CN106015949B - 一种音波管道泄漏监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音波管道泄漏监测系统，包括音波泄漏监测仪、远程数据处理终端、泄漏监测数据服务器、监控终端，所述音波泄漏监测仪与远程数据处理终端通讯连接，所述远程数据处理终端与泄漏检测数据服务器通讯连接，所述泄漏检测数据服务器与监控终端通讯连接。本发明具有反应快速、定位精准、报警可靠的特点。

Description

一种音波管道泄漏监测系统

技术领域

本发明涉及管道泄漏检测技术领域，更为具体的是涉及一种音波管道泄漏监测系统。

背景技术

管道运输作为一种经济、有效、环保的运输方式，在液体、气体运输中具有独特的优势，管道泄漏检测是管道安全运行的关键和重要保障。油气资源易燃易爆，生产与用户所在地域跨度大，用户需求持续稳定，决定了油气输送要采用运输量大、安全性高、节能经济的方式，管道输送成为最佳的油气资源输送的方式。

但油气通过管道输送，具有高压、易燃、易爆的特性，保障运输管道的安全尤为重要。泄漏是长输管道运行中最主要的安全隐患之一，气体管道的泄漏往往会造成中毒、火灾和爆炸等严重事故。近年来，犯罪分子在原油、成品油管道打孔盗油，给国家造成了巨大的经济损失和环境破坏。

因此，发展可以对管道泄漏进行监测的设备和技术是大势所趋，但现有的管道泄漏监控系统存在着不能及时、准确的对泄漏处进行定位并报警的问题。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供了一种反应快速、定位精准、报警可靠的音波管道泄漏监测系统。

本发明采用的技术方案是：一种音波管道泄漏监测系统，包括：

音波泄漏监测仪，分别设置在管道的首端与末端，用以采集管道的泄漏信号，并经调理放大后，进行数模转换，然后上传至远程数据处理终端，若采集到泄漏信号，则发出报警信号；

远程数据处理终端，分别与设置在管道首端与末端的音波泄漏监测仪连接，用以监视音波泄漏监测仪的工作状态，同时接收音波泄漏监测仪采集的泄漏信号，实时传送至泄漏监测数据服务器；

泄漏监测数据服务器，实时接收存储各个远程数据处理终端传送的数据进行分析确定报警是否存在并对泄漏位置定位，对管道进行实时监控；

监控终端，提供操作界面以控制系统运行的各种参数，并实时显示管道运行状态，若发生管道泄漏，及时发出报警并启动应急处理；

所述音波泄漏监测仪与远程数据处理终端通讯连接，所述远程数据处理终端与泄漏检测数据服务器通讯连接，所述泄漏检测数据服务器与监控终端通讯连接。

作为上述方案的进一步设置，所述音波泄漏监测仪包括防爆壳，所述防爆壳内分别设置有：

音波传感器，用以采集管道音波信号；

音波数据采集器，用以采集音波传感器采集到的处于管道泄漏频率范围内音波信号；

信号调理器，用以调理放大音波数据采集器采集到的管道泄漏音波信号；

模数转换器，用以将经信号调理器调理后的音波信号转换成数字信号，并经通讯网络传输至远程数据处理终端；

所述防爆壳上设置有安装连接头，所述音波泄漏监测仪通过安装连接头分别连接在管道的首端与末端。

作为上述方案的进一步设置，所述远程数据处理终端包括主机、供电电源、防爆安全栅、GPS系统，所述主机、供电电源、GPS系统之间通过总线模块相互连接，所述供电电源与防爆安全栅连接。

作为上述方案的进一步设置，所述主机与模数转换器通讯连接，所述GPS系统与泄漏监测数据服务器通讯连接。

作为上述方案的进一步设置，所述泄漏监测数据服务器包括：

GPS定位模块，用于与远程数据处理终端的GPS系统捕获管道泄漏音波分别到达管道首端与末端音波泄漏监测仪的时间；

数据接收模块，用于实时接收各个远程数据处理终端传输的数据；

泄漏分析计算模块，对数据接收模块接收的数据进行实时分析，并判断是否发生泄漏；若发生泄漏，则根据GPS定位模块及GPS系统捕获的管道泄漏音波分别到达管道首端与末端音波泄漏监测仪的时间差，计算泄漏位置；

数据库，用于保存数据接收模块接收的原始数据，及泄漏分析计算模块分析计算生成的包括泄漏发生时间、地点信息的泄漏状态日志。

作为上述方案的进一步设置，所述监控终端为包括人机界面和设置在人机界面上的操作平台，所述操作平台上分别设置有系统组态模块、泄漏分析参数设置模块、管网地图制作模块、实时数据显示模块、历史曲线查询模块、位置报警提示模块、报警信息报表模块、人工信号分析模块、系统运行监视模块。

作为上述方案的进一步设置，所述通讯连接为光纤以太网、电台、internet、3G/4G无线通讯连接中的一种或几种。

本发明的有益效果如下：

1、可基于声学原理，精确计算泄漏位置。通过在管道两端安装音波传感器，全天候实时接收并监控管道内产生的动态音波信号。系统通过信号处理，消除管道的背景噪声和已知干扰信号，然后利用人工智能技术和相关算法，分析两端传感器接收的有效信号，确定是否发生泄漏；最后根据音波信号到达管道两端的时间差，计算出发生泄漏的位置；

2、可对管道进行不间断实时监测。当管道发生泄漏时，能够在3 分钟之内发现并确定泄漏发生的位置。及时准确的泄漏定位，是管道发生泄漏故障后，以最快速度地进行应急处理的关键，将因泄漏产生的经济损失和环境损失减小到最低。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图；

图2为本发明中音波泄漏检测仪的结构示意图；

图3为本发明中远程数据处理终端的示意图。

图中：1音波泄漏监测仪；11防爆壳；12音波传感器；13音波数据采集器；14信号调理器；15模数转换器；16安装连接头；2远程数据处理终端；21主机；22供电电源；23防爆安全栅；24GPS系统；3泄漏监测数据服务器；31GPS定位模块；32数据接收模块；33泄漏分析计算模块；34数据库；4监控-终端。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述。

本发明基于声学原理，结合压力、流量和温度等管道常用参量，达到快速、准确的判断管道运行异常情况并能够精确定位故障发生位置。

如图1、图2、图3所示，一种音波管道泄漏监测系统，包括：

音波泄漏监测仪1，分别设置在管道的首端与末端，用以采集管道的泄漏信号，并经调理放大后，进行数模转换，然后上传至远程数据处理终端2，若采集到泄漏信号，则发出报警信号；

远程数据处理终端2，分别与设置在管道首端与末端的音波泄漏监测仪1连接，用以监视音波泄漏监测仪1的工作状态，同时接收音波泄漏监测仪1采集的泄漏信号，实时传送至泄漏监测数据服务器3；

泄漏监测数据服务器3，实时接收存储各个远程数据处理终端2传送的数据进行分析确定报警是否存在并对泄漏位置定位，对管道进行实时监控；

监控终端4，提供操作界面以控制系统运行的各种参数，并实时显示管道运行状态，若发生管道泄漏，及时发出报警并启动应急处理；

所述音波泄漏监测仪1与远程数据处理终端2通讯连接，所述远程数据处理终端2与泄漏检测数据服务器3通讯连接，所述泄漏检测数据服务器3与监控终端4通讯连接。

所述音波泄漏监测仪1包括防爆壳11，所述防爆壳11内分别设置有：

音波传感器12，用以采集管道音波信号；

音波数据采集器13，用以采集音波传感器12采集到的处于管道泄漏频率范围内音波信号；

信号调理器14，用以调理放大音波数据采集器13采集到的管道泄漏音波信号；

模数转换器15，用以将经信号调理器14调理后的音波信号转换成数字信号，并经通讯网络传输至远程数据处理终端2；

所述防爆壳11上设置有安装连接头16，所述音波泄漏监测仪1通过安装连接头16分别连接在管道的首端与末端。

音波泄漏监测仪1的主要功能是：

1、采集泄漏信号；

2、信号调理放大；

3、信号数模转换；

4、数字信号上传。

所述远程数据处理终端2包括主机21、供电电源22、防爆安全栅23、GPS系统24，所述主机21、供电电源22、GPS系统24之间通过总线模块相互连接，所述供电电源22与防爆安全栅23连接。

所述主机21与模数转换器15通讯连接，所述GPS系统24与泄漏监测数据服务器3通讯连接。

远程数据处理终端2的主要功能是：

1、接收并校验音波信号；

2、接收GPS 时间，同步信号时间标签；

3、对信号进行解析，并打包上传；

4、音波信号进行预处理，转换为数字域的多通道音波信号

5、监视监测仪工作状态，进行故障诊断。

所述泄漏监测数据服务器3包括：

GPS定位模块31，用于与远程数据处理终端2的GPS系统24捕获管道泄漏音波分别到达管道首端与末端音波泄漏监测仪1的时间；

数据接收模块32，用于实时接收各个远程数据处理终端2传输的数据；

泄漏分析计算模块33，对数据接收模块32接收的数据进行实时分析，并判断是否发生泄漏；若发生泄漏，则根据GPS定位模块31及GPS系统24捕获的管道泄漏音波分别到达管道首端与末端音波泄漏监测仪1的时间差，计算泄漏位置；

数据库34，用于保存数据接收模块32接收的原始数据，及泄漏分析计算模块33分析计算生成的包括泄漏发生时间、地点信息的泄漏状态日志。

泄漏监测数据服务器3实时接收各个数据采集终端节点传送来的数据，并对管道进行实时监控。其主要功能是：

1、通讯：建立并维护各数据采集终端的通讯信道；

2、数据采集同步：采集并同步各数据处理终端的原始数据；

3、实时泄漏监测：对音波数据进行实时泄漏监测，并判断是否发生泄漏；

4、泄漏位置计算：估计音波信号到达各数据处理终端的时间差，并计算泄漏位置；

5、系统状态服务：维护系统工作状态，并传送给状态监控主机；

6、数据备份：保存原始数据；

7、泄漏状态日志：把泄漏发生的时间、地点等关键信息保存到数据库。

所述监控终端4为包括人机界面和设置在人机界面上的操作平台，所述操作平台上分别设置有系统组态模块、泄漏分析参数设置模块、管网地图制作模块、实时数据显示模块、历史曲线查询模块、位置报警提示模块、报警信息报表模块、人工信号分析模块、系统运行监视模块。

监控终端4的主要功能是：

运行监控终端的人机界面负责提供操作界面以控制系统运行的各种参数，并实时显示管道运行状态，当发生管道泄漏，及时发出报警和启动应急处理。

所述通讯连接为光纤以太网、电台、internet、3G/4G无线通讯连接中的一种或几种。

本发明工作原理如下：

管道泄漏是一个动态过程。在泄漏的瞬间，管道内介质的压力平衡被打破，造成管道内流体弹性力量的释放。流体向外泄漏时，与泄漏处管壁产生摩擦，形成声波信号源。

此信号源包含多种频率的声音信号。通过流体导引，这些信号沿着管道中的流体以音速向两侧传播。由于频率越低的音波信号在介质中传播损耗越，能到达管道两端的音波泄漏监测仪1的信号主要是信号源中的低频部分。这样可以有效清除管道中普遍存在的高频干扰，并且获得长距离监测的效果。

接收到低频信号后，消除掉管道的背景噪声并抑制管道操作过程中产生的干扰；然后利用模式识别和人工智能技术，实时识别甄别和分析音波信号，确定是否发生泄漏；最后根据音波信号到达管道两端音波管道泄漏监测仪的时间差，进一步计算出发生泄漏的具体位置。

使用时，在管道的首端和末端分别安装音波泄漏监测仪1，音波泄漏监测仪1中音波传感器12收集管道的压力、流量值，作为泄漏监测的辅助评估参数。采用这种方式对于腐蚀穿孔等缓慢泄漏的发现和判断，具有很好的效果。同时，防止管道上的偶然低频声源造成的误报。

音波信号从泄漏点向设置在管道两端的音波泄漏监测仪1传播时，根据到达管道两端的时间差和音波传播的速度可用精确确定泄漏点的位置。定位公式如下：

X=（L+V∆t）/2

其中：

X为泄漏点距首端音波管道泄漏监测仪的距离，m；

L为管道的全长，m；

V为管输介质中音波的传播速度，m/s；

∆t为上、下游传感器接收音波的时间差，s。

每一个远程数据处理终端2都包含GPS系统24，达成泄漏发现和时间同步功能，因此管道泄漏监测系统在通讯中断或损坏状况下，也能持续探查泄漏。在通讯恢复后，再由泄漏监测数据服务器3收集各现场远程数据处理终端2收集到的泄漏事件及时间，从而计算泄漏位置，并在监控终端4上显示，及时发出报警和启动应急处理。

本发明适用于原油、成品油及其它石油制品的集输液体管道监测，天然气、煤气及其它有毒有害气体密闭输送管道监测，可用Ethernet、Internet通信，如卫星通信、无线网桥、无线电台等各种通讯方式，其优点如下：

快速报警——液体介质60s、气体介质300s 以内发出警报（50km 站间距、可扩展）

灵敏度高——动态测量方法，根据变化量设定最大信号输出

准确度高——泄漏位置判断误差±100m

操作方便——自动报警、自动定位

自动诊断——断电自启动，通信链路、音波采集、GPS 系统自动诊断并报警提示。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种音波管道泄漏监测系统，其特征在于，包括：

音波泄漏监测仪（1），分别设置在管道的首端与末端，用以采集管道的泄漏信号，并经调理放大后，进行数模转换，然后上传至远程数据处理终端（2），若采集到泄漏信号，则发出报警信号；

远程数据处理终端（2），分别与设置在管道首端与末端的音波泄漏监测仪（1）连接，用以监视音波泄漏监测仪（1）的工作状态，同时接收音波泄漏监测仪（1）采集的泄漏信号，实时传送至泄漏监测数据服务器（3）；

泄漏监测数据服务器（3），实时接收存储各个远程数据处理终端（2）传送的数据进行分析确定报警是否存在并对泄漏位置定位，对管道进行实时监控；

监控终端（4），提供操作界面以控制系统运行的各种参数，并实时显示管道运行状态，若发生管道泄漏，及时发出报警并启动应急处理；

所述音波泄漏监测仪（1）与远程数据处理终端（2）通讯连接，所述远程数据处理终端（2）与泄漏检测数据服务器（3）通讯连接，所述泄漏检测数据服务器（3）与监控终端（4）通讯连接；

所述音波泄漏监测仪（1）包括防爆壳（11），所述防爆壳（11）内分别设置有音波传感器（12），用以采集管道音波信号；音波数据采集器（13），用以采集音波传感器（12）采集到的处于管道泄漏频率范围内音波信号；信号调理器（14），用以调理放大音波数据采集器（13）采集到的管道泄漏音波信号；模数转换器（15），用以将经信号调理器（14）调理后的音波信号转换成数字信号，并经通讯网络传输至远程数据处理终端（2）；所述防爆壳（11）上设置有安装连接头（16），所述音波泄漏监测仪（1）通过安装连接头（16）分别连接在管道的首端与末端；

所述远程数据处理终端（2）包括主机（21）、供电电源（22）、防爆安全栅（23）、GPS系统（24），所述主机（21）、供电电源（22）、GPS系统（24）之间通过总线模块相互连接，所述供电电源（22）与防爆安全栅（23）连接；所述主机 （21）与模数转换器（15）通讯连接，所述GPS系统（24）与泄漏监测数据服务器（3）通讯连接；

所述泄漏监测 数据服务器（3）包括GPS定位模块（31），用于与远程数据处理终端（2）的GPS系统（24）捕获管道泄漏音波分别到达管道首端与末端音波泄漏监测仪（1）的时间；数据接收模块（32），用于实时接收各个远程数据处理终端（2）传输的数据；泄漏分析计算模块（33），对数据接收模块（32）接收的数据进行实时分析，并判断是否发生泄漏；若发生泄漏，则根据GPS定位模块（31）及GPS系统（24）捕获的管道泄漏音波分别到达管道首端与末端音波泄漏监测仪（1）的时间差，计算泄漏位置；数据库（34），用于保存数据接收模块（32）接收的原始数据，及泄漏分析计算模块（33） 分析计算生成的包括泄漏发生时间、地点信息的泄漏状态日志。

2.根据权利要求1所述的一种音波管道泄漏监测系统，其特征在于，所述监控终端（4）为包括人机界面和设置在人机界面上的操作平台，所述操作平台上分别设置有系统组态模块、泄漏分析参数设置模块、管网地图制作模块、实时数据显示模块、历史曲线查询模块、位置报警提示模块、报警信息报表模块、人工信号分析模块、系统运行监视模块。

3.根据权利要求1所述的一种音波管道泄漏监测系统，其特征在于，所述通讯连接为光纤以太网、电台、internet、3G/4G无线通讯连接中的一种或几种。