CN108332065A - 水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置及方法，所述装置包括若干套水听设备，每套水听设备包括紧贴管道外壁的水箱以及设置在水箱中的光纤水听器，水箱内装满水；光纤水听器与传输光缆连接，传输光缆接入光收发机中，光收发机和信号解调处理主机连接。本发明监测敏感度和准确性高，可以有效消除输送介质产生的压力脉动带来的干扰，装置使用安全可靠，安装方便快捷，可以在老旧管道上进行安装布置，不仅能实时在线地监测并预警管道泄漏、爆管以及第三方施工、破坏等异常情况，还能精确定位以上异常情况发生的准确位置，提醒管道维保人员及时采取应急预案，避免发生重大安全生产事故。
Description
技术领域
本发明属于声学测量技术领域，尤其涉及一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置及方法。
背景技术
对于油气、化工、供水、供热等管道储运行业来讲，如何实时在线监测管道泄漏和爆管、第三方施工引起的管道破坏以及恶意偷盗等情况并及时进行预警，一直是困扰企业的难题。特别是大量在线运行的寿命周期将到或者已经超期运行的管道，受各种条件制约，不可能沿着老管道全线开挖布置分布式传感器。但是，一旦管道发生泄漏、爆管等情况，轻则造成能源或者原材料浪费，重则影响安全生产，甚至引起爆炸，造成人身伤亡事故和重大财产损失。
目前业内对老旧管道泄漏、爆管和第三方施工引起的破坏等情况基本靠人工巡检，凭巡检人员的眼睛观察和耳朵听声来判断管道状况，或者是巡检工人使用手持式的电子声波监测仪在夜深人静的时候贴着地面检查。人工巡检方式不仅人工成本较高，巡检人员的自觉性也不可控，而且只能是抽检或者例行检查，巡检的时间和空间上都存在盲区，不能及时发现安全隐患。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置，包括若干套水听设备、传输光缆、光收发机和信号解调处理主机；每套所述水听设备包括紧贴所述管道外壁的水箱以及设置在所述水箱中的光纤水听器，所述水箱内装满水；所述光纤水听器与所述传输光缆连接，所述传输光缆接入所述光收发机中，所述光收发机和所述信号解调处理主机连接。
进一步的，所述水箱包括金属侧箱壁以及由光固化防腐胶片制作的箱底板。
进一步的，所述金属侧箱壁的外壁上覆盖有光固化防腐胶片。
进一步的，所述金属侧箱壁的底端与所述管道外壁的形状匹配。
进一步的，所述金属侧箱壁围成的水箱横截面为圆形。
进一步的，所述装置还包括与所述信号解调处理主机连接的报警设备和/或综合显示系统。
进一步的，两个相邻的所述光纤水听器之间的距离为 500-1500m。
进一步的，所述装置通过光纤分束器或波分复用器设置多个光通道。
本发明还提供一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的方法，包括：
S1.在被监测的管道上设置水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置，所述装置包括沿被监测管道安装的多套水听设备、传输光缆、光收发机和信号解调处理主机；每套所述水听设备包括紧贴所述管道外壁的水箱以及设置在所述水箱中的光纤水听器，所述水箱内装满水；所述光纤水听器与所述传输光缆连接，所述传输光缆接入所述光收发机中，所述光收发机和所述信号解调处理主机连接；
S2.按照位置顺序依次对光纤水听器编号，标定每一个光纤水听器在被监测管道上的具体位置；
S3.被监测管道上发生情况时，信号解调处理主机根据声波信号到达距离情况发生点最近的两个光纤水听器的时间差来计算情况发生点在被监测管道上的具体位置。
进一步的，所述方法还包括：S4.信号解调处理主机将判断结果发送至综合显示系统显示，并向报警设备发送报警信号。
进一步的，所述水箱包括金属侧箱壁以及由光固化防腐胶片制作的箱底板。
进一步的，所述金属侧箱壁的外壁上覆盖有光固化防腐胶片。
进一步的，所述金属侧箱壁的底端与所述管道外壁的形状匹配。
进一步的，所述金属侧箱壁围成的水箱横截面为圆形。
进一步的，两个相邻的所述光纤水听器之间的距离为 500-1500m。
进一步的，所述装置通过光纤分束器或波分复用器设置多个光通道。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过将光纤水听器放置在装满水的水箱中，使常规应用于江海湖泊中的光纤水听器也可以应用在陆地管道安全状况的监测，解决了大量的老旧管道急需监测，但却因为各种建筑物占压、地下环境复杂、征地补偿成本高、施工难度大、工期长等各种原因，不能全线施工开挖安装分布式光纤传感器的客观问题；
2、光纤水听器组网的传感系统本身无源、本安、防爆，适合易燃、易爆等高危场合使用，运行安全可靠，确保危险品输送管道安全；
3、能够快速、便捷的建设管道安全监测、预警系统，减少、避免重大安全事故的发生；能帮企业省掉巨额的征地补偿费和施工费；
4、一套系统能够同时解决管道泄漏、爆管和第三方施工、破坏的监测和预警，光纤水听器对声波具有极高的灵敏度，可在管道发生泄漏、爆管或者第三方施工破坏的第一时间做出准确判断并发出预警，提醒安保人员及时采取措施，避免管道泄漏、爆管和第三方施工破坏导致的重大安全生产事故；
5、本发明将改变很多企业依靠人工巡检的被动安全管理模式，实现实时在线的主动安全管理，避免人工巡检存在时间、空间盲区以及责任心存在的缺陷，提高企业精细化管理水平，保证管道储运安全和效率的同时，节约人工巡线成本，降低劳动强度，提高员工幸福指数。
附图说明
图1为本发明的水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置的结构示意图；
图2为本发明的水听设备的剖视图；
其中：1管道,2水箱,201金属侧箱壁，202箱底板， 3光纤水听器，4传输光缆，5光缆接头盒，6光收发机， 7信号解调处理主机，8报警设备。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置，如图1和图2所示，包括沿管道1设置的多套水听设备, 每套水听设备包括紧贴管道1外壁的水箱2以及设置在水箱2中的光纤水听器3，水箱2包括金属侧箱壁201以及由光固化防腐胶片制作的箱底板202，金属侧箱壁201围成的水箱2横截面为圆形，即水箱2为与管道1垂直设置的圆筒状箱体，可以达到更好的声传播和声采集效果，金属侧箱壁 201底端的形状与管道1外壁的形状匹配，水箱2内装满水，光纤水听器3浸没在水箱2内的水中，沿管道1壁传播的声波信号传播到水听设备处时，水箱2内装的水产生水声振动，光纤水听器3接收到水声振动后将水声振动转换为光信号；两个相邻的光纤水听器3之间的距离一般在500-1500m 之间；沿管道1外壁还设置有传输光缆4，光纤水听器3与传输光缆4连接，光纤水听器3转换得到的光信号沿传输光缆4传播，并和光收发机6发出的探测光发生干涉，通过光缆接头盒5上传至信号解调处理主机7，信号解调处理主机 7用于将光信号转换成为电信号，并进行信号分析和处理，再通过与信号解调处理主机7连接的综合显示系统显示分析处理的结果，并向与信号解调处理主机7连接的报警设备 8发送报警信号。
应用本实施例提供的水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置时,首先需要沿被监测管道1安装多套水听设备，水听设备之间的间距的选择要综合考虑安装地的环境以及光纤水听器3的可检测范围；并按照位置顺序依次对光纤水听器3编号，用于标定每一个光纤水听器3在被监测管道1上的具体位置。水听设备中的水箱2包括金属侧箱壁201以及由光固化防腐胶片制作的箱底板202，其中采用金属材质制作的水箱2侧筒壁强度高，且对环境噪声不敏感，一般可选用不锈钢等耐腐蚀的材质；由光固化防腐胶片制作的箱底板202有利于声波投射；采用两种不同的材质来制作水箱2既可以使被探测声波信号有效传达至光纤水听器3，又可以有效消除环境噪声对光纤水听器3的影响。金属侧箱壁201底端的形状与管道1外壁的形状匹配，以利于水箱2 可以更紧密地贴在被监测管道1上；箱底板202采用光固化防腐胶片制作，光固化防腐胶片10可以随意裁剪成各种形状，方便现场将金属侧箱壁201底端和管道1外壁紧密牢固的粘贴在一起，降低将水箱2安装到管道1外壁上的操作难度，同时还可以有效消除水箱2和管道1外壁之间的空隙，提高声波信号的传导效果。优选的，还可以在金属侧箱壁 201的外壁上覆盖光固化防腐胶片，且用作箱底板202和覆盖在金属侧箱壁201的外壁上的光固化防腐胶片为一整片，有效避免水箱渗漏和金属侧箱壁201被腐蚀。被监测管道1 上设置的多个光纤水听器3通过传输光缆4串联起来。如果被监测管道1上某一点发生了泄漏、爆管、第三方进行施工或破坏等情况，均会产生声波信号；声波信号同时沿被监测管道1朝管道1的两端传播，导致紧贴被监测管道1的水箱 2内盛装的水产生水声振动，位于情况发生点两侧且离该点最近的两个光纤水听器3会首先监测到水声振动，光纤水听器3将水声振动转换为光信号，光信号沿传输光缆4传输，并和光收发机6发出的探测光发生干涉，通过传输光缆4 及光缆接头盒5上传至信号解调处理主机7，信号解调处理主机7将光信号转换成为电信号，并进行信号分析，由于监测到水声振动的各个光纤水听器3在被监测管道1上的具体位置是已知的，以及声波信号沿被监测管道1传播的速度也是固定的，信号解调处理主机7依据声波信号到达距离情况发生点最近的两个光纤水听器3的时间差，可以计算出情况发生点的具体位置，然后通过与信号解调处理主机7连接的综合显示系统显示情况发生点的具体位置信息，同时信号解调处理主机7向报警设备8发送报警信号让其及时报警提醒工作人员，方便管道维抢修人员快速准确的找到异常位置实施应急方案，避免重大管道安全事故发生。
本实施例通过将光纤水听器3放置在装满水的水箱2 中，使常规应用于江海湖泊中的光纤水听器3也可以应用在陆地管道情况的监测。现有的应用振动原理来监测管道情况的技术，比如超声波听漏、管道负压波检漏等，都是将探听装置敷设于管道1内部，无法屏蔽管道1内的输送介质因为压力和流速产生的压力脉动即“伪声”带来的干扰。而本实施例中的光纤水听器3通过放置在装满水的水箱2中安装于管道1外壁，压力脉动的声振动信号很弱，而管道1壁产生的声振动信号较强，经管道1壁传输时容易被光纤水听器3 采集到；同时，对用于输送易燃易爆、有毒有害物质的管道 1，不需要在管道1上开口放入探听装置，施工简单方便、安全可靠，不会影响管道1中物质的正常输送。光纤水听器 3具有灵敏度高、频响检测范围宽、无需电源供电、安全可靠、安装便捷等优点，可广泛安装于具有监测需求的老旧管道上，有效解决老旧管道因为各种建筑物占压、地下环境复杂、施工难度大、工期长、征地补偿成本高等原因导致的难以进行全线开挖安装分布式光纤传感系统的难题，及时在管道出现各种状况时快速准确地确定情况发生点的具体位置，及时发送报警信号提醒工作人员注意并及时采取补救措施，避免因管道问题未能及时发现导致的重大安全生产事故。
本实施例可以改变现有老旧管道主要依靠人工巡检管道的被动管理方式，实现实时在线的主动安全管理，避免人工巡检存在的时间、空间盲区以及责任心不足导致的问题，提高企业精细化管理水平，在保证管道储运安全和效率的同时，节约人工巡线成本，降低工作人员劳动强度。
本实施例中采用的光纤水听器3以及连接它的传输光缆4无源本安，节能环保，本发明的安装过程也无需在管道 1上开孔安装，因此本发明可安全应用于易燃易爆物质的泄漏、爆管的监测预警。
在本实施例中，由于管道泄漏产生的声波信号频率偏低，较难捕捉，光纤水听器3优选相位干涉型光纤水听器，该类型光纤水听器3探测灵敏度高，同时还兼具抗电磁干扰强、耐腐蚀性强等优点。
在本实施例中，优选的，水箱2的顶板可以采用非金属光固化防腐胶片制作，并且在水箱2上设置开口，开口处设置与开口匹配且密封性能优异的盖子，方便向水箱2内加水。
本发明中采用的光固化防腐胶片为软膜胶带状片材，在未固化时材质柔软且可随意剪裁，可根据使用需要裁剪合适的大小和形状，贴放在管道1外壁上，然后将金属侧箱壁201放在其上面；通过光固化防腐胶片的固化，将金属侧箱壁201底端与管道1表面紧密连接起来。光固化防腐胶片可以选用市场上常见的品牌和型号，例如石狮华宝新材料工程有限公司的“WEII ABLE”9110紫外光固化复合片材。光固化防腐胶片用太阳光或者紫外灯照射就会固化定型，完成水箱2与管道1的连接和固定，避免由于现场缺少电源、热水等常规固化条件而影响工程施工；并且无需焊接，可以满足易燃、易爆管道施工的安全要求。
在本实施例中，优选的，根据需要监测的管道1的个数和走向，可以在装置中通过设置光纤分束器或波分复用器来设置多个光通道。采用分束器和波分复用器组成时分、波分复用的光纤水听器网络，可以利用一根光纤传输多路光纤水听器3的信号，大大增加传感网络的使用效率，把一台信号解调处理主机7所能监测的管道长度大大增加，节约大量管道安全监测费用，同时还可以满足管道分布较为复杂的情况下的管道安全监测。
实施例2
一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的方法，包括：
S1.在被监测管道1上设置水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置，所述装置包括沿被监测管道1 安装的多套水听设备、传输光缆4、光收发机6和信号解调处理主机7；每套水听设备包括紧贴管道1外壁的水箱2以及设置在水箱2中的光纤水听器3，水箱2包括金属侧箱壁 201以及由光固化防腐胶片制作的箱底板202和箱顶板，金属侧箱壁201底端的形状与管道1外壁的形状匹配，金属侧箱壁201围成的水箱2横截面为圆形，水箱2内装满水；两个相邻的光纤水听器3之间的距离在500-1500m之间；光纤水听器3与传输光缆4连接，传输光缆4接入光收发机6 中，光收发机6和信号解调处理主机7连接；
S2.按照位置顺序依次对光纤水听器3编号，标定每一个光纤水听器3在被监测管道1上的具体位置；
S3.被监测的管道1上发生情况时，声波信号沿管道1 壁传播；传播到水听设备处时，水箱2内装的水产生水声振动，光纤水听器3接收到水声振动后将水声振动转换为光信号；光信号沿传输光缆4传播，并和光收发机6发出的探测光发生干涉，通过传输光缆4和光缆接头盒5上传至信号解调处理主机7，信号解调处理主机7将光信号转换成为电信号，根据声波信号到达距离情况发生点最近的两个光纤水听器3的时间差来计算情况发生点在被监测管道1上的具体位置；
S4.信号解调处理主机7将判断结果发送至综合显示系统显示，并向报警设备8发送报警信号。
应用本实施例提供的方法来监测管道，如果被监测管道 1上某一点发生了泄漏、爆管、第三方进行施工或破坏等情况，均会产生声波信号；声波信号同时沿被监测管道1的管壁朝管道1的两端传播，导致紧贴被监测管道1的水箱2 内盛装的水产生水声振动，位于情况发生点两侧且离该点最近的两个光纤水听器3会首先监测到水声振动，光纤水听器 3将水声振动转换为光信号，光信号沿传输光缆4传播，并和光收发机6发出的探测光发生干涉，通过传输光缆4和光缆接头盒5上传至信号解调处理主机7，信号解调处理主机 7将光信号转换成为电信号，并进行信号分析，由于监测到水声振动的各个光纤水听器3在被监测管道1上的具体位置是已知的，以及声波信号沿被监测管道1传播的速度也是固定的，信号解调处理主机7根据声波信号到达距离情况发生点最近的两个光纤水听器3的时间差就可以准确计算出情况发生点的具体位置，达到实时监测管道状况并精确定位目的。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置，其特征在于，所述装置包括若干套水听设备、传输光缆(4)、光收发机(6)和信号解调处理主机(7)；每套所述水听设备包括紧贴所述管道(1)外壁的水箱(2)以及设置在所述水箱(2)中的光纤水听器(3)，所述水箱(2)内装满水；所述光纤水听器(3)与所述传输光缆(4)连接，所述传输光缆(4)接入所述光收发机(6)中，所述光收发机(6)和所述信号解调处理主机(7)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水箱(2)包括金属侧箱壁(201)以及由光固化防腐胶片制作的箱底板(202)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述金属侧箱壁(201)的外壁上覆盖有光固化防腐胶片。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述金属侧箱壁(201)的底端与所述管道(1)外壁的形状匹配。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述金属侧箱壁(201)围成的水箱(2)横截面为圆形。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述信号解调处理主机(7)连接的报警设备(8)和/或综合显示系统。
7.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，两个相邻的所述光纤水听器(3)之间的距离为500-1500m。
8.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述装置通过光纤分束器或波分复用器设置多个光通道。
9.一种水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.在被监测的管道(1)上设置水听器监测预警管道泄漏爆管和第三方破坏的装置，所述装置包括沿被监测管道(1)安装的多套水听设备、传输光缆(4)、光收发机(6)和信号解调处理主机(7)；每套所述水听设备包括紧贴所述管道(1)外壁的水箱(2)以及设置在所述水箱(2)中的光纤水听器(3)，所述水箱(2)内装满水；所述光纤水听器(3)与所述传输光缆(4)连接，所述传输光缆(4)接入所述光收发机(6)中，所述光收发机(6)和所述信号解调处理主机(7)连接；
S2.按照位置顺序依次对光纤水听器(3)编号，标定每一个光纤水听器(3)在被监测管道(1)上的具体位置；
S3.被监测管道(1)上发生情况时，信号解调处理主机(7)根据声波信号到达距离情况发生点最近的两个光纤水听器(3)的时间差来计算情况发生点在被监测管道(1)上的具体位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述水箱(2)包括金属侧箱壁(201)以及由光固化防腐胶片制作的箱底板(202)。
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