CN113108244A - 一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法和系统，包括以下步骤：沿管道敷设至少两条检测管，当管道发生泄漏时，泄漏气体进入检测管中；间隔预设时间后，向其中一条检测管通入载气，检测管内的泄漏气体随载气进入第一监测站，第一监测站判断泄漏气体的浓度是否超过阈值范围，数据分析站计算管道中的泄漏位置；随后向另一条检测管通入载气，通过第二监测站判断载气中泄漏气体的浓度，并由数据分析站计算管道中的泄漏位置；根据第一次获得的和第二次获得的泄漏气体浓度、泄漏位置，获得最终的泄漏气体浓度和泄漏位置。其能够解决上述现有技术存在的问题，能够满足含氢天然气管道泄漏监测灵敏度高、定位精度准、漏报率低、误报率低的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法和系统，属于气体管道泄漏监测技术领域。
背景技术
氢气是能源低碳清洁化发展的重要方向，氢气运输是氢能产业链的关键环节，将氢气直接掺入现有天然气管道，组成含氢天然气输送，这种方式为现阶段实现氢气大规模输送的最佳方式，目前国内外已有部分含氢天然气管道试运行。但由于氢气具有低密度、易扩散、易燃易爆等特性，且对金属材料具有劣化作用，因此氢气的存在增加了含氢天然气管道运输风险，一旦发生泄漏，将会造成巨大的人员伤亡和经济损失。含氢天然气管道技术仍处于研究及试运行阶段，为加快含氢天然气管道输送技术的快速发展，提高含氢天然气管道输送安全性及风险控制，可采用管道泄漏监测技术来实现对管道的安全运行监控，当管道发生微小泄漏时，能够及时报警，并定位泄漏点。为管道运营管理人员赢得宝贵的抢维修时间，避免泄漏事故的发生。
目前天然气管道泄漏监测使用较多的有次声波、光纤等多种技术手段，但这些监测方法属于借助声、光、热等间接检测法，受外界信号干扰容易造成误报，且对于微小泄漏检测灵敏度较低。鉴于含氢天然气管道输送介质的特殊性，发生泄漏后造成的事故后果远超天然气管道，因此含氢天然气管道对泄漏监测系统灵敏度、定位精度、误报率和漏报率都有更高的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法和系统，其能够解决上述现有技术存在的问题，能够满足含氢天然气管道泄漏监测灵敏度高、定位精度准、漏报率低、误报率低的要求。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法，包括以下步骤：沿含氢天然气管道敷设至少两条检测管，当含氢天然气管道发生泄漏时，泄漏气体进入检测管中；间隔预设时间后，向其中一条检测管通入载气，检测管内的泄漏气体随载气进入第一监测站，第一监测站判断泄漏气体的浓度是否超过阈值范围，并将监测站记录的泄漏检测时间等信息传输至数据分析站，数据分析站计算含氢天然气管道的泄漏位置；随后向另一条检测管通入载气，其内的泄漏气体随载气进入第二监测站，第二监测站判断泄漏气体的浓度是否超过的阈值范围，并将监测站记录的泄漏检测时间等信息传输至数据分析站，数据分析站计算含氢天然气管道的泄漏位置；根据第一次获得的和第二次获得的泄漏气体浓度、泄漏位置，获得最终的泄漏气体浓度和泄漏位置。
进一步，将第一次获得的和第二次获得的泄漏气体浓度、泄漏位置进行比较的方法为：若两次均检测到泄漏气体，则将两次获得的泄漏气体浓度和泄漏位置取平均值；若两次中一次检测到泄漏气体，另一次没有检测到泄漏气体，则对没有检测到泄漏气体的检测管进行重新检测，若仍然没有检测到泄漏气体则判断对应的检测管失效；若两次均未检测到泄漏气体，则含氢天然气管道没有泄漏。
进一步，判断失效的检测管的失效位置的方法为：在失效的检测管中的载气注入标定气体，使标定气体充满失效的检测管，失效的检测管的标定气体从失效位置泄漏至另一正常的检测管中，在正常的检测管中通入载气，其内的标定气体随载气一同进入第二监测站，并通过数据分析站对标定气体的泄漏位置进行定位，从而获得失效检测管的失效位置。
进一步，标定气体为除甲烷、氢气和载气以外的其他气体。
进一步，检测管敷设位置包括但不限于管道正上方、左侧方或右侧方中间位置，与管道的距离不超过50cm。
进一步，检测管的直径为10～50mm。
进一步，数据分析站采用流速与时间积分定位算法确定泄漏点位置。
进一步，检测管和监测站之间设有过滤干燥器，用于对检测管气体的杂质进行过滤。
本发明还公开了一种含氢天然气管道泄漏监测定位系统，用于实现上述任一种的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，包括：至少两根检测管、载气动力模块、第一监测站、第二监测站和数据分析站，至少两根检测管均沿与含氢天然气管道的轴线平行的方向设置，用于检测从含氢天然气管道中泄漏出的泄漏气体的浓度；载气动力模块，用于向检测管中通入载气，通过载气带动泄漏气体进入监测站；第一监测站和第二监测站分别用于监测从第一个监测管和第二个监测管进入监测站的气体中泄漏气体的浓度，并在泄漏气体的浓度超过阈值时进行警报；数据分析站，用于接收第一监测站和第二监测站获得的泄漏气体浓度，并在泄漏气体浓度高于阈值时，计算管道的泄漏点。
进一步，检测管为对甲烷和氢气具有良好选择渗透性的两层以上的复合管。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明能够满足含氢天然气管道泄漏监测灵敏度高、定位精度准、漏报率低、误报率低的要求。
2、本发明可实现含氢天然气管道同一时间不同点的泄漏监测，即使在敷设环境中有甲烷或氢气的条件下，系统性能良好，可检测到含氢天然气管道多点位置同时发生的微小泄漏，多次定位能够更加精确的确定泄漏点位置。
3、本发明采用双向多检测管敷设方法，可实现系统连续多次监测，降低误报或漏报，提高系统稳定性，具有系统失效自检功能。
4、本发明杜绝了其中一个检测管失效时导致整个系统失效的问题，并实现系统失效问题自检。
附图说明
图1是本实施例中含氢天然气管道泄漏监测定位系统的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提供了一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法和系统，其通过采用双渗透膜泄漏检测传感器，结合甲烷及氢气采样检测及数据分析系统终端，实现含氢天然气管道1的实时在线泄漏检测。下面结合附图，通过两个实施例对本发明方案进行详细阐述。
实施例一
本实施例公开了一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法，如图1所示，包括以下步骤：沿含氢天然气管道1敷设至少两条检测管，本实施例中以设置两条检测管为了进行说明。将两条检测管命名为第一检测管2和第二检测管3，两条检测管的轴均与含氢天然气管道1的轴平行，第一检测管2敷设在含氢天然气管道1的正上方中间位置，第二检测管3敷设在含氢天然气管道1的左侧中间位置。需要说明的是上述检测管敷设位置只是本实施例中的优选位置，检测管也可以敷设在其他位置，只要能够进行整个含氢天然气管道1的泄漏检测即可。检测管与含氢天然气管道1之间存在一定的距离，该距离通常不超过50cm，检测管为对甲烷和氢气具有良好选择渗透性的两层以上的复合管，其直径的范围在10～50mm之间。该检测管基本结构包括内支撑层、中间渗透层及外防护层，其中，内支撑层为具有一定抗压强度的高分子材料管，中间层为能够渗透甲烷、氢气气体的高分子薄膜管，外防护层为不锈钢或高分子材料编织管。
当含氢天然气管道1发生泄漏时，泄漏点位置通常位于该含氢天然气管道1的下方，泄漏气体进入第一检测管2和第二检测管3中；间隔预设时间后(如两小时或更久)，启动载气动力模块，向第一检测管2中通入载气，检测管内的泄漏气体随载气进入第一监测站，第一监测站判断泄漏气体的浓度是否超过阈值范围，并将泄漏气体的浓度传输至数据分析站，数据分析站计算含氢天然气管道1中的泄漏位置。此步骤中的预设时间通常为两小时，但也可以根据泄漏气体的量自行调整预设时间。
随后再次启动载气动力模块，向第二检测管3通入载气，第二检测管3内的泄漏气体随载气进入第二监测站，第二监测站判断泄漏气体的浓度是否超过阈值范围，并将泄漏气体的浓度传输至数据分析站，数据分析站计算含氢天然气管道1中的泄漏位置；根据第一次获得的和第二次获得的泄漏气体浓度、泄漏位置，获得最终的泄漏气体浓度和泄漏位置。
根据监测系统结果，若第一检测管2和第二检测管3均检测到泄漏气体，则将两次获得的泄漏气体浓度和泄漏位置取平均值，获得更加准确的泄漏气体浓度；若两次中一次检测到泄漏气体，另一次没有检测到泄漏气体，则对没有检测到泄漏气体的检测管进行重新检测，若仍然没有检测到泄漏气体则判断对应的检测管失效；例如，在进行第一次检测时，第一检测管2中没有检测到泄漏气体，而第二检测管3中检测到了泄漏气体，则对第一检测管2进行重新检测，如果仍然检测不到泄漏气体，则认为第一检测管2失效。若两次均未检测到泄漏气体，则含氢天然气管道1没有泄漏。
需要说明的是，本实施例中虽然采用了“随后”这种表述方式，但第一检测管2和第二检测管3也可以同时进行泄漏气体检测，或者在第一检测管2出现了问题，如检测不出泄漏气体的情况下才启动第二检测管3。此外，虽然本实施例中优选设置两个监测站，以保证监测到的泄漏数据互不干扰，但若出于成本等因素考虑，也可以只设置一个监测站，且第二监测站也可以用于监测第一检测管2的泄漏气体数据，第一监测站也可以用于监测第二检测管3的泄漏气体数据。
由于检测管失效通常是因为存在可以使检测管内气体泄漏的泄漏点，为了与含氢天然气管道1中的泄漏位置进行区别，将失效的检测管中的泄漏点称为失效位置。本实施例中通过以下方法获得失效的检测管的失效位置：在失效的检测管，如第一检测管2中的载气注入标定气体，标定气体是载气、氢气和天然气之外的其他气体，使充有标定气体的载气充满第一检测管2，第一检测管2中的气体从失效位置泄漏至另一正常的检测管，如第二检测管3中，在第二检测管3中通入载气，其内的标定气体随载气一同进入第二监测站，并通过数据分析站对标定气体的泄漏位置进行定位，从而获得失效检测管的失效位置，以便维护人员进行快速修复。
本实施例中优选数据分析站采用流速与时间积分定位算法确定泄漏点位置。但不排除也可以使用其他的已知算法计算泄漏点。同时，本实施例中优选在检测管和监测站之间设有过滤干燥器，用于对检测管气体的杂质进行过滤。
实施例二
基于相同的发明构思如图1所示，本实施例公开了一种含氢天然气管道1泄漏监测定位系统，用于实现上述任一种的含氢天然气管道1泄漏监测定位方法，包括：
至少两根检测管、载气动力模块、第一监测站、第二监测站和数据分析站，至少两根检测管均沿与含氢天然气管道1的轴线平行的方向设置，用于检测从含氢天然气管道1中泄漏出的泄漏气体的浓度；
载气动力模块，用于向检测管中通入载气，通过载气带动泄漏气体进入监测站；
第一监测站和第二监测站分别用于监测从第一个监测管和第二个监测管进入监测站的气体中泄漏气体的浓度，并在泄漏气体的浓度超过阈值时进行警报；
数据分析站，用于接收第一监测站和第二监测站获得的泄漏气体浓度，并在泄漏气体浓度高于阈值时，计算含氢天然气管道1的泄漏点。
其中，检测管为对甲烷和氢气具有良好选择渗透性的两层以上的复合管。
本实施例中系统通过设置双动力设备，确保单系统更长监测距离，至少可达40km，对于多分支管道，可共用一端监测站、动力设备、载气瓶组等设备，节省投资费用。本实施例中系统可实现含氢管道同一时间不同点的泄漏监测，即使在敷设环境中有甲烷或氢气的条件下，系统性能良好。其采用双向多检测管敷设方法，提高系统稳定性，具有系统失效自检功能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
沿含氢天然气管道敷设至少两条检测管，当所述含氢天然气管道发生泄漏时，泄漏气体进入所述检测管中；
间隔预设时间后，向其中一条检测管通入载气，所述检测管内的泄漏气体随所述载气进入第一监测站，所述第一监测站判断所述泄漏气体的浓度是否超过阈值范围，并将其监测到的信息传输至数据分析站，所述数据分析站计算所述含氢天然气管道的泄漏位置；
向另一条检测管通入载气，其内的泄漏气体随所述载气进入第二监测站，所述第二监测站判断所述泄漏气体的浓度是否超过阈值范围，并将其监测到的信息传输至数据分析站，所述数据分析站计算所述含氢天然气管道的泄漏位置；
根据第一次获得的和第二次获得的泄漏气体浓度、泄漏位置，获得最终的泄漏气体浓度和泄漏位置。
2.如权利要求1所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，所述将第一次获得的和第二次获得的泄漏气体浓度、泄漏位置进行比较的方法为：若两次均检测到泄漏气体，则将两次获得的泄漏气体浓度和泄漏位置取平均值；若两次中一次检测到泄漏气体，另一次没有检测到泄漏气体，则对没有检测到泄漏气体的检测管进行重新检测，若仍然没有检测到泄漏气体则判断对应的检测管失效；若两次均未检测到泄漏气体，则所述含氢天然气管道没有泄漏。
3.如权利要求2所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，判断失效的检测管的失效位置的方法为：在失效的检测管中的载气注入标定气体，使所述标定气体充满失效的检测管，失效的检测管的标定气体从失效位置泄漏至另一正常的检测管中，在所述正常的检测管中通入载气，其内的标定气体随载气一同进入第二监测站，并通过数据分析站对标定气体的泄漏位置进行定位，从而获得失效检测管的失效位置。
4.如权利要求3所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，所述标定气体为除甲烷、氢气和载气以外的其他气体。
5.如权利要求1所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，所述检测管敷设于管道正上方、左侧方或右侧方中间位置，与所述管道的距离不超过50cm。
6.如权利要求5所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，所述检测管的直径为10～50mm。
7.如权利要求1所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，所述数据分析站采用流速与时间积分定位算法确定泄漏点位置。
8.如权利要求1所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，其特征在于，所述检测管和所述监测站之间设有过滤干燥器，用于对检测管气体的杂质进行过滤。
9.一种含氢天然气管道泄漏监测定位系统，其特征在于，用于实现权利要求1-8任一项所述的含氢天然气管道泄漏监测定位方法，包括：至少两根检测管、载气动力模块、第一监测站、第二监测站和数据分析站，
所述至少两根检测管均沿与含氢天然气管道的轴线平行的方向设置，用于检测从所述含氢天然气管道中泄漏出的泄漏气体的浓度；
所述载气动力模块，用于向所述检测管中通入载气，通过载气带动所述泄漏气体进入所述监测站；
所述第一监测站和第二监测站分别用于监测从第一个检测管和第二个检测管进入所述监测站的气体中泄漏气体的浓度及检测时间，并在所述泄漏气体的浓度超过阈值时进行警报；
所述数据分析站，用于接收所述第一监测站和第二监测站获得的泄漏气体浓度及开始检测时间和检测到泄漏气体的时间，并在泄漏气体浓度高于阈值时，计算管道的泄漏点。
10.如权利要求9所述的含氢天然气管道泄漏监测定位系统，其特征在于，所述检测管为对甲烷和氢气具有良好选择渗透性的两层以上的复合管。
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