CN110194335A - 一种储罐底部油品泄漏的监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储罐底部油品泄漏的监测装置，包括：多个带孔PVC管等间隔布置在砂垫层内；感油电缆，其贯穿安装在带孔PVC管内；电缆端盒，其连接在感油电缆端部；连接电缆，其两端分别连接至相邻两根感油电缆一端端部的电缆端盒内，多根感油电缆通过多条连接线缆首尾相连形成连续线路；终端连接电缆，其一端连接至最外侧感油电缆一端端部的电缆端盒内；报警装置，其设置于储罐外部且与终端连接电缆另一端连接。本发明还公开了一种储罐底部油品泄漏的监测方法。本发明的有益效果：实现储罐底部泄漏监测报警，预估泄漏位置，提高储罐完整性和运行安全、使储罐底部泄漏监测更趋于实用化，减少设备投资和施工费用。

Description

一种储罐底部油品泄漏的监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及管道系统技术领域，具体而言，涉及一种储罐底部油品泄漏的监测装置及监测方法。

背景技术

在管道运行过程中，由于罐底板腐蚀、施工质量、材料缺陷和地基裂缝等原因，致使储罐底部油品泄漏，最终酝酿成安全和环境污染事故，给社会和企业造成了很大的不利影响，更给罐区周围人民群众的生命财产安全带来了严重威胁。如果不及时掌握储罐底部是否泄漏等相关信息，及时进行处理，会导致事故后果不断加重，造成严重的环境污染和重大的人身及财产损失。

对于储罐底部油品泄漏，以往工程无法进行泄露监测，无法及时发现泄漏问题，导致只有当出现人眼可观察到的泄漏油品和污染等重大事故时，才能发现相关问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种储罐底部油品泄漏的监测装置及监测方法，实现储罐底部泄露监测报警，使储罐底部油品泄漏监测报警速度更及时、准确率更高，提高储罐及周边人员和财产安全。

本发明提供了一种储罐底部油品泄漏的监测装置，包括：

带孔PVC管，其埋设于储罐基础的砂垫层内，所述带孔PVC管设置多个且等间隔布置在所述砂垫层内；

感油电缆，其贯穿安装在所述带孔PVC管内，所述感油电缆设置多根且分别安装在一个所述带孔PVC管内，且所述感油电缆两端外露于所述带孔PVC管两端；

电缆端盒，其连接在所述感油电缆端部；

连接电缆，其两端分别连接至相邻两根所述感油电缆一端端部的电缆端盒内，多根所述感油电缆通过多条所述连接线缆首尾相连形成连续线路；

终端连接电缆，其一端连接至最外侧感油电缆一端端部的电缆端盒内；

报警装置，其设置于所述储罐外部且与所述终端连接电缆另一端连接。

作为本发明进一步的改进，所述感油电缆为渗透型电缆，内部为电缆，外表涂敷有隔水且透油的绝缘材料。

作为本发明进一步的改进，所述绝缘材料采用聚氯乙烯纤维形成的网状结构。

作为本发明进一步的改进，所述报警装置包括信号发生器、数据采集卡、信号处理电路、处理器和显示器，所述数据采集卡的输入端和所述信号发生器的输出端接入最外侧感油电缆一端端部的电缆端盒内，所述数据采集卡的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与所述显示器连接。

作为本发明进一步的改进，所述信号处理电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路。

本发明还提供了一种储罐底部油品泄漏的监测装置的监测方法，包括以下步骤：

步骤1，安装储罐底部油品泄漏的监测装置后，开启所述监测装置；

步骤2，在报警装置上设置报警阈值及采样时间；

步骤3，所述报警装置定时采集一次感油电缆的电气特性信号，并计算；

步骤4，当感油电缆的电气特性达到设定的报警阈值时，所述报警装置记录采样的时间标签并启动计时程序；

步骤5，当计时程序达到设定的采样时间时，且感油电缆的电气特性仍然达到设定的报警阈值时，所述报警装置触发报警并显示泄漏程度和泄露位置，否则回到步骤3。

作为本发明进一步的改进，步骤1具体包括：

步骤101，铺设夯实层、防渗漏层和砂垫层，所述砂垫层铺设多层且其内等间隔预留有多个预埋孔；

步骤102，将多个带孔PVC管分别安装在所述预埋孔内，在每个带孔PVC管内部安装一根感油电缆，并将所述感油电缆的两端外露于所述带孔PVC管的两端；

步骤103，在每根所述感油电缆外露的两端端部分别连接一个电缆端盒，并将连接电缆两端分别连接至相邻两根所述感油电缆一端端部的电缆端盒内，使多条所述感油电缆通过多根连接线缆首尾相连形成连续线路；

步骤104，将一根终端连接电缆一端连接至最外侧感油电缆一端端部的电缆端盒内，并将所述终端连接电缆另一端引出；

步骤105，在带孔PVC管上再铺设多层砂垫层，并将绝缘层覆盖在所述砂垫层上；

步骤106，将报警装置与引出的所述终端连接电缆另一端连接，完成储罐底部油品泄漏的监测装置的安装。

作为本发明进一步的改进，步骤106中，在安装所述报警装置时，包括：将数据采集卡的输入端和信号发生器的输出端接入最外侧感油电缆一端端部的电缆端盒内，将所述数据采集卡的输出端与信号处理电路的输入端连接，将所述信号处理电路的输出端与处理器的输入端连接，将所述处理器的输出端与显示器连接。

作为本发明进一步的改进，步骤3具体包括：

步骤301，所述数据采集卡实时采集感油电缆的电气特性信号及感油电缆反射的延时信号；

步骤302，所述信号处理电路实时接收所述感油电缆的电气特性信号和延时信号，且所述信号处理电路对接收到的信号进行放大，从噪音信号中提取阻抗变化的电压信号和延时信号，滤波后进行模数转换；

步骤303，转换后的电压信号和延时信号送入所述处理器进行计算，获取泄漏点的阻抗和位置。

作为本发明进一步的改进，步骤5中，所述显示器上显示所述信号处理电路处理后的反射信号的时域波形以及所述处理器计算出的泄漏点的泄漏程度和泄露位置。

本发明的有益效果为：

实现储罐底部泄漏监测报警，并预估泄漏点的泄露位置及泄露程度，提高储罐完整性和运行安全，使储罐底部泄漏监测更趋于实用化，减少设备投资和施工费用。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种储罐底部油品泄漏的监测装置的结构示意图；

图2为图1中一种储罐底部油品泄漏的监测装置的安装示意图；

图3为发明实施例所述的一种储罐底部油品泄漏的监测方法的流程示意图。

图中，

1、储罐；2、感油电缆；3、电缆端盒；4、连接电缆；5、终端连接电缆；6、带孔PVC管；7、绝缘层；8、砂垫层；9、防渗漏层；10、夯实层。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，如图1-2所示，本发明实施例的一种储罐底部油品泄漏的监测装置，包括：多个带孔PVC管6、多根感油电缆2、多个电缆端盒3、多根连接电缆4、终端连接电缆5和报警装置。

带孔PVC管6埋设于储罐基础的砂垫层8内，储罐基础包括从下至上的夯实层10、防渗漏层9、砂垫层8和绝缘层7，储罐1安装在储罐基础上。带孔PVC管6根据储罐1底部的面积设置多个，且等间隔布置在砂垫层8内。PVC管，具有较好的力学性能，电性能优良，耐酸碱力极强，化学稳定性好，具有良好的水密性。带孔PVC管6的孔隙是聚氯乙烯纤维形成的网状结构，这种材料具有良好的化学稳定性，不易燃、绝缘阻抗特性稳定性好。将这种带孔PVC管6铺设在砂垫层8内，不受土壤水分的影响，根据油的特性而变化，具有疏水亲油的特性。漏油时，油品渗漏到带孔PVC管6上，根据带孔PVC管6的材料特性，带孔PVC管6选择性的渗入油质。每个带孔PVC管6分别根据其布设位置处的储罐长度预先制作。

感油电缆2贯穿安装在带孔PVC管6内，感油电缆2设置多根且分别安装在一个带孔PVC管6内，且感油电缆2两端外露于带孔PVC管6两端，便于安装电缆端盒3。当储罐1底板处发生腐蚀穿孔或破裂，油品从该处渗漏出去，渗漏出去的油品通过带孔PVC管6渗透后接触到预埋在的感油电缆2上。

电缆端盒3连接在感油电缆2端部，感油电缆2两端端部分别连接一个电缆端盒3。连接电缆4的两端分别连接至相邻两根感油电缆2一端端部的电缆端盒3内。终端连接电缆5一端连接至最外侧感油电缆2一端端部的电缆端盒3内。报警装置设置于储罐1外部且与终端连接电缆5另一端连接。

电缆端盒3用于将两段电缆连接起来，同时锁紧和固定进出线，起到防水防尘防震动的作用，使得整个储罐底部油品泄漏监测装置能安全可靠地运行。本实施例中用于将感油电缆2和连接电缆4连接，将感油电缆2和终端连接电缆5连接。如图1所示，多根感油电缆2通过连接线缆4形成首尾相连，使得多根感油电缆2形成整条连续线路，实现对整个储罐1底部泄露监测的全覆盖，且便于将每根感油电缆2的检测信息通过终端连接电缆5传输至报警装置。

报警装置可以设置在储罐1外部，便于工作人员进行管理。

其中，感油电缆2为渗透型电缆，内部为电缆，电缆外表涂敷有隔水且透油的绝缘材料。优选的，绝缘材料采用聚氯乙烯纤维形成的网状结构。当储罐1内部的油品泄漏后，油品通过带孔PVC管6渗到感油电缆2上，感油电缆2的绝缘材料会渗入油品，使得感油电缆2该点的电气特性发生变化，例如电阻值发生变化，阻抗发生变化，感油电缆2阻抗的变化伴随电信号(例如电压信号)的变化。感油电缆2变化的电信号与无泄漏时的电信号进行比较，若差值超过阈值则认定该处发生泄漏。通过计算阻抗变化的位置，从而完成检测和定位。利用该特征，即可判断出储罐1底板是否腐蚀穿孔或破裂，同时利用感油电缆2的电气特性变化可定位泄漏点的大概位置。

设置带孔PVC管6便于安装感油电缆2，为感油电缆2提供第一层隔水绝缘层，保护感油电缆2不受土壤水分影响，也为感油电缆2提供良好的化学稳定环境及绝缘环境。感油电缆2的外表涂敷有隔水且透油的绝缘材料，为内部电缆提供第二隔水绝缘层，保护内部电缆不受土壤水分影响，也为内部电缆提供良好的化学稳定环境及绝缘环境，确保内部电缆在与油品接触后的电气特性能及时、准确的发生变化，利于实时监测到储罐底板的油品泄漏。

报警装置包括信号发生器、数据采集卡、信号处理电路、处理器和显示器，信号发生器的输出端接入最外侧感油电缆2一端端部的电缆端盒3内，数据采集卡的输入端接入最外侧感油电缆2一端端部的电缆端盒3内，数据采集卡的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与显示器连接。信号处理电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路。数据采集卡、信号处理电路和处理器可以集成设计为一个整体，例如手持终端等，可以在上面设置报警阈值及采样时间及计时程序等。信号发生器产生激励信号，数据采集卡实时采集感油电缆2的电气特性变化的电信号和反射的延时信号，信号处理电路能实时接收感油电缆2的电气特性变化的电信号和延时信号，为防止信号被淹没，信号处理电路使用前置放大器和后级放大器对信号进行放大，从噪音信号中提取阻抗变化的电压信号和延时信号，采用滤波电路滤波后，进行模数转换，转换后的电压信号和延时信号送入处理器进行计算，并与预先设定的报警阈值进行比较，当差值超过电压信号阈值时，进行计算获取泄漏点的阻抗和位置，同时在显示器上显示信号处理电路处理后的反射信号的时域波形，并触发报警并显示泄漏点的泄漏程度和泄露位置。将差值与阈值进行比较，可设定为低、中、高等几个泄露程度，便于工作人员及时了解泄露程度，并进行对应程度的响应。

其中，处理器具体计算依据为：电缆沿长度方向各点结构尺寸差异导致各点的电阻值不同，也就是说各点的阻抗不同，该阻抗反映的是电缆阻抗不均匀的时域即长度方向特性，信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。当能量沿着感油电缆2传播时，遇到泄漏点阻抗变化时，会有部分能量反射回来，泄漏点的阻抗Z和感油电缆的反射系数ρ(即泄漏点的反射波电压V_反与信号发生器的入射波电压V_入之比)满足如下关系式：

式中，Z为泄漏点阻抗值，Z₀为信号发生器的输出阻抗，ρ为反射系数，其中，入射波电压已知，只要测出泄漏点的反射电压即数据采集卡采集到的电压信号，就可以计算出反射系数的值，而输出阻抗已知(在安装好整个储罐底部油品泄漏监测装置就已经测出)，这样就可以计算出泄漏点的阻抗值。

根据泄漏点的传输延时，由传输延时值可以计算出泄漏点的位置：

式中，L为泄漏点距离信号发生器的长度，V为信号在感油电缆2中的传输速度，T为测量仪器上读取到的延时值，C为光速，ε_r为感油电缆2的介电常数。

实施例2，如图3所示，一种储罐底部油品泄漏的监测装置的监测方法，包括以下步骤：

步骤1，安装储罐底部油品泄漏的监测装置后，开启监测装置。其中，步骤1具体包括：

步骤101，铺设夯实层10、防渗漏层9和砂垫层8，砂垫层8铺设多层且其内等间隔预留有多个预埋孔。

步骤102，将多个带孔PVC管6分别安装在预埋孔内，在每个带孔PVC管6内部安装一根感油电缆2，并将感油电缆2的两端外露于带孔PVC管6的两端。

步骤103，在每根感油电缆2外露的两端端部分别连接一个电缆端盒3，并将连接电缆4两端分别连接至相邻两根感油电缆2一端端部的电缆端盒3内，使多条感油电缆2通过多根连接线缆4首尾相连形成连续线路。

步骤104，将一根终端连接电缆5一端连接至最外侧感油电缆2一端端部的电缆端盒3内，并将终端连接电缆5另一端引出。

步骤105，在带孔PVC管6上再铺设多层砂垫层8，并将绝缘层7覆盖在砂垫层8上。

步骤106，将报警装置与引出的终端连接电缆5另一端连接，完成储罐底部油品泄漏的监测装置的安装。在安装报警装置时，包括：将数据采集卡的输入端和信号发生器的输出端接入最外侧感油电缆2一端端部的电缆端盒3内，将数据采集卡的输出端与信号处理电路的输入端连接，将信号处理电路的输出端与处理器的输入端连接，将处理器的输出端与显示器连接。

优选的，夯实层10采用回填土夯实。防渗漏层9采用HDPE膜覆盖夯实层10。砂垫层8采用级配良好、质地坚硬的中粗砂和碎石、卵石分层夯实，作为储罐基础的持力层。

步骤2，在报警装置上设置报警阈值及采样时间。

步骤3，报警装置定时采集一次感油电缆2的电气特性信号，并计算。其中，步骤3具体包括：

步骤301，数据采集卡实时采集感油电缆2的电气特性信号及感油电缆2反射的延时信号。

步骤302，信号处理电路实时接收感油电缆2的电气特性信号和延时信号，且信号处理电路对接收到的信号使用前置放大器和后级放大器对进行放大，从噪音信号中提取阻抗变化的电压信号和延时信号，采用滤波电路滤波后，采用模数转换电路进行模数转换。

步骤303，转换后的电压信号和延时信号送入处理器进行计算，获取泄漏点的阻抗和位置。

其中，处理器具体计算依据为：电缆沿长度方向各点结构尺寸差异导致各点的电阻值不同，也就是说各点的阻抗不同，该阻抗反映的是电缆阻抗不均匀的时域即长度方向特性，信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。当能量沿着感油电缆2传播时，遇到泄漏点阻抗变化时，会有部分能量反射回来，泄漏点的阻抗Z和感油电缆的反射系数ρ(即泄漏点的反射波电压V_反与信号发生器的入射波电压V_入之比)满足如下关系式：

式中，Z为泄漏点阻抗值，Z₀为信号发生器的输出阻抗，ρ为反射系数，其中，入射波电压已知，只要测出泄漏点的反射电压即数据采集卡采集到的电压信号，就可以计算出反射系数的值，而输出阻抗已知(在安装好整个储罐底部油品泄漏监测装置就已经测出)，这样就可以计算出泄漏点的阻抗值。

根据泄漏点的传输延时，由传输延时值可以计算出泄漏点的位置：

式中，L为泄漏点距离信号发生器的长度，V为信号在感油电缆2中的传输速度，T为测量仪器上读取到的延时值，C为光速，ε_r为感油电缆2的介电常数。

步骤4，当感油电缆2的电气特性达到设定的报警阈值时，报警装置记录采样的时间标签并启动计时程序。

步骤5，当计时程序达到设定的采样时间时，且感油电缆2的电气特性仍然达到设定的报警阈值时，报警装置触发报警并显示泄漏程度和泄露位置，否则回到步骤3。其中，在显示器上显示信号处理电路处理后的反射信号的时域波形以及处理器计算出的泄漏点的泄漏程度和泄露位置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储罐底部油品泄漏的监测装置，其特征在于，包括：

带孔PVC管(6)，其埋设于储罐基础的砂垫层(8)内，所述带孔PVC管(6)设置多个且等间隔布置在所述砂垫层(8)内；

感油电缆(2)，其贯穿安装在所述带孔PVC管(6)内，所述感油电缆(2)设置多根且分别安装在一个所述带孔PVC管(6)内，所述感油电缆(2)两端外露于所述带孔PVC管(6)两端；

电缆端盒(3)，其连接在所述感油电缆(2)端部；

连接电缆(4)，其两端分别连接至相邻两根所述感油电缆(2)一端端部的电缆端盒(3)内，多根所述感油电缆(2)通过多条所述连接线缆(4)首尾相连形成连续线路；

终端连接电缆(5)，其一端连接至最外侧感油电缆(2)一端端部的电缆端盒(3)内；

报警装置，其设置于所述储罐(1)外部且与所述终端连接电缆(5)另一端连接。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述感油电缆(2)为渗透型电缆，内部为电缆，电缆外表涂敷有隔水且透油的绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述绝缘材料采用聚氯乙烯纤维形成的网状结构。

4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述报警装置包括信号发生器、数据采集卡、信号处理电路、处理器和显示器，所述数据采集卡的输入端和所述信号发生器的输出端接入最外侧感油电缆(2)一端端部的电缆端盒(3)内，所述数据采集卡的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与所述显示器连接。

5.根据权利要求4所述的监测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路。

6.一种储罐底部油品泄漏的监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，安装储罐底部油品泄漏的监测装置后，开启所述监测装置；

步骤2，在报警装置上设置报警阈值及采样时间；

步骤3，所述报警装置定时采集一次感油电缆(2)的电气特性信号，并计算；

步骤4，当感油电缆(2)的电气特性达到设定的报警阈值时，所述报警装置记录采样的时间标签并启动计时程序；

步骤5，当计时程序达到设定的采样时间时，且感油电缆(2)的电气特性仍然达到设定的报警阈值时，所述报警装置触发报警并显示泄漏程度和泄露位置，否则回到步骤3。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤101，铺设夯实层(10)、防渗漏层(9)和砂垫层(8)，所述砂垫层(8)铺设多层且其内等间隔预留有多个预埋孔；

步骤102，将多个带孔PVC管(6)分别安装在所述预埋孔内，在每个带孔PVC管(6)内部安装一根感油电缆(2)，并将所述感油电缆(2)的两端外露于所述带孔PVC管(6)的两端；

步骤103，在每根所述感油电缆(2)外露的两端端部分别连接一个电缆端盒(3)，并将连接电缆(4)两端分别连接至相邻两根所述感油电缆(2)一端端部的电缆端盒(3)内，使多条所述感油电缆(2)通过多根连接线缆(4)首尾相连形成连续线路；

步骤104，将一根终端连接电缆(5)一端连接至最外侧感油电缆(2)一端端部的电缆端盒(3)内，并将所述终端连接电缆(5)另一端引出；

步骤105，在带孔PVC管(6)上再铺设多层砂垫层(8)，并将绝缘层(7)覆盖在所述砂垫层(8)上；

步骤106，将报警装置与引出的所述终端连接电缆(5)另一端连接，完成储罐底部油品泄漏的监测装置的安装。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，步骤106中，在安装所述报警装置时，包括：将数据采集卡的输入端和信号发生器的输出端接入最外侧感油电缆(2)一端端部的电缆端盒(3)内，将所述数据采集卡的输出端与信号处理电路的输入端连接，将所述信号处理电路的输出端与处理器的输入端连接，将所述处理器的输出端与显示器连接。

9.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，步骤3具体包括：

步骤301，所述数据采集卡实时采集感油电缆(2)的电气特性信号及感油电缆(2)反射的延时信号；

步骤302，所述信号处理电路实时接收所述感油电缆(2)的电气特性信号和延时信号，且所述信号处理电路对接收到的信号进行放大，从噪音信号中提取阻抗变化的电压信号和延时信号，滤波后进行模数转换；

步骤303，转换后的电压信号和延时信号送入所述处理器进行计算，获取泄漏点的阻抗和位置。

10.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，步骤5中，所述显示器上显示所述信号处理电路处理后的反射信号的时域波形以及所述处理器计算出的泄漏点的泄漏程度和泄露位置。