CN108006442A - 一种流体管道泄漏源定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流体管道泄漏源定位系统及方法，涉及管道检测技术领域，解决了现有技术中使用固定声波传播速度，计算得到的流体管道中泄漏源位置不准确的问题。该流体管道泄漏源定位系统包括主站单元和n个子站单元，各子站单元分别与流体管道流通，且n个子站单元沿流体管道方向依次分布，其中，主站单元包括依次连接的选择模块、处理模块和控制模块，选择模块分别与各子站单元交互连接；n≥2。该流体管道泄漏源定位方法包括上述技术方案所提的流体管道泄漏源定位系统。本发明提供的流体管道泄漏源定位系统用于管道泄漏源的检测。

Description

一种流体管道泄漏源定位系统及方法

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种流体管道泄漏源定位系统及方法。

背景技术

近年来，因油气管道泄漏导致的灾难性事故频发，管道的安全运行和维护受到了威胁和挑战。因此需要使用先进的科学手段建立管道安全预报警体系，通过有效的技术手段对管道内流体泄漏事故进行实时监测，准确发出泄漏报警并快速定位，以便于生产单位启动相应的应急预案，减少类似安全事故的发生。

目前，管道内流体泄漏监测方法主要有：压力点分析法、负压波法、流量差监测法、光缆监测法等，这些方法只能检测管道内的流体是否泄漏，并不能定位流体的泄漏位置。随着技术的发展，次声波法被用在管道泄漏源的定位中，通过检测流体泄漏时产生的次声波信号到达检测器的时间，乘以次声波的传播速度，既可定位流体泄漏位置。但是，由于次声波传播速度受流体种类和性质、管道介质类型、温度、压力、流速和密度等影响，波动范围较大，如果用特定的速度去定位泄漏点误差极大，定位距离不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体管道泄漏源定位系统及方法，解决了现有技术中使用固定声波传播速度，计算得到的流体管道中泄漏源位置不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种流体管道泄漏源定位系统，包括主站单元和n个子站单元，各所述子站单元分别与所述流体管道流通，且n个所述子站单元沿所述流体管道方向依次分布；其中，所述主站单元包括依次连接的选择模块、处理模块和控制模块，所述选择模块分别与各所述子站单元交互连接，n≥2，

所述子站单元用于感测流体泄漏信号，并根据释放控制信号释放次声波；

所述选择模块用于确定第一个接收到所述流体泄漏信号的第n-1子站单元，以及确定第二个接收到所述流体泄漏信号的第n子站单元；

所述控制模块用于在所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号时，向所述第n-1子站单元发送所述释放控制信号；

所述处理模块用于根据所述第n-1子站单元释放所述次声波的时刻t₁、所述第n子站单元感测到所述次声波的时刻t₂、所述第n子站单元与所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号的时间差值t₃、所述第n-1子站单元至所述第n子站单元的间距d，计算得到所述泄漏源的位置。

优选的，所述子站单元包括感测模块、次声波模块、开关模块以及数字化仪，所述感测模块和所述次声波模块分别与所述开关模块连通，所述开关模块与所述流体管道连通，所述感测模块的信号端、所述次声波模块的信号端以及所述开关模块分别与所述数字化仪连接，所述数字化仪与所述选择模块交互连接；

所述感测模块用于感测流体泄漏信号，所述次声波模块用于根据所述释放控制信号释放次声波；

所述开关模块用于根据开关控制信号控制所述感测模块和/或所述次声波模块与所述流体管道的导通状态；

所述数字化仪用于控制输出所述释放控制信号和/或所述开关控制信号以及控制所述开关模块的开关状态。

进一步的，所述子站单元还包括分别设在数字化仪上的信号收发模块和电源模块，所述信号收发模块用于建立所述数字化仪与所述选择模块之间的通信连接。

优选的，所述子站单元还包括定位模块，所述定位模块设在所述感测模块或所述次声波模块上，所述定位模块与所述数字化仪连接；

所述定位模块用于接收授时信号及定位坐标。

较佳的，所述次声波模块包括次声波发生装置、上部电磁阀、下部电磁阀、容器、压力传感器以及防护板，所述声波发生装置通过所述上部电磁阀与所述容器的顶部连通，所述容器的底部通过所述下部电磁阀与所述流体管道连通，所述压力传感器设在所述容器上，所述次声波发生装置、所述上部电磁阀、所述下部电磁阀和所述压力传感器通过集成端口分别与所述数字化仪连接；

所述数字化仪还用于分别控制所述声波发生装置、所述上部电磁阀和所述下部电磁阀的开启状态，以及还用于接收压力传感器的检测气压信号；

所述检测气压信号包括气压值信号和气压值报警信号。

较佳的，所述次声波模块包括次声波发生装置和电磁阀，所述次声波发生装置通过所述电磁阀与所述流体管道连通。

与现有技术相比，本发明提供的流体管道泄漏源定位系统具有以下有益效果：

本发明提供的流体管道泄漏源定位系统中，由主站单元和n个子站单元组成，主站单元分别与n个子站单元交互连接，且各子站单元沿流体管道方向依次分布，其中，主站单元包括依次连接的选择模块、处理模块和控制模块，选择模块分别与各子站单元交互连接；本发明采取在流体管道各节点处布置子站单元的方式，实时监测流体管道的各节点处的流体泄漏情况，进而通过对应节点的子站单元准确定位泄漏源的位置。具体的，选择模块实时接收各子站单元感测的流体泄漏信号反馈，通过泄漏源发生在相邻节点之间的假设，且相同环境下次声波传播速度相同的原则，利用选择模块找到最先感测到流体泄漏信号的两个子站单元，对应为第n-1子站单元和第n子站单元，即可确定该泄漏源的大致位置处于第n-1子站单元和第n子站单元之间，然后利用控制模块在第n-1子站单元感测到流体泄漏信号时，向第n-1子站单元发送释放控制信号以使其释放次声波，最后通过处理模块记录第n-1子站单元释放次声波的时刻t₁、第n子站单元感测到次声波的时刻t₂、以及第n-1子站单元至第n子站单元的间距d，计算得到当前环境次声波传播速度，然后再根据第n子站单元与第n-1子站单元感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，计算得到泄漏源的位置。

又由于次声波具有不易衰减、抗干扰能力强等特点，因此本发明中的子站单元采用次声波作为探测声源，具有探测泄漏源精度高、范围广等特点，另外，本发明中次声波的传播速度是根据当前流体管道实测得到的，因此采用本发明提供的流体管道泄漏源定位系统可准确定位泄漏源的位置。

本发明的另一方面提供一种流体管道泄漏源定位方法，应用于上述技术方案所述的流体管道泄漏源定位系统中，所述方法包括：

感测流体泄漏信号，并根据释放控制信号释放次声波；

确定第一个接收到所述流体泄漏信号的第n-1子站单元，以及确定第二个接收到所述流体泄漏信号的第n子站单元；

在所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号时，向所述第n-1子站单元发送所述释放控制信号；

根据所述第n-1子站单元释放所述次声波的时刻t₁、所述第n子站单元感测到所述次声波的时刻t₂、所述第n子站单元与所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号的时间差值t₃、所述第n-1子站单元至所述第n子站单元的间距d，计算得到所述泄漏源的位置。

优选的，所述计算得到泄漏源的位置的方法包括：

根据第n-1子站单元至第n子站单元的间距d，以及第n-1子站单元释放次声波的时刻t₁与第n子站单元感测到次声波的时刻t₂之间的时间差值，计算得到次声波传播速度v；

根据所述次声波传播速度v、第n-1子站单元至第n子站单元的间距d、以及第n子站单元与第n-1子站单元感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，计算得到所述泄漏源的位置。

与现有技术相比，本发明提供的流体管道泄漏源定位方法的有益效果与上述技术方案提供的流体管道泄漏源定位系统的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一中流体管道泄漏源定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一中流体管道泄漏源定位系统的结构框图；

图3为图1中次声波模块的结构示意图；

图4为本发明实施例二中流体管道泄漏源定位方法的流程示意图；

图5为图4中计算泄漏源的位置方法的流程示意图。

附图标记：

1-主站单元， 2-子站单元；

10-流体管道， 11-选择模块；

12-处理模块， 13-控制模块；

21-数字化仪， 22-感测模块；

23-次声波模块， 24-开关模块；

231-次声波发生装置， 232-上部电磁阀；

233-下部电磁阀， 234-容器；

235-压力传感器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1和图2，本实施例提供的一种流体管道泄漏源定位系统，包括主站单元1和n个子站单元2，各子站单元2分别与流体管道10流通，且n个子站单元2沿流体管道10方向依次分布，其中，主站单元1包括依次连接的选择模块11、处理模块12和控制模块13，选择模块11分别与各子站单元2交互连接；n≥2，

子站单元2用于感测流体泄漏信号，并根据释放控制信号释放次声波；

选择模块11用于确定第一个接收到流体泄漏信号的第n-1子站单元2，以及确定第二个接收到流体泄漏信号的第n子站单元2；

控制模块13用于在第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号时，向第n-1子站单元2发送释放控制信号；

处理模块12用于根据第n-1子站单元2释放次声波的时刻t₁、第n子站单元2感测到次声波的时刻t₂、第n子站单元2与第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号的时间差值t₃、第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d，计算得到泄漏源的位置。

具体实施时，计算得到泄漏源的位置的方法包括：根据第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d，以及第n-1子站单元2释放次声波的时刻t₁与第n子站单元2感测到次声波的时刻t₂之间的时间差值，计算得到次声波传播速度v；根据次声波传播速度v、第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d、以及第n子站单元2与第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，计算得到泄漏源的位置。具体的计算公式如下：

d₁＝d(t₃+t₂-t₁)/2(t₂-t₁)，所述d₁为泄漏源至第n-1子站单元2的距离，且泄漏源处在第n-1子站单元2与第n子站单元2之间。

根据上述具体实施过程可知，本实施例提供的流体管道泄漏源定位系统由主站单元1和n个子站单元2组成，主站单元1分别与n个子站单元2交互连接，且各子站单元2沿流体管道10方向依次分布，其中，主站单元1包括依次连接的选择模块11、处理模块12和控制模块13，选择模块11分别与各子站单元2交互连接；本实施例采用在流体管道10各节点处布置子站单元2的方式，实时监测流体管道10的各节点处的流体泄漏情况，进而通过对应节点的子站单元2准确定位泄漏源的位置。具体的，选择模块11实时接收各子站单元2感测的流体泄漏信号反馈，通过泄漏源发生在相邻节点之间的假设，且相同环境下次声波传播速度相同的原则，利用选择模块11找到最先感测到流体泄漏信号的两个子站单元2，对应为第n-1子站单元2和第n子站单元2，即可确定该泄漏源的大致位置处于第n-1子站单元2和第n子站单元2之间，然后利用控制模块13在第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号时，向第n-1子站单元2发送释放控制信号以使其释放次声波，最后通过处理模块12记录第n-1子站单元2释放次声波的时刻t₁、第n子站单元2感测到次声波的时刻t₂、以及第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d，计算得到当前环境次声波传播速度，然后再根据第n子站单元2与第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，计算得到泄漏源的位置。

由于次声波具有不易衰减、抗干扰能力强等特点，因此本实施例中的子站单元2采用次声波作为探测声源，具有探测泄漏源精度高、范围广的特点，另外，本实施例中次声波的传播速度是根据当前流体管道10实测得到的，因此采用本实施例提供的流体管道泄漏源定位系统可准确定位泄漏源的位置。

可以理解的是，子站单元2设置的数量可根据流体管道10的长度自由设置，在流体管道10总长度一定的条件下，设置的子站单元2数量越多，则相邻子站单元2的间隔距离越近，通过子站单元2感测到流体泄漏信号的准确度也越高，进而定位的泄漏源位置越准确。因此，本实施不对子站单元2设置的数量进行限定，本领域技术人员可根据流体管道10的实际情况自由选择。

另外，相邻子站单元2的间隔距离可以相等或不等，优选的，各相邻子站单元2间隔距离相等，这样d为定值，方便公式的计算。

具体的，请参阅图2，上述实施例中的子站单元2包括感测模块22、次声波模块23、开关模块24以及数字化仪21，感测模块22和次声波模块23分别与开关模块24连通，开关模块24与流体管道10连通，感测模块22的信号端、次声波模块23的信号端以及开关模块24分别与数字化仪21连接，数字化仪21与选择模块11交互连接；感测模块22用于感测流体泄漏信号，次声波模块23用于根据释放控制信号释放次声波；开关模块24用于根据开关控制信号控制感测模块22和/或次声波模块23与流体管道10的导通状态；数字化仪21用于控制输出释放控制信号和/或开关控制信号以及控制开关模块24的开关状态。

具体实施时，数字化仪21一方面能够将感测模块22感测到的流体泄漏信号转发至主站单元1中的选择模块11，另一方面还可以接收主站单元1中控制模块13发送的释放控制信号并将该释放控制信号转发至次声波模块23，使得次声波模块23释放次声波。此外，数字化仪21与感测模块22、次声波模块23可采用分体式设计，这样可减少子站单元2占用流体管道10的位置，方便对子站单元2的安装与拆卸。示例性的，上述感测模块22为次声波传感器、开关模块24为阀门、信号收发模块为信号收发天线。

需要补充的是，上述实施例中的子站单元2还包括分别设在数字化仪21上的信号收发模块(图中未示出)、电源模块(图中未示出)，以及设在感测模块22或次声波模块23上的定位模块(图中未示出)，定位模块与数字化仪21连接，其中，信号收发模块用于建立数字化仪21与选择模块11之间的通信连接，定位模块用于接收授时信号及定位坐标，通过授时信号记录第n-1子站单元2释放次声波的时刻t₁、第n子站单元2感测到次声波的时刻t₂、以及第n子站单元2与第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，通过相邻子站单元2的定位坐标得到第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d。

在具体实施的过程中，上述实施例中次声波模块23的结构多种多样，为了便于理解，本实施例示例性的给出两种具体结构：

第一种：请参阅图3，次声波模块23包括次声波发生装置231、上部电磁阀232、下部电磁阀233、容器234、压力传感器235以及防护板(图中未示出)，声波发生装置通过上部电磁阀232与容器234的顶部连通，容器234的底部通过下部电磁阀233与流体管道10连通，压力传感器235设在容器234上，次声波发生装置231、上部电磁阀232、下部电磁阀233和压力传感器235通过集成端口分别与数字化仪21连接；数字化仪21还用于分别控制声波发生装置、上部电磁阀232和下部电磁阀233的开启状态，以及还用于接收压力传感器235的检测气压信号；检测气压信号包括气压值信号和气压值报警信号。

具体实施时，当数字化仪21向次声波发生装置231转发释放控制信号的同时，控制上部电磁阀232打开，通过次声波发生装置231向容器234内注入额定时间的次声波，然后控制上部电磁阀232关闭，下部电磁阀233打开，此时流体充满容器234，使得次声波沿流体管道10方向传播，另外，通过设置在容器234上的压力传感器235检测当前流体管道10的气压信号，使得气压值超过阈值时，发出报警信号。

通过上述实施过程可知，由于流体通常为有害气体，因此通过上部电磁阀232与下部电磁阀233的配合开关，在次声波注入的过程中，实现了有害气体的零泄漏，避免了有害气体对大气环境造成污染。另外，通过压力传感器235的设置，可使维护人员远程掌握流通管道的气压信息，以便对流通管道做出相应调整，防止因流通管道气压过大造成的危险事故的发生。

第二种：次声波模块23包括次声波发生装置231和电磁阀，次声波发生装置231通过电磁阀与流体管道10连通。此种结构简单，成本低，适用于管道内流体对环境污染小或者无污染的情况。

实施例二

请参阅4，本发明实施例提供了一种流体管道泄漏源定位方法，包括：

感测流体泄漏信号，并根据释放控制信号释放次声波；

确定第一个接收到所述流体泄漏信号的第n-1子站单元2，以及确定第二个接收到所述流体泄漏信号的第n子站单元2；

在所述第n-1子站单元2感测到所述流体泄漏信号时，向所述第n-1子站单元2发送所述释放控制信号；

根据所述第n-1子站单元2释放所述次声波的时刻t₁、所述第n子站单元2感测到所述次声波的时刻t₂、所述第n子站单元2与所述第n-1子站单元2感测到所述流体泄漏信号的时间差值t₃、所述第n-1子站单元2至所述第n子站单元2的间距d，计算得到所述泄漏源的位置。

进一步的，请参阅图5，所述计算得到泄漏源位置的方法包括：

根据第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d，以及第n-1子站单元2释放次声波的时刻t₁与第n子站单元2感测到次声波的时刻t₂之间的时间差值，计算得到次声波传播速度v；

根据所述次声波传播速度v、第n-1子站单元2至第n子站单元2的间距d、以及第n子站单元2与第n-1子站单元2感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，计算得到所述泄漏源的位置。

具体的计算公式如下：

d₁＝d(t₃+t₂-t₁)/2(t₂-t₁)，所述d₁为泄漏源至第n-1子站单元2的距离，且泄漏源处在第n-1子站单元2与第n子站单元2之间。

与现有技术相比，本发明实施例提供的流体管道泄漏源定位方法的有益效果与上述实施例一提供的流体管道泄漏源定位系统的有益效果相同，在此不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，包括主站单元和n个子站单元，各所述子站单元分别与所述流体管道流通，且n个所述子站单元沿所述流体管道方向依次分布，其中，所述主站单元包括依次连接的选择模块、处理模块和控制模块，所述选择模块分别与各所述子站单元交互连接；n≥2，

所述子站单元用于感测流体泄漏信号，并根据释放控制信号释放次声波；

所述选择模块用于确定第一个接收到所述流体泄漏信号的第n-1子站单元，以及确定第二个接收到所述流体泄漏信号的第n子站单元；

所述控制模块用于在所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号时，向所述第n-1子站单元发送所述释放控制信号；

所述处理模块用于根据所述第n-1子站单元释放所述次声波的时刻t₁、所述第n子站单元感测到所述次声波的时刻t₂、所述第n子站单元与所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号的时间差值t₃、所述第n-1子站单元至所述第n子站单元的间距d，计算得到所述泄漏源的位置。

2.根据权利要求1所述的一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，所述子站单元包括感测模块、次声波模块、开关模块以及数字化仪，所述感测模块和所述次声波模块分别与所述开关模块连通，所述开关模块与所述流体管道连通，所述感测模块的信号端、所述次声波模块的信号端以及所述开关模块分别与所述数字化仪连接，所述数字化仪与所述选择模块交互连接；

所述感测模块用于感测流体泄漏信号，所述次声波模块用于根据所述释放控制信号释放次声波；

所述开关模块用于根据开关控制信号控制所述感测模块和/或所述次声波模块与所述流体管道的导通状态；

所述数字化仪用于控制输出所述释放控制信号和/或所述开关控制信号以及控制所述开关模块的开关状态。

3.根据权利要求2所述的一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，所述子站单元还包括分别设在数字化仪上的信号收发模块和电源模块，所述信号收发模块用于建立所述数字化仪与所述选择模块之间的通信连接。

4.根据权利要求2所述的一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，所述子站单元还包括定位模块，所述定位模块设在所述感测模块或所述次声波模块上，所述定位模块与所述数字化仪连接；

所述定位模块用于接收授时信号及定位坐标。

5.根据权利要求2或4所述的一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，所述次声波模块包括次声波发生装置、上部电磁阀、下部电磁阀、容器、压力传感器以及防护板，所述声波发生装置通过所述上部电磁阀与所述容器的顶部连通，所述容器的底部通过所述下部电磁阀与所述流体管道连通，所述压力传感器设在所述容器上，所述次声波发生装置、所述上部电磁阀、所述下部电磁阀和所述压力传感器通过集成端口分别与所述数字化仪连接；

所述数字化仪还用于分别控制所述声波发生装置、所述上部电磁阀和所述下部电磁阀的开启状态，以及还用于接收压力传感器的检测气压信号；

所述检测气压信号包括气压值信号和气压值报警信号。

6.根据权利要求2或4所述的一种流体管道泄漏源定位系统，其特征在于，所述次声波模块包括次声波发生装置和电磁阀，所述次声波发生装置通过所述电磁阀与所述流体管道连通。

7.一种流体管道泄漏源定位方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的流体管道泄漏源定位系统中，所述方法包括：

感测流体泄漏信号，并根据释放控制信号释放次声波；

确定第一个接收到所述流体泄漏信号的第n-1子站单元，以及确定第二个接收到所述流体泄漏信号的第n子站单元；

在所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号时，向所述第n-1子站单元发送所述释放控制信号；

根据所述第n-1子站单元释放所述次声波的时刻t₁、所述第n子站单元感测到所述次声波的时刻t₂、所述第n子站单元与所述第n-1子站单元感测到所述流体泄漏信号的时间差值t₃、所述第n-1子站单元至所述第n子站单元的间距d，计算得到所述泄漏源的位置。

8.根据权利要求7所述的一种流体管道泄漏源定位方法，其特征在于，所述计算得到泄漏源位置的方法包括：

根据第n-1子站单元至第n子站单元的间距d，以及第n-1子站单元释放次声波的时刻t₁与第n子站单元感测到次声波的时刻t₂之间的时间差值，计算得到次声波传播速度v；

根据所述次声波传播速度v、第n-1子站单元至第n子站单元的间距d、以及第n子站单元与第n-1子站单元感测到流体泄漏信号的时间差值t₃，计算得到所述泄漏源的位置。