CN111425769B - 基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，包括仪表仓和两个弹性密封件，所述仪表仓设置在两个弹性密封件之间，所述仪表仓内安装检测仪、数据采集器和存储器，所述弹性密封件设有贯通两侧的通道，所述通道安装有控制阀；所述弹性密封件与管道内壁贴合，相邻弹性密封件与管道内壁间形成隔离测量腔，通道用于给隔离测量腔引入或者排出流体，检测仪测量隔离测量腔内的压力并通过数据采集器存入存储器。采用上述设备检测的方法，包括：先将流体引入隔离测量腔内，再将隔离测量腔内的流体排出，以此为测量周期；持续采集隔离测量腔内的压力，并保存记录；分析压力变化情况判断是否存在漏点。本发明可测管道上孔径为1毫米的泄漏点。

Description

基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及输送管道泄漏检测技术领域，特别涉及一种基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备及检测方法。

背景技术

长距离输送管道是石油天然气行业的重要组成部分，这类管道的主要特点为：采用碳钢材料预制钢管逐段焊接而成，工作压力为15兆帕以内，直径为2500毫米以内，埋地敷设。这些管道在生产运行过程中不可避免地会出现泄漏点，泄漏点可能是由于自然原因(如材料腐蚀)或人为原因(如打孔盗油)造成。管道上的泄漏点通常分为开放式与封闭式两类；封闭式泄漏点又可进一步分为对管道容积有显著影响和无明显影响两类，前者典型的例子为放油阀门关闭时的盗油暗管；后者典型的例子为管道内部固有缺陷如有缺损的焊缝。其中，开放式(贯穿管壁)的泄漏点和对管道容积有显著影响的封闭式泄漏点是长输管道安全运行中的重要安全隐患。如何安全高效地检测出这些泄漏点，是长输管道内检测行业长久以来的研究方向。

目前，从管道内检查管道泄漏点的设备称为内检测装置或称智能清管器,这些设备所使用的检测方法包括电磁涡流法，漏磁法和超声波法。

但是这些设备存在以下问题:

(1)对小直径泄漏孔不敏感，通常无法探测出直径小于5毫米的泄漏孔。

(2)检测装置结构复杂，工艺要求非常精密,耗电高，产品笨重。由于目前这些检测装置需要沿着管道内壁排列几十至上百个探测头来拾取电场或磁场的场强信号，或者超声波回波信号；并且依赖多通道高速数据采集系统来处理这些信号，因此整个装置的结构复杂，制造时需要高精度的加工工艺；还由于探测头数目众多，一台检测500毫米直径管道的设备所需的电池功率通常在500安时(AH)以上，设备重量在200公斤以上。

(3)技术垄断及检测费用昂贵。由于目前管道内检测设备的复杂性和制作过程的困难性，国内外的管道检测公司均不出售其检测设备，而仅仅提供检测服务，每公里的检测费用通常需要几万元人民币。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，包括仪表仓和两个弹性密封件，所述仪表仓设置在两个弹性密封件之间，所述仪表仓内安装检测仪、数据采集器和存储器，所述弹性密封件设有贯通两侧的通道，所述通道安装有控制阀；所述弹性密封件与管道内壁贴合，相邻弹性密封件与管道内壁间形成隔离测量腔，所述检测设备在管道内流体推动下沿管道移动，所述通道用于给隔离测量腔引入或者排出流体，检测仪测量隔离测量腔内的压力并通过数据采集器存入存储器。

可选的，所述弹性密封件的中心设置贯穿弹性密封件的套筒，所述套筒具有中空通道，所述仪表仓两端分别与相邻弹性密封件的套筒连接。

可选的，所述弹性密封件为三个以上，所述隔离测量腔为多个。

可选的，所述检测仪包含压力传感器或者压电式脉冲传感器，所述压力传感器或者压电式脉冲传感器固定在仪表仓壁上。

可选的，所述控制阀采用电磁阀或者节流元件。

本发明还提供了一种管道泄漏点检测方法，采用上述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，包括：

先将外侧流体引入隔离测量腔内，使得隔离测量腔内压力升高；再将隔离测量腔内的流体排出，使得隔离测量腔内压力降低；以此为一个测量周期；

用检测仪持续采集隔离测量腔内的压力，通过数据采集器把测量记录的数据存入存储器；

分析所采集的压力变化情况，判断管道是否存在漏点。

可选的，通过隔离测量腔内的压力数据变化计算隔离测量腔的体积变化率，若体积变化率超过预设的体积变化率阈值，则管道上存在漏点。

可选的，所述体积变化率阈值为3％。

可选的，通过隔离测量腔内的压力数据变化计算隔离测量腔的流量变化率，若体积变化率超过预设的流量变化率阈值，则管道上存在漏点。

可选的，所述流量变化率阈值为3％。

按照本发明方法及制作的漏点检测装置，可以有效地探测出直径小于5毫米的泄漏点，整体重量小于20KG，重量下降90％，简单轻便，在检测相同直径的管道时，所需电池功率比漏磁式等装置下降80％，节省电力；所采用的元器件均可为标准产品，数据采集与记录系统均为目前市场上的标准元器件和设备，因此可以低成本批量生产，容易批量生产迅速投放市场；管道用户可直接购买使用，降低检测成本。若采用电磁式的检测手段，微小泄漏孔造成的铁磁缺损相对于检测段的物料体积是一个微小的目标，以内径300毫米管道为例，以检测段为200毫米，管道壁厚12毫米，泄漏孔直径为5毫米计算，铁磁物料损失的体积比为:0.01％(万分之一)，是一个非常难以测出的目标；若采用超声波探测的方法，由于无法避免紧密排布的众多探头到管壁的距离发生波动，从而导致回波强度存在难以克服的随机噪音，因此对于检测5毫米或更小的泄漏孔迄今没有成功案例。采用本发明提供的漏点检测方法，同样200毫米检测段存在泄漏点时的压力响应与没有泄漏点的压力响应相比，即使是泄漏孔的直径为1毫米，其压力响应的差别也会大于1％，是一个非常容易检测出来的目标。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备实施例一结构示意图；

图2为基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备实施例二结构示意图；

图3为本发明的管道泄漏点检测方法实施例一流程图；

图4为本发明的管道泄漏点检测方法实施例二流程图。

图中：1-仪表仓，2-弹性密封件，3-管道内壁，4-通道，5-控制阀，6-检测仪，7-隔离测量腔，8-数据采集器，9-存储器，10-压力传感器，11-蓄电池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备可选实施例，包括仪表仓1和两个弹性密封件2，所述弹性密封件2的中心设置贯穿弹性密封件2的套筒，所述套筒的中空为通道4，所述通道4安装有控制阀5，所述仪表仓1两端分别与相邻弹性密封件2的套筒连接；整体形成哑铃形，所述仪表仓1内安装检测仪6、数据采集器8和存储器9；所述两个弹性密封件2与管道内壁3贴合，所述检测设备在管道内流体推动下沿管道移动，两个弹性密封件2与管道内壁3形成隔离测量腔7，所述通道4用于给隔离测量腔7引入或者排出流体，检测仪6测量隔离测量腔7内的压力并通过数据采集器8传输存入存储器9。所述弹性密封件2可以采用橡胶制作的皮碗；所述控制阀5采用电磁阀或者节流元件。

上述技术方案的工作原理为：检测装置整体采用哑铃式结构，以套筒穿过直径约等于管道内径的弹性密封件中心，中空式套筒安装有阀门，关闭阀门，在两个弹性密封件与管道内壁形成一个隔离测量腔，采用内空式柱体式的仪表仓两端分别与相邻弹性密封件连接；控制阀门可将密封件外的流体引入或排出上述隔离测量腔，测量此过程中腔内压力，通过分析该隔离测量腔中的动态压力响应，就可以判断该处管道上是否存在泄漏点。

上述技术方案的有益效果为：哑铃形结构使得装置整体受力均匀合理，可保证装置在使用中更稳定，且连接成整体使得隔离测量腔两端的弹性密封件距离恒定，有利于观测隔离测量腔的体积变化。

在一个实施例中，如图2所示，引入流体的通道4设置在弹性密封件2上，所述检测仪6包含压力传感器10，所述压力传感器10可以设置多个，所述压力传感器10固定在仪表仓1的仓壁上；仪表仓1内安装有蓄电池11提供检测电源。

上述技术方案的有益效果为：在检测大口径管道的设备中更容易保证测量所需的物料流量,同时采用多个传感器可以提高测量精度，防止单个传感器的故障或者测量误差。

在一个实施例中，所述弹性密封件2可以为三个以上，两两相邻形成多个串联的所述隔离测量腔7，仪表仓1的数量可以与隔离测量腔7的数量一致。

如图3所示的本发明的管道泄漏点检测方法，采用上述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，包括以下步骤：

S100先打开隔离测量腔上游侧通道上的控制阀，将上游外侧流体引入隔离测量腔内，使得隔离测量腔内压力升高，至达到平衡流体不能引入后关闭；再打开隔离测量腔下游侧通道上的控制阀，将隔离测量腔内的流体排出，使得隔离测量腔内压力降低，至达到平衡流体不能排出后关闭；以此为一个测量周期重复此操作；

S200用检测仪持续采集隔离测量腔内的压力，通过数据采集器把测量记录的数据存入存储器；

S300分析所采集的压力变化情况，判断管道是否存在漏点。

上述技术方案的工作原理为：检测设备运行过程中,自然地把输送管道隔离出相对独立的局部小段，测量该管段内局部流体变化的动态压力数据，该管段存在漏点和没有漏点的流体压力变化存在差异，可以用来判断是否存在漏点。若隔离测量腔位置存在漏点，则增压时在相同时间内所能达到的压力峰值有明显降低,在减压时下降到平衡的压力时间明显缩短，在检测设备运行时，由于仅仅需要推动该设备差压的5％-10％即可完成测量目的，因此不会造成检测设备停止运行，且不会影响流体的输送。

上述技术方案的有益效果为：通过周期性操作，分析检测隔离测量腔内局部压力变化情况，可以增强漏点检测的灵敏度和精度，实验证明本方法对微小漏点的检测精度为漏磁方法的2-3倍，孔径小至1毫米的贯穿漏点都可以有效地探测出。

在一个实施例中，如图4所示，所述管道泄漏点检测方法包括以下步骤：

S100先打开隔离测量腔上游侧通道上的控制阀，将上游外侧流体引入隔离测量腔内，使得隔离测量腔内压力升高，经过第一设定时长后，再打开隔离测量腔下游侧通道上的控制阀，将隔离测量腔内的流体排出，使得隔离测量腔内压力降低，在第二设定时长后关闭；以此为一个测量周期重复此操作；

S200用检测仪持续采集隔离测量腔内的压力，通过数据采集器把测量记录的数据存入存储器；

S310通过隔离测量腔内的压力数据变化计算隔离测量腔的体积或者流量变化率；

S320预设体积变化率阈值或者预设流量变化率阈值可以为3％，判断实际的体积或者流量变化率是否超过3％的阈值；

S330若体积或者流量变化率超过预设的体积或者流量变化率阈值，则管道上存在漏点；若没有超过阈值，继续检测。

上述技术方案的工作原理为：由于管道上漏点会引起隔离测量腔体积或者流量的变化；因此，通过分析该隔离测量腔中的动态压力响应与体积变化关系，可以计算出腔体的体积变化率，将没有漏点时的最大体积变化率设定为阈值，将此计算结果与阈值比较，就可以判断该处管道上是否存在泄漏点。

上述技术方案的有益效果为：化定性分析为定量分析，量化对测量数据的分析过程，通过揭示参数的相互关系进行有效计算，得出具体的计算数值结果，再与设定数值比较，使得判断更具有客观性和直观性，做出的判断更可靠。

现有的输送管道漏点检测设备结构复杂、笨重、耗电、对探头和检测电路的一致性要求很高，因此导致检测设备的零部件繁多，参数复杂，对加工工艺要求很高，整体造价及检测费用昂贵。采用本发明方法的装置结构简单，零部件少，体积小，对工艺要求不高，制作加工比较容易，造价及检测费用较低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，其特征在于，包括仪表仓和两个弹性密封件，所述仪表仓设置在两个弹性密封件之间，所述仪表仓内安装检测仪、数据采集器和存储器，所述弹性密封件设有贯通两侧的通道，所述通道安装有控制阀；所述弹性密封件与管道内壁贴合，相邻弹性密封件与管道内壁间形成隔离测量腔，所述检测设备在管道内流体推动下沿管道移动，所述通道用于以一个测量周期重复给隔离测量腔引入或者排出流体，检测仪持续测量隔离测量腔内的压力并通过数据采集器存入存储器，分析所采集的压力变化情况，判断管道是否存在漏点。

2.根据权利要求1所述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，其特征在于，所述弹性密封件的中心设置贯穿弹性密封件的套筒，所述套筒具有中空通道，所述仪表仓两端分别与相邻弹性密封件的套筒连接。

3.根据权利要求1所述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，其特征在于，所述弹性密封件为三个以上，所述隔离测量腔为多个。

4.根据权利要求1所述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，其特征在于，所述检测仪包含压力传感器或者压电式脉冲传感器，所述压力传感器或者压电式脉冲传感器固定在仪表仓壁上。

5.根据权利要求1所述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，其特征在于，所述控制阀采用节流元件。

6.一种管道泄漏点检测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的基于局部压力响应的管道泄漏点检测设备，包括：

先将外侧流体引入隔离测量腔内，使得隔离测量腔内压力升高；再将隔离测量腔内的流体排出，使得隔离测量腔内压力降低；以此为一个测量周期；

用检测仪持续采集隔离测量腔内的压力，通过数据采集器把测量记录的数据存入存储器；

分析所采集的压力变化情况，判断管道是否存在漏点。

7.根据权利要求6所述的管道泄漏点检测方法，其特征在于，通过隔离测量腔内的压力数据变化计算隔离测量腔的体积变化率，若体积变化率超过预设的体积变化率阈值，则管道上存在漏点。

8.根据权利要求7所述的管道泄漏点检测方法，其特征在于，所述体积变化率阈值为3%。

9.根据权利要求6所述的管道泄漏点检测方法，其特征在于，通过隔离测量腔内的压力数据变化计算隔离测量腔的流量变化率，若流量变化率超过预设的流量变化率阈值，则管道上存在漏点。

10.根据权利要求9所述的管道泄漏点检测方法，其特征在于，所述流量变化率阈值为3%。

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