CN112664843B - 一种酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，涉及自动监测管道泄漏报警技术领域。所述系统是在酸性废水输送泵出口和管道出口安装流量计，并在长距离输送管道上，每隔约2km安装一台远传式压力变送器，各监测点的压力信号通过无线传输到数据采集服务器，服务器再将数据统一转换为MODBUS协议送入监控中心的PLC控制系统上进行监视、计算、报警、实时趋势查看、历史趋势存档调阅等功能。本系统可有效地监控泵出口压力及流量、管道沿线压力、管道出口压力及流量，通过压力和流量的对比计算，实现管道漏泄的监控和自动报警功能，让工艺操作人员及时发现泄漏情况，快速定位漏泄点所在区间。

Description

一种酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统

技术领域

本发明属于自动化监测技术领域，涉及一种酸性废水长距离输送管道泄漏监测系统。

背景技术

某化工厂磷石膏堆场膜渗出的酸性废水，用两台高压多级离心泵加压，由一条全长45.3km管道输送至选矿厂选矿，达到废水利用的目的。此条酸性废水长距离输送管道直径DN300，工作压力约7MPa，正常流量150m³/h，介质为常温酸性废水，PH值约1.2-2.2，含少量固体颗粒，易结垢。

此条酸性废水长距离输送管道已建成投用12年，每天由操作人员沿管道巡检一次，查看有无破损、腐蚀、变形、泄漏等情况。近年来，由于管道老化、腐蚀，加之地方市政施工等因素导致几次管道破裂泄漏，险些酿成环保事故。人工巡检已经不能适应管道泄漏监测的要求，急需一种远程监测管道泄漏的报警系统，以利于及时报警、快速定位、立即启动应急处置措施，杜绝环保事故的发生。

发明内容

本发明针对现有人工巡检管道的劳动量大、巡检频次低、不能快速定位泄漏区域等不足，提供一种远程监测管道泄漏的报警系统，以利于及时报警、快速定位泄漏点、降低人工劳动强度，保障酸性废水长距离输送管道的安全、环保运行。

为了实现上述目的，本发明的监测系统是在酸性废水输送泵出口（即管道起始端）和管道出口（即管道末端）安装流量计，并在长距离输送管道上，每隔约2km安装一台远传式压力变送器，各监测点的压力信号通过无线传输到数据采集服务器，服务器再将数据统一转换为MODBUS协议送入监控中心的PLC控制系统上进行监视、计算、报警、实时趋势查看、历史趋势存档调阅等功能。

本发明的一种酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其硬件主要包含检测仪表、管道压力检测及传输装置、数据采集服务器、通信协议转换器、PLC控制系统；具体为：

（1）在酸性废水池的高压输送泵出口的酸性废水输送管道上，安装输送泵出口总管压力变送器、输送泵出口总管超声波流量计，压力信号和流量信号输入到输送泵PLC控制系统中作显示、记录；

（2）在酸性废水输送管道末端安装管道出口压力变送器、管道出口流量计，压力信号和流量信号输入到管道末端PLC控制系统中作显示、记录；

（3）在酸性废水输送管道沿线每隔约2km安装一套管道压力检测及传输装置，该装置可检测管道内酸性废水介质在此处的压力值，并通过移动通信4G信号传输到数据采集服务器上；

（4）数据采集服务器将采集管道压力检测及传输装置送来的各个监测点信号，存储在数据库中，并将各点实时压力信号送出到通信协议转换器中，变成MODBUS RTU协议信号送入输送泵PLC控制系统中作显示、记录；

（5）管道末端PLC控制系统将采集到的管道出口压力变送器、管道出口流量计的压力信号和流量信号通过光纤网络以MODBUS RTU协议信号送入输送泵PLC控制系统中作显示、记录；

（6）输送泵PLC控制系统经压力、流量计算后，输出报警信号去驱动声光报警器以提醒中控室操作人员管道发生泄漏。

所述管道压力检测及传输装置由上设备仓和下设备仓组成，上设备仓上部有上盖板，下设备仓下部有下底板，上设备仓和下设备仓之间有隔板封闭，用上下仓连接螺栓连接；材质均为普通碳钢，外刷白色油漆及喷印警告标识等；

所述上设备仓内部放置钢制的设备提取架，设备提取架上放置电池、数据采集器，设备提取架顶部放置磁吸式天线，磁吸式天线靠磁性吸在钢制设备提取架顶部；

下设备仓内安装一台压力变送器，所述压力变送器通过截止阀、导压管、根部阀后向酸性废水主管道检测出酸性废水压力信号。

所述电池有两组，通过电池供电线并联后向数据采集器供电。

所述压力变送器为二线制压力变送器；所述数据采集器的压力信号线从上下仓隔板中的过线孔连接到压力变送器，向其供电的同时也采集到了压力数据信号。

所述数据采集器的数据通过天线连接线连接到磁吸式天线向外发射。

所述磁吸式天线穿出上盖板后置于塑料天线罩内。塑料天线罩用DN50 PTFE材质的棒料钻孔制作成形，机械强度高、防水性能好，且不会遮挡天线的电磁波信号；

所述设备提取架在松开螺栓并打开上盖板后，能够提出，以方便检修电池、数据采集器。

所述下设备仓设有活页结构的下仓门。可打开检修内部的压力变送器，平时关门上锁防盗。

所述数据采集器由10-30VDC宽范围供电，同时可以向外提供2路二线制稳定的12VDC电源向模拟量仪表供电及数据采集；

所述数据采集器可用户自定义数据采集的间隔和向外供电的时间，以最大限度地节约电池组能量。

所述数据采集器采用32位低功耗处理器，存储容量最大支持32MB，可缓存采集数据，若网络中断再恢复后，可向数据采集服务器补送缓存中的数据。

所述压力变送器的接液材质是HastelloyC膜片。

所述数据采集器选型使用唐山平升电子技术开发有限公司的DATA-6220型微功耗测控终端。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的压力变送器的接液材质是HastelloyC膜片，是一种耐高温、耐腐蚀合金；不同于一般的水、气介质管道的监控系统，本发明适用于酸性废水管道监控。

（2）本发明的数据采集器选型使用唐山平升电子技术开发有限公司的DATA-6220型微功耗测控终端，设置监测间隔时间10分钟一次，数据采集及传输上报数据仅用电2秒钟后立即休眠省电。因此，本发明的压力监测及传输系统由电池供电，监测间隔时间10分钟一次，数据采集器每一次仅用电2秒钟即完成检测与传输功能，然后立即休眠省电。适用于贵州等日照时间不足、不宜采用太阳能供电的区域，电池供电可续航1年半以上。

（3）本发明的管道压力检测及传输装置有如下优点：

1）防盗防破坏：装置由DN250碳钢管制成、天线罩由DN50 PTFE材质镗孔制成，坚固耐用，基础用混凝土浇固在底座上。整体结构防盗和机械破坏能力强。

2）装置结构简洁，维护成本低：无太阳能、风能发电装置，不用担心防盗防破坏问题。

3）介质泄漏时不会损伤采集和传输设备：装置内部干、湿分离，上设备仓为干仓，放置电池、数据采集器等，下设备仓放置压力变送器、截止阀等。如果导压管、截止阀等泄漏，酸性废水不会侵蚀到上设备仓的电路设备。

4）装置方便检修：下设备仓开有下仓门，打开后可以检查导压管路有无泄漏、压力变送器是否完好，也方便于检修和更换；上设备仓可以打开上盖板，设备提取架可以像提篮一样将所有的上仓设备提出来检修或者更换电池。

（4）监控功能强大：通过图形化的方式有效监控泵出口压力及流量、管道沿线压力、管道出口压力及流量；

（5）报警功能效果明显：通过压力和流量的对比计算，实现管道漏泄的监控和自动报警功能，驱动独立的声光报警器有力提醒工艺操作人员；（技术要点：独立的声光报警器直接由PLC输出驱动，监控上位机关机或损坏不影响报警功能。）

（6）快速定位漏泄点所在区间：工艺操作人员收到报警提醒后，可快速定位在哪两个压力监测点之间发生了泄漏；

（7）环保应急处置启动速度快：工艺操作人员收到报警提醒后，可即停止酸性废水输送泵，同时启动处置预案，大大缩短长距离输送管道发生酸性废水泄漏导致环保事故的应急响应时间；

（8）大幅降低了人工每天巡检管道的工作量，减少巡管运营成本；

（9）本发明适用范围广：可推广用于酸性废水、酸性料浆、矿浆、淤浆、普通水/气/汽介质等长距离输送管道的泄漏监控。

附图说明

图1是本发明实施例的酸性废水管道泄漏监测系统结构示意图；

图2是本发明实施例的管道压力检测及传输装置结构示意图。

图中：1-高压输送泵；2-酸性废水输送管道；3-输送泵出口总管压力变送器；4-输送泵出口总管超声波流量计；5-管道压力检测及传输装置；6-管道出口压力变送器；7-管道出口流量计；8-管道末端PLC控制系统；9-数据采集服务器；10-通信协议转换器；11-输送泵PLC控制系统；12-声光报警器；13-酸性废水池；14-排水阀；501-上设备仓；502-下设备仓；503-上盖板；504-下底板；505-上下仓连接螺栓；506-酸性废水主管道；507-根部阀；508-导压管；509-截止阀；510-压力变送器；511-电池；512-数据采集器；513-下仓门；514-塑料天线罩；515-电池供电线；516-压力信号线；517-天线连接线；518-磁吸式天线；519-设备提取架。

具体实施方式

实施例

某公司采用本发明的方案：其基本工艺流程：酸性水池内的废水由回水泵房两台高压变频泵加压到7MPa以上，通过45公里的DN300管道送至选矿厂循环利用。两台高压变频泵配置有PLC控制系统，可在回水泵房中控室内监控各台泵出口压力、电流、频率、液压站、电动机轴承和绕组温度等参数。

一种酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其硬件主要包含检测仪表、管道压力检测及传输装置、数据采集服务器、通信协议转换器、PLC控制系统；具体为：

（1）在酸性废水池的高压输送泵1出口的酸性废水输送管道2上，安装输送泵出口总管压力变送器3、输送泵出口总管超声波流量计4，压力信号和流量信号输入到输送泵PLC控制系统11中作显示、记录；

（2）在酸性废水输送管道2末端安装管道出口压力变送器6、管道出口流量计7，压力信号和流量信号输入到管道末端PLC控制系统8中作显示、记录；

（3）在酸性废水输送管道2沿线每隔约2km安装一套管道压力检测及传输装置5，该装置可检测管道内酸性废水介质在此处的压力值，并通过移动通信4G信号传输到数据采集服务器9上；

（4）数据采集服务器9将采集管道压力检测及传输装置5送来的各个监测点信号，存储在数据库中，并将各点实时压力信号送出到通信协议转换器10中，变成MODBUS RTU协议信号送入输送泵PLC控制系统11中作显示、记录；

（5）管道末端PLC控制系统8将采集到的管道出口压力变送器6、管道出口流量计7的压力信号和流量信号通过光纤网络以MODBUS RTU协议信号送入输送泵PLC控制系统11中作显示、记录；

（6）输送泵PLC控制系统11经压力、流量计算后，输出报警信号去驱动声光报警器12以提醒中控室操作人员管道发生泄漏。

所述管道压力检测及传输装置5由上设备仓501和下设备仓502组成，上设备仓上部有上盖板503，下设备仓下部有下底板504，上设备仓501和下设备仓502之间有隔板封闭，用上下仓连接螺栓505连接；材质均为普通碳钢，外刷白色油漆及喷印警告标识等；

所述上设备仓501内部放置钢制的设备提取架519，设备提取架519上放置电池511、数据采集器512，设备提取架519顶部放置磁吸式天线518，磁吸式天线518靠磁性吸在钢制设备提取架519顶部；

下设备仓502内安装一台压力变送器510，所述压力变送器510通过截止阀509、导压管508、根部阀507后向酸性废水主管道506检测出酸性废水压力信号。

所述电池511有两组，通过电池供电线515并联后向数据采集器512供电。所述压力变送器510为二线制压力变送器；所述数据采集器512的压力信号线516从上下仓隔板中的过线孔连接到压力变送器510，向其供电的同时也采集到了4-20mA压力数据信号。所述数据采集器512的数据通过天线连接线517连接到磁吸式天线518向外发射。

所述磁吸式天线518穿出上盖板503后置于塑料天线罩514内。塑料天线罩514用DN50 PTFE材质的棒料钻孔制作成形，机械强度高、防水性能好，且不会遮挡天线的电磁波信号；所述设备提取架519在松开螺栓并打开上盖板503后，能够提出，以方便检修电池511、数据采集器512等；

所述下设备仓502设有活页结构的下仓门513，可打开检修内部的压力变送器510，平时关门上锁防盗。

所述数据采集器由10-30VDC宽范围供电，同时可以向外提供2路二线制稳定的12VDC电源向模拟量仪表供电及数据采集；所述数据采集器可用户自定义数据采集的间隔和向外供电的时间，以最大限度地节约电池组能量。本实施例中设置每10分钟间隔向压力变送器供电2秒钟，同时将最新采集到的压力数据发射给数据采集服务器，这样电池组可以续航18个月的时间才更换需要电池；所述数据采集器采用32位低功耗处理器，存储容量最大支持32MB，可缓存采集数据，若网络中断再恢复后，可向数据采集服务器补送缓存中的数据。

本发明采用的输送泵PLC控制系统中的软件功能如下：

输送泵PLC控制系统11将显示工艺流程图，流程图上含输送泵出口总管压力变送器3、输送泵出口总管超声波流量计4、管道沿线各台管道压力检测及传输装置5、管道出口压力变送器6、管道出口流量计7等所有检测仪表的瞬时值；可查询各检测仪表的历史趋势，可实现各检测仪表的报警值设定和报警功能等；

输送泵PLC控制系统11将收集到的输送泵出口总管超声波流量计4瞬时流量值减去酸性废水输送管道2末端安装管道出口流量计7瞬时流量值，当流量信号差值达到20m3/h时，PLC驱动声光报警器12以提醒中控室操作人员管道发生泄漏；

输送泵PLC控制系统11将酸性废水输送管道2上所有的压力检测数据作如下判断计算和动作：

当高压输送泵1启动正常、且频率保持不变时，各压力检测点将最新的压力数值与10分钟前本检测点的压力数值相比较，如果这10分钟压力下降了0.1MPa，PLC将驱动声光报警器12以提醒中控室操作人员管道发生泄漏。

Claims (9)

1.一种酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：其硬件主要包含检测仪表、管道压力检测及传输装置、数据采集服务器、通信协议转换器、PLC控制系统；具体为：

在酸性废水池的高压输送泵（1）出口的酸性废水输送管道（2）上，安装输送泵出口总管压力变送器（3）、输送泵出口总管超声波流量计（4），压力信号和流量信号输入到输送泵PLC控制系统（11）中作显示、记录；

在酸性废水输送管道（2）末端安装管道出口压力变送器（6）、管道出口流量计（7），压力信号和流量信号输入到管道末端PLC控制系统（8）中作显示、记录；

在酸性废水输送管道（2）沿线每隔约2km安装一套管道压力检测及传输装置（5），该装置可检测管道内酸性废水介质在此处的压力值，并通过移动通信4G信号传输到数据采集服务器（9）上；

数据采集服务器（9）将采集管道压力检测及传输装置（5）送来的各个监测点信号，存储在数据库中，并将各点实时压力信号送出到通信协议转换器（10）中，变成MODBUS RTU协议信号送入输送泵PLC控制系统（11）中作显示、记录；

管道末端PLC控制系统（8）将采集到的管道出口压力变送器（6）、管道出口流量计（7）的压力信号和流量信号通过光纤网络以MODBUS RTU协议信号送入输送泵PLC控制系统（11）中作显示、记录；

输送泵PLC控制系统（11）经压力、流量计算后，输出报警信号去驱动声光报警器（12）以提醒中控室操作人员管道发生泄漏；

其中：所述管道压力检测及传输装置（5）由上设备仓（501）和下设备仓（502）组成，上设备仓（501）上部有上盖板（503），下设备仓（502）下部有下底板（504），上设备仓（501）和下设备仓（502）之间有隔板封闭，用上下仓连接螺栓（505）连接；

所述上设备仓（501）内部放置钢制的设备提取架（519），设备提取架（519）上放置电池（511）、数据采集器（512），设备提取架（519）顶部放置磁吸式天线（518），磁吸式天线（518）靠磁性吸在钢制设备提取架（519）顶部；

所述下设备仓（502）内安装一台压力变送器（510），所述压力变送器（510）通过截止阀（509）、导压管（508）、根部阀（507）后检测出酸性废水主管道（506）内酸性废水的压力信号。

2.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述电池（511）有两组，通过电池供电线（515）并联后向数据采集器（512）供电；所述压力变送器（510）为二线制压力变送器；所述数据采集器（512）的压力信号线（516）从上下仓隔板中的过线孔连接到压力变送器（510）。

3.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述数据采集器（512）的数据通过天线连接线（517）连接到磁吸式天线（518）向外发射；所述磁吸式天线（518）穿出上盖板（503）后置于塑料天线罩（514）内。

4.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：松开螺栓并打开上盖板（503）后，能够提出设备提取架（519）。

5.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述下设备仓（502）设有活页结构的下仓门（513）。

6.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述数据采集器由10-30VDC宽范围供电，同时可以向外提供2路二线制稳定的12VDC电源向模拟量仪表供电及数据采集。

7.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述数据采集器可用户自定义数据采集的间隔和向外供电的时间。

8.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述数据采集器采用32位低功耗处理器，存储容量最大支持32MB，能够缓存采集数据。

9.根据权利要求1所述的酸性废水长距离输送管道的泄漏监测系统，其特征是：所述压力变送器（510）、输送泵出口总管压力变送器（3）、管道出口压力变送器（6）的接液材质均是HastelloyC膜片。

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