CN103925474B - 石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法 - Google Patents

石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，用于解决现有石油天然气管道泄漏检测方法实时性差的技术问题。技术方案是基于电容式传感器原理，由不锈钢包层环绕石油天然气管道构成同芯柱型电容器，采用适合于精密电容测量的有源电桥电路，实现了焊缝区域微小泄漏的实时检测；采用低功耗、低成本的文氏振荡电路产生测量电桥的激励载波信号，实现了焊缝区域泄漏的低成本实时检测；采用就近测量和预警指示方法，有效消除和减小了寄生电容的影响；采用超薄不锈钢作为包层材料，还提高了接头焊缝及附近区域的防腐保护效果。

Description

石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法
技术领域
本发明涉及一种石油天然气管道泄漏检测方法，特别是涉及一种石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法。
背景技术
石油天然气焊管在管—管焊接加工及热处理过程中，由于非平衡状态下的热循环的作用，焊接接头会存在较大的残余应力及组织性能的明显变化，使其成为石油天然气管道的薄弱环节。因此对管道焊缝区域进行实时监测，可及时发现石油天然气的泄漏，避免发生重大事故。
公知的基于磁通、涡流、摄像等投球技术的管内检测法，不能实现在线实时检测；基于管线压力、温度、流量、声音以及震动等物理参数发生变化的外部检测法，投资费用很高且在工程应用中难以实现。
发明内容
为了克服现有石油天然气管道泄漏检测方法实时性差的不足，本发明提供一种石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法。该方法基于电容式传感器原理，由不锈钢包层环绕石油天然气管道构成同芯柱型电容器，采用适合于精密电容测量的有源电桥电路，可以实现焊缝区域微小泄漏的实时检测；采用低功耗、低成本的文氏振荡电路产生测量电桥的激励载波信号，可以实现焊缝区域泄漏的低成本实时检测；采用就近测量和预警指示方法，可以有效消除和减小寄生电容的影响；采用超薄不锈钢作为包层材料，还可以提高接头焊缝及附近区域的防腐保护效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特点是采用以下步骤：
在经过防腐处理的石油天然气管道4焊接接头的外壁涂刷绝缘漆，根据管道焊缝2的余高，在石油天然气管道4外壁管道焊缝2两侧对称位置缠绕密封层3，然后将不锈钢包层1环绕石油天然气管道4后紧贴在密封层3上，再采用电容储能点焊工艺完成不锈钢包层1的封口连接，石油天然气管道4的外壁与不锈钢包层1的内壁构成同芯柱型电容器Cx。
采用文氏振荡电路提供测量电桥的激励载波信号；电阻R1、电阻R2及运算放大器N组成放大倍数可调的反相放大器，与电容器Cx串联作为测量电桥的一个桥臂；电容器C1作为测量电桥的另一个桥臂。两桥臂分别连接到由文氏振荡电路产生的稳频稳幅的信号源上，文氏振荡电路产生的正弦波信号通过一级二阶低通滤波电路，滤除信号的高频分量，保留有用的直流分量。调整运算放大器N的放大倍数，使测量电桥平衡，电阻R3上无电压降，报警显示电路显示管道正常。
当石油天然气管道4的不锈钢包层1覆盖区域有轻微泄漏，不锈钢包层1与石油天然气管道4外壁之间的空间压力就会急速升高，从而使不锈钢包层1产生明显变形，甚至破裂，同时还会改变电容器Cx内介质的介电常数，使电容器Cx发生变化。电容器Cx的变化使测量电桥失去平衡，电阻R3上产生电压降，经随后的检波、放大和光电隔离电路处理后，光电隔离电路的初级发光二极管有足够的光电流流过，光电隔离电路的次级光敏三极管此时饱和导通，报警显示电路给出管道泄漏指示。
所述密封层3采用聚四氟乙烯双面胶带。
所述不锈钢包层1的密封焊缝采用电容储能点焊工艺。
在石油天然气管道4的焊缝泄漏检测区域就近放置检测及报警显示电路。
所述文氏振荡电路、低通滤波电路、测量电桥和检波、放大及光电隔离电路采用铝盒屏蔽。
所述不锈钢包层1的厚度是0.1～0.5mm。
本发明的有益效果是：该方法基于电容式传感器原理，由不锈钢包层环绕石油天然气管道构成同芯柱型电容器，采用适合于精密电容测量的有源电桥电路，实现了焊缝区域微小泄漏的实时检测；采用低功耗、低成本的文氏振荡电路产生测量电桥的激励载波信号，实现了焊缝区域泄漏的低成本实时检测；采用就近测量和预警指示方法，有效消除和减小了寄生电容的影响；采用超薄不锈钢作为包层材料，还提高了接头焊缝及附近区域的防腐保护效果。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法用装置示意图。
图2是本发明石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法用电路框图。
图中，1-不锈钢包层，2-管道焊缝，3-密封层，4-石油天然气管道。
具体实施方式
以下实施例参照图1-2。
本发明石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法具体步骤如下：
在经过防腐处理的石油天然气管道4的管—管焊接接头的外壁，首先涂刷绝缘漆，并根据管道焊缝2的余高，在石油天然气管道4外壁管道焊缝2两侧对称位置缠绕密封层3，然后将厚度为0.1～0.5mm的不锈钢包层1环绕石油天然气管道4后紧贴在密封层3上，再采用电容储能点焊工艺完成不锈钢包层1的封口连接。此时，石油天然气管道4的外壁与不锈钢包层1的内壁构成同芯柱型电容器Cx。
采用文氏振荡电路提供测量电桥的激励载波信号，将电容值转换成能够测量的电压值。电阻R1、电阻R2及运算放大器N组成放大倍数可调的反相放大器，与电容器Cx串联作为测量电桥的一个桥臂；电容器C1作为测量电桥的另一个桥臂。两桥臂分别连接到由文氏振荡电路产生的稳频稳幅的信号源上。调整运算放大器N的放大倍数，使测量电桥平衡，电阻R3上无电压降，报警显示电路显示管道正常。
当石油天然气管道4的不锈钢包层1覆盖区域有轻微泄漏，不锈钢包层1与石油天然气管道4外壁之间的空间压力就会急速升高，从而使不锈钢包层1产生明显变形，甚至破裂，同时还会改变电容器Cx内介质的介电常数，使电容器Cx发生变化。电容器Cx的变化使测量电桥失去平衡，电阻R3上产生电压降，经随后的检波、放大和光电隔离电路处理后，即由报警显示电路给出管道泄漏指示。这样，当因天然气管道泄漏使天然气尚未大量扩散到周围空间，从而导致爆炸之前，发出报警信号。
密封层3使用涂有耐高温硅橡胶胶粘剂的聚四氟乙烯双面胶带，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，能在-180℃至+250℃的温度下长期工作。不锈钢包层1的密封焊缝采用电容储能点焊工艺，通电焊接时间短、热量集中，不会损坏石油天然气管道4外壁涂刷的绝缘漆和密封层3。
文氏振荡电路功耗低，且简单经济、体积小。为了使文氏振荡电路产生的正弦波激励载波信号保持在中心频率范围，将文氏振荡电路产生的正弦波信号再通过一级二阶低通滤波电路，滤除信号的高频分量，仅保留有用的直流分量，从而确保激励载波信号的高质量。
测量电桥的一个桥臂由放大倍数可调的反相放大器和电容器Cx串联，使测量电桥电路成为有源电路，不仅使电桥电路的参数容易调整、匹配，而且可以测出电容器Cx的微小变化，实现电阻R3上的电压降与电容器Cx的变化量的线性输出。运算放小大器的集N成选运用算输放入大失器调，参以数提小、高反开相环放电大压器增工益作和的差稳模定输性入。电阻大、输出电阻和温度漂移
当电容器Cx发生微小变化时，反映在电阻R3上的电压变化量很小。因此，在检波的同时，还对信号进行放大，以提高检测的灵敏度。在检测电路和报警显示电路之间，利用光电耦合器件的隔离作用可以提高系统的抗干扰能力。
为了有效消除和减小寄生电容的影响，在石油天然气管道4的焊缝泄漏检测区域就近放置检测及报警显示电路。检测及报警显示电路的文氏振荡电路、低通滤波电路、测量电桥和检波、放大及光电隔离电路等电路单元用铝盒屏蔽，以提高检测电路的抗空间辐射干扰能力。
检测及预警过程如下：
1.调整运算放大器N的放大倍数，使测量电桥平衡，电阻R3上无电压降，报警显示电路显示管道正常。
2.当不锈钢包层1覆盖区域有轻微泄漏、致使电容器Cx发生变化时，测量电桥失去平衡，电阻R3上产生电压降。
3.电阻R3上的电压降信号经检波、放大后，使光电隔离电路的初级发光二极管有足够的光电流流过，光电隔离电路的次级光敏三极管此时饱和导通。
4.光电隔离电路的次级光敏三极管饱和导通后，随即接通报警显示电路，给出管道泄漏指示，发出报警信号。

Claims (6)

1.一种石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特征在于包括以下步骤：
在经过防腐处理的石油天然气管道(4)焊接接头的外壁涂刷绝缘漆，根据管道焊缝(2)的余高，在石油天然气管道(4)外壁管道焊缝(2)两侧对称位置缠绕密封层(3)，然后将不锈钢包层(1)环绕石油天然气管道(4)后紧贴在密封层(3)上，再采用电容储能点焊工艺完成不锈钢包层(1)的封口连接，石油天然气管道(4)的外壁与不锈钢包层(1)的内壁构成同芯柱型电容器Cx；
采用文氏振荡电路提供测量电桥的激励载波信号；电阻R1、电阻R2及运算放大器N组成放大倍数可调的反相放大器，与电容器Cx串联作为测量电桥的一个桥臂；电容器C1作为测量电桥的另一个桥臂；两桥臂分别连接到由文氏振荡电路产生的稳频稳幅的信号源上，文氏振荡电路产生的正弦波信号通过一级二阶低通滤波电路，滤除信号的高频分量，保留有用的直流分量；调整运算放大器N的放大倍数，使测量电桥平衡，电阻R3上无电压降，报警显示电路显示管道正常；
当石油天然气管道(4)的不锈钢包层(1)覆盖区域有轻微泄漏，不锈钢包层(1)与石油天然气管道(4)外壁之间的空间压力就会急速升高，从而使不锈钢包层(1)产生明显变形，甚至破裂，同时还会改变电容器Cx内介质的介电常数，使电容器Cx发生变化；电容器Cx的变化使测量电桥失去平衡，电阻R3上产生电压降，经随后的检波、放大和光电隔离电路处理后，光电隔离电路的初级发光二极管有足够的光电流流过，光电隔离电路的次级光敏三极管此时饱和导通，报警显示电路给出管道泄漏指示。
2.根据权利要求1所述的石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特征在于：所述密封层(3)采用聚四氟乙烯双面胶带。
3.根据权利要求1所述的石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特征在于：所述不锈钢包层(1)的密封焊缝采用电容储能点焊工艺。
4.根据权利要求1或3所述的石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特征在于：所述不锈钢包层(1)的厚度是0.1～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特征在于：在石油天然气管道(4)的焊缝泄漏检测区域就近放置检测及报警显示电路。
6.根据权利要求1所述的石油天然气管道焊缝泄漏在线检测方法，其特征在于：所述文氏振荡电路、低通滤波电路、测量电桥和检波、放大及光电隔离电路采用铝盒屏蔽。
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