道泄漏检测及安全预警测试系统构成图

图2管道与光缆埋地位置图(图1的A-A剖面视图)

其中1-液位计           2-存储罐区

    3-预留储油罐接口   4-阀门

    5-压力表           6-过滤器

    7-压力变送器       8-压力表

    9-泵               10-压力变送器

    11-压力表          12-单向阀

    13-阀门            14-流量计

    15-阀门            16-阀门

    17-压力表          18-阀门

    19-缓冲罐          20-取样口

    21-单向阀          22-阀门

    23-压力变送器      24-压力表

    25-预留储气罐接口  26-压缩机

    27-阀门            28-泄放阀井

    29-压力变送器      30-压力表

    31-阀门            32-阀门

33-泄放阀井            34-阀门

35-阀门                36-压力变送器

37-压力表              38-泄放阀井

39-阀门                40-阀门

41-压力变送器          42-压力表

43-阀门                44-阀门

45-阀门                46-压力变送器

47-压力表              48-压力变送器

49-压力表              50-流量计

51-流量计              52-气体放空口

53-环形管道            54-光缆

具体实施方式

实施例：以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的解释。本例是一实验环道，其构成如图1所示。系统的测试环形管道53长1千米，直径为Φ159mm，外涂环氧粉末防腐涂层，埋设在地下1.5m(管道中心到地表面)深处，距管道上沿右侧20cm处同沟敷设光缆54同时选用广州关键光电子有限公司生产的6芯单模传感光缆FD6-B1.1-ZU-A、GYSTA53-6B1铠装缆、LSZH六芯单模配线光缆(穿于硅芯管中，硅管选用沧州明珠塑料有限公司生产的40/33型)；存储罐区2的容量为60m³拱顶罐；泵9选用德国鲍曼HC232-100型双螺杆泵；压缩机26选用VF-3.5/7型活塞式空气压缩机；缓冲罐19尺寸为Φ55×2000mm，泄放阀井28、33、38尺寸为Φ1500mm，深2m；流量计14和流量计51选AW2003-K型；流量计17和流量计50选AW2003-V型；阀门4、13、15、16、18、22、27、31、32、34、35、39、40、43、44、45选天津第二通用阀门厂生产的SMC/HBC系列；压力变送器7、10、23、29、36、41、46、48选用美国ROSEMOUNT的3051S系列变送器；压力表8、11、30、37、42、47、49选用YTNP-100耐震隔膜压力表；单向阀12、21选NR-020FV型号；过滤器6选新乡市麒麟机械制造有限责任公司的HBYPH型。

整个管道泄漏检测及安全预警测试系统主要可以完成如下工艺流程：(1)进水(气)流程、(2)自循环流程、(3)多点泄放流程。基本可以模拟管道正常运行时工况条件。

由于管道可以开挖作业，进行真实打孔盗油过程的模拟，因此通过该测试环道还可以评价基于声音和振动的管道预警系统的实验评价工作。由于在管道建设中按照管道通信光缆安全施工规范，同沟预埋了铠装(GYTA53，GYTA5353)、穿硅管(40/33)、直埋(GYTA，GYFTA)三种埋设形式、不同成缆方式的光缆，涵盖了现役和新建管道所有的光缆选用和埋设方式，可以为各种基于光纤的管道安全预警系统提供实验和测试的平台。

管道泄漏检测及安全预警测试系统能够完成的实验内容有液体(气体)的泄漏检测实验及管道安全预警系统的测试及优化工作。可以通过在管道的进出口处安装专用的泄漏检测装置仪表或者通过对现有压力、流量仪表信号的采集，来检测泄漏信号。同时通过在预设阀井处进行泄放，通过比较泄漏检测的软件对泄放事件的时间和地点的判断来评价这种泄漏检测软件的实用化程度。通过这一系统可以实现在真实油气管道上不能开口泄放、无法检验系统性能指标的难题，可以为评估泄漏检测系统的报警时间、定位精度、误报率、漏报率提供一个客观的测试平台。

本管道泄漏检测及安全预警测试系统经对微渗漏检测技术、非稳定流体管道泄漏检测技术、基于音波、负压波等技术的油气管道泄漏检测技术检测和分布式光纤传感技术、声音&振动传感技术、地震检波器技术以及光栅光纤等技术方向管道安全预警系统的中试放大试验，证明完全能满足这些技术的管道泄漏检测及安全预警测试要求，可以为评估泄漏检测系统的报警时间、定位精度、误报率、漏报率、威胁事件预警率等提供一个客观的测试平台，且评估准确、可靠、逼真。

Claims (5)

1. 一种管道特别是输油气管道泄漏检测及相关预警技术试验的管道泄漏监测与安全预警测试系统，包括存储罐区[2]、泵[9]和管道构成的环形管道[53]、预设泄漏点及测试仪表，其特征是设置埋地的已作防腐处理并加阴极保护的与存储罐区[2]和泵[9]连为闭环的环形管道[53]及同沟埋设的环形光纤[54]，环形管道[53]有两根引出支管和多个泄放阀井，在环形管道上安装有多个阀门、流量计、压力仪表，一引出支管上安装有空气压缩机[26]、过滤器[6]，另一引出支管放空并在两引出支管上安装有多个阀门、压力仪表及一气体流量计；环道现场的压力传感器接远传电缆至中央控制室。

2. 根据权利要求1所述的管道泄漏监测与安全预警测试系统，其特征是有液位计[1]的存储罐区[2]出口由管道依次串接阀门[4]、压力表[5]、过滤器[6]、压力变送器[7]、压力表[8]、泵[9]、压力变送器[10]、压力表[11]、单向阀[12]、阀门[13]、液体流量计[14]、阀门[15]、阀门[27]、泄放阀井[28]、泄放阀井[33]、泄放阀井[38]、阀门[43]、阀门[44]、压力变送器[48]、压力表[49]、流量计[51]后，返回接到存储罐区[2]的入口，在阀门[15]、阀门[27]之间开口封接一引出支管，在该引出支管上依次串接阀门[16]、气体流量计[17]、阀门[18]、缓冲罐[19]、单向阀[21]、阀门[22]、压力变送器[23]、压力表[24]和压缩机[26]，在阀门[43]、阀门[44]之间开口封接一引出支管，在该引出支管上依次串接阀门[45]、压力变送器[46]、压力表[47]、流量计[50]后接放空管。

3. 根据权利要求1或2所述的管道泄漏监测与安全预警测试系统，其特征是在存储罐区[2]与阀门[4]之间有旁通的预留储油罐接口[3]，在压力表[24]和压缩机[26]之间有旁通的预留储气罐接口[25]。

4. 根据权利要求1或2所述的管道泄漏监测与安全预警测试系统，其特征是所述泄放阀井[28]内的环形管道[53]上接有压力变送器[29]、压力表[30]、旁通有阀门[31]、阀门[32]；所述泄放阀井[33]内的环形管道[53]上接有压力变送器[36]、压力表[37]、旁通有阀门[34]、阀门[35]；所述泄放阀井[38]内的环形管道[53]上接有压力变送器[41]、压力表[42]、旁通有阀门[39]、阀门[40]。

5. 根据权利要求1所述的管道泄漏监测与安全预警测试系统，其特征是环形光纤[54]同时采取铠装和硅管的埋设方式，还同沟采用直埋方式铺设非铠装光缆，配以光纤传感振动测试装置。

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