CN1844871A - 管道泄漏的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是流体输送管道泄漏的检测方法和装置。它是由安装在管道每一站的一套压力变送器测得在两站之间的管道泄漏压力变化信号分别到达两站的时间差与多次的平均值，据此计算管道泄漏点的位置；由每站的进、出站压力变化信号经自动识别信号转换单元进行识别压力越站和启泵流程，由自动识别信号转换单元输出控制切换的Δ值放大比较单元检测进或出站压力信号，并由此经信号放大驱动单元放大，驱动报警单元。本发明方法简单、实用，所用设备少，投入省，特别是对已运营的管道，只需增加少量设备即可。泄漏点位置的确定虽不十分准确，但也基本可以满足实际需要。同时还可实时报警提示。且报警的灵敏度高，准确可靠，自动化程度高，操作简便。

Description

管道泄漏的检测方法和装置

技术领域

本发明是流体输送管道泄漏的检测方法和装置。涉及流体压力的测量和管道系统技术领域。

背景技术

流体管道在运行中总会由于种种原因产生泄漏，特别是那些运营时间长了的管道，比如腐蚀穿孔、人为的或自然的不可抗力等。及时地掌握穿孔及准确位置的信息对于管道运营操作和管理者都是非常重要的。因此，世界各国均先后研究出了多种检测管道泄漏的方法和装置。如利用光纤技术研究开发出来的光纤检测法，该技术虽然检测可靠、定位准确，甚至可以感知到挖掘和触动管道的信息，为排除故障可争取更多的时间。但因其须沿管线铺设光缆，不仅造价高，而且对已建成的管道而言须另行开挖、铺设光缆，其造价就更高。前苏联曾开发了一种利用泄漏产生超声波现象的超声波检测技术。此技术也能可靠而较准确的检测到泄漏的信息，只需在一定间隔距离安装超声波传感器和检测装置。但仍需要在流体管道常用或已安装的仅表之外另增加许多超声波传感器和相关设备，仍显得成本高。如有一种利用现有流体管道已安装的仪表或常用仪表再加少量的装置就可实现管道泄漏的检测，岂不更方便、更简单、更节省？

发明内容

本发明的目的就是发明一种简单、方便、节省、可靠而较准确的流体管道泄漏的检测方法和装置。

由于流体管道在泄漏时不仅要产生超声波，同时在管道内产生—负压击波，并由流体传送到上、下站。本发明根据这一特性并尽可能利用现有设备检测管道内负压波的方法实现对管道泄漏的检测。当管道发生泄漏时，负压击波传到相邻上、下两站一甲、乙站，被设置在甲、乙站内的一套压力传感器感知，并在每个站的站控机屏显实时压力趋势图上有压力曲线变化。于是我们可以据管道泄漏信号分别到达甲、乙两站的时间差和两站到达时间差多次的平均值计算出管道泄漏的位置；这里泄漏信号分别到两站的时间是以每站的时钟为基准，各站的时钟应同步，当然最好采用一个时钟。同时压力的变化信号经识别和放大驱动报警。据甲、乙两站压力变化的时间差和两站时间差多次的平均值计算管道泄漏的位置很简单，其先出现负压波的泵站至泄漏点距离的计算公式为：

式中：t_均差-负压波至甲、乙两站时间差N次的平均值(s)

      t₁-到先出现负压波泵站的时间(s)

      t₂-到后出现负压波泵站的时间(s)

      L-甲乙两站间的距离(km)

在这个计算公式中由于下述原因会有一定的误差：

1、由于管道内的流体有一定的流速，负压波向上(逆向)和向下(同向)传递的速度会有所不同，会对计算结果产生一定的误差，但因负压波在液体中传递的速度为1000m/s，而管道内的流体如原油的流速一般在1m/s左右，这一点对原油输送管道而言，其误差可以忽略不计；

2、泄漏的负压波到甲乙两站的时间是以站控机的时钟为基准的，这就要求各个站的时钟必须一致。但事实上各个站的时钟是单独的，需要定时、校时且要走时一致，如校时误差大，或走时误差大，都将给计算结果带来误差，如24小时内累计误差2s的话，就有2000m的误差。当然如果改造现有站控设备，所有站均用一个时钟，那当最好了；

3、一般站控设备中压力曲线是每秒行进一个扫描线，不同的站分别用鼠标点击压力曲线陡降折点处，在时间上会有一些误差，就是运行人员再精心操作，也会有约正负一个扫描线的误差，那么也会产生约2000m的误差。

由上可知，本方法利用现有站控设备来检测泄漏点的位置是会有一些误差的，但一般可以控制在5000m以内，这对实际查找泄漏点来说当然不是很理想，但也就可以了。

本方法不仅要在站控机的屏显压力趋势图上显示，同时还应有及时的报警，帮助提醒运行操作人员及时处理。其泄漏检测的报警方法是在每个管道中间站安装一套压力变送器，分别测进站、出站压力。只要进或出站压力有负压波，说明有操作或有泄漏点。用Δ值放大比较单元放大，并将此差值放大驱动报警装置即可。

实际上对于中间站来说有压力越站和启泵流程。为了能区分这些流程，准确地识别出泄漏的负压波信号，本方法采用进、出站压力信号双路输入的办法，即由进、出站压力信号输入比较，选择高电平信号进行检测压力越站流程时，这样就可以对报警精度提高一倍。

据本发明之方法，本管道泄漏检测装置也是基于尽可能多的利用现有设备来设计，最大限度地减少投入。本装置由压力变送器，将压力变送器检测的电流信号转换为电压信号的安全保持器或配电器、站控设备、自动识别信号转换单元、Δ值放大比较单元、信号放大驱动单元、报警单元和电源单元组成。由于实现管道泄漏检测有泄漏报警和泄漏点位置确定两部分，而输送管道不论是新建还是已运营的，一般都有压力检测和站控设备，因此本装置就没有必要另设置一套，完全可以利用已有设备。像泄漏点位置的确定就完全可以利用现有站控机的屏显实时压力趋势图和一个简单的计算软件计算出泄漏点的位置。而管道泄漏检测的报警部分的压力检测部分—压力变送器、安全保持器或配电器同样也完全可以利用管道中现有设备，只需另行设置自动识别信号转换单元、Δ值放大比较单元、信号放大驱动单元、报警单元及为它们供电的电源单元即可(如图1所示)。因此本装置就简化为由设置在进站和出站管道上的两台压力变送器将检测到的压力变化信号经安全保持器或配电器转换的两路电压信号连接输入到自动识别信号转换单元的输入端，其输出由继电器J₁₀₁的触点切换Δ值放大比较单元的输入，该Δ值放大比较单元的输出接信号放大驱动单元和报警单元进行报警，电源单元分别向自动识别信号转换单元、Δ值放大比较单元、信号放大驱动单元和报警单元供电。除了报警以外，为供运行操作人员更直观的观察，还可以加一动圈仪表驱动单元以驱动指针式仪表显示当前压力值的趋向，本单元是接自Δ值放大比较单元的输出。同样该驱动单元也由电源单元供电。为便于识别泄漏信号及电路组成的实现，本装置的输入信号来自进站和出站双路压力信号，从图2可看出其中的自动识别信号转换单元由运算放大器构成的比较放大器和其后的二级放大器组成，其输入为一个进站压力信号和一个出站压力信号，输出为继电器J₁₀₁，以其触点的闭合控制Δ值放大比较单元的输入。Δ值放大比较单元是两路基本相同的放大电路，只是其中一路的输入电路并有可调的电容器，实际就是延迟输入信号，输出是个延迟了的放大Δ值。两路放大电路的输入为双进站压力信号或双出站压力信号。当无泄漏信号时，信号放大驱动单元无输出，继电器J₂₀₁不工作，Δ值放大比较单元的输入为进站或出站压力信号，该Δ值放大比较单元无Δ值变化输出；当有泄漏信号(负压信号)时，信号放大驱动单元有Δ值变化输出，继电器J₂₀₁工作，其常开触点接通，常闭触点断开。当有泄漏信号时，信号放大驱动单元工作，继电器J₂₀₁的常开触点接通，使报警单元工作。该报警单元选用音频振荡电路LM556、功放电路和喇叭。动圈仪表驱动单元的输入也来自Δ值放大比较单元的输出，直接由运算放大器放大驱动其负载—动圈仪表。电源单元为变压、整流、滤波后的三级稳压电路，每级稳压电路输出各为一部分电路单元供电。本装置采用如此的电路构成，当启泵流程时自动检测出站压力。当压力越站流程时自动检测进站压力。这样做，压力越站流程报警精度提高一倍，启泵流程时可克服一旦有负压波进站压力不变而报警的弊端，会可靠地对负压信号产生响应和报警。

具体实施方式

实施例：下面以一已在输油管线上试验并成功的例子对本发明作进一步的说明。本例已应用于铁秦原油管线上。在每个中间站的进站和出站处管道上各安装1台压力变送器、安全保持器或配电器，测量两站之间的压力变化(管道泄漏的负压波)信号分别到达两站的时间(以站控机的时钟为基准)和两站时间差5次的平均值，据此以及两站之间的距离(是一确定数)，便可计算出产生泄漏的具体位置。而管道泄漏的报警(见图2)是由进出站压力各双路信号经自动识别信号转换单元进行识别检测进站或出站压力，在有负压波时，将Δ值放大驱动报警单元进行报警，同时也驱动动圈仪表，指示当前压力变化趋势。其装置按图2所示的电原理图组装，元器件按图上所标选择。其中第一级为自动识别信号转换单元由运算放大器μpcl57A或TA7506M(1)作比较放大，后接两级分立元件组成的放大器，末级放大器的负载为继电器J₁₀₁，选HH53P，选择切换进站或出站信号，将进站或出站信号送给Δ值放大比较单元。Δ值放大比较单元由两套分立元件四级放大器构成，其中一套放大器的输入电阻R₄₀₁后接了一只可调大电解电容以延迟输入，并通过手动按钮与R₄₀₁并联一小电阻R₄₀₉，用以电路的报警试验，两套放大器的输入均由继电器J₁₀₁控制取自进站或出站的压力信号。当有负压信号时，一路及时放大，一路延迟后放大，Δ值放大比较单元的输出分两路，一路接向由运算放大器μpcl57A组成的比较放大动圈仪表驱动单元，直接驱动动圈仪表89C48的指针转动；另一路接向信号放大驱动单元，此信号放大驱动单元由运算放大器μpcl57A或TA7506M(1)的比较放大和其后的两级分立元件放大器组成，末级放大器的负载为继电器J₂₀₁，型号为HH53P，由其触点控制报警单元的输入。信号放大驱动单元的输入来自Δ值放大比较单元的放大器的输出，当有负压信号时，一路放大器放大的Δ值和另一路放大器延迟放大了的Δ值比较产生差值加到信号放大器驱动单元推动继电器J₂₀₁，J₂₀₁常开触点闭合，推动继电器J₆₀₂常开触点闭合提供报警单元电源。报警单元则选用音频振荡器集成电路LM556和功放电路推动喇叭Y601发声响。电源单元由变压器、全波整流、滤波、稳压后输出24V向自动识别信号转换单元、Δ值放大比较单元和信号放大驱动单元供电；该24V电压又经一个三端稳压电路7812向报警单元供电，经2只稳压电路A₄、A₅(选用723HC集成块)输出+10V各向自动识别信号转换单元A₁、信号放大驱动单元的运算放大器A₂和动圈仪表驱动单元的运算放大器A₃供电。

该装置经全线安装试用，实测报警精度ΔP↓≥0.025Mpa，时间t≤150秒，管线上只要有穿孔或钻孔该装置即可报警，灵敏度可以满足实际需要，准确度高，且可自动识别，操作简便。全线启用本装置后的一年多时间里所有的4次钻孔漏油无一漏报，为及时采取措施提供了及时、准确的信息，避免了更大的损失。

可见本发明之方法简单、实用，所用设备少，投入省，特别是对于已运营的管线，只需增加少量设备即可。泄漏点位置的确定虽不十分准确，但也基本可满足实际需要。同时还可实时报警提示，也可以仪表指示。而报警装置报警的灵敏度高，准确可靠，自动化程度高，操作简便。

Claims (10)

1、一种管道泄漏的检测方法，其特征是由安装在管道每一站管道上的一套压力变送器测得在相邻两站之间的压力变化(管道泄漏)信号分别到达两站的时间差及多次的平均值，据此计算管道泄漏点的位置；由每站的压力变化信号经识别，检出因泄漏而产生的压力变化信号放大驱动报警。

2、根据权利要求1所述的管道泄漏的检测方法，其特征是在管道的每站管道上安装分别测进、出站压力各一台压力变送器，测到的进、出站双路压力变化信号由自动识别电路决定检测进站或出站压力信号对负压信号进行实时检测，并将进或出站压力负压波Δ值信号放大，驱动报警。

3、根据权利要求1所述的管道泄漏的检测方法，其特征是压力变化信号分别到达两站的时间是以每站的时钟为基准，各站的时钟同步。

4、一种管道泄漏的检测装置，包括压力变送器、将压力变送器输出的电流信号转换为电压信号的安全保持器或配电器以及站控设备，其特征是泄漏报警由自动识别信号转换单元、Δ值放大比较单元、信号放大驱动单元、报警单元和电源单元组成，由设置在管道每站进站和出站处管道上的两台压力变送器将测到的压力变化信号经安个保安器或配电器转换为电压信号接到自动识别信号转换单元的输入端，其输出由继电器J₁₀₁的触点切换Δ值放大比较单元的输入，该Δ值放大比较单元的输出经信号放大驱动单元和报警单元进行报警，电源单元分别向自动识别信号转换单元、Δ值放大比较单元、信号放大驱动单元和报警单元供电。

5、根据权利要求4所述的管道泄漏的检测装置，其特征是设置在管道每站进站和出站处管道上的压力变送器各为一台，由进站和出站各一路压力变送器测得的压力信号经变换后作为自动识别信号传换单元的输入进行比较识别切换，进站和出站的各一路压力变送器测得的压力变化信号经变换后作为Δ值放大比较单元的输入，取得出站或进站压力变化的Δ值并予以放大。

6、根据权利要求4、5所述的管道泄漏的检测装置，所述自动识别信号转换单元的特征是该单元由运算放大器组成的比较器及其输出接的两级放大器构成，末级放大器由继电器J₁₀₁的触点控制后接的Δ值放大比较单元的输入。

7、根据权利要求4、5所述的管道泄漏的检测装置，所述Δ值放大比较单元的特征是由两路放大器组成，每一路放大器为一路进站压力信号或出站压力信号输入，该两路放大器除一路放大器的第一级输入电路中并有一组大电容、R₄₀₁并连R₄₀₉和按钮开关外，其余构成均相同，两路放大器的输出为信号放大驱动单元的两路比较输入。

8、根据权利要求4、5所述的管道泄漏的检测装置，所述信号放大驱动单元的特征是山运算放大器组成的比较器和后串接的两级放大器构成，比较器的输入来自前级Δ值放大单元的两路放大器的输出，末级放大器输出为继电器J₂₀₁，由其触点控制报警单元的输入。

9、根据权利要求4、5所述的管道泄漏的检测装置，所述报警单元的特征是由LM556系列音频振荡电路和功放电路、喇叭构成，Δ值放大比较单元的输出通过继电器J₂₀₁触点的切换驱动继电器J₆₀₂使音频振荡电路有电源供电，音频振荡，信号加至功放电路并驱动喇叭报警输出。

10、根据权利要求4、5所述的管道泄漏的检测装置，其特征是在Δ值放大比较单元的输出与信号放大驱动单元的输入并联连接有动圈仪表驱动单元，该动圈仪表驱动单元由运算放大器和动圈仪表构成，放大器的输入为Δ值放大比较单元的两路放大器的输出，动圈仪表直接接在放大器的输出电路中，以驱动动圈仪表。