CN204083823U - 基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，该装置包括无人自主航行器和水下机器人，其中无人自主航行器上搭载有用于管道位置探测的磁异探测器和用于溢油检测的荧光计传感器组，用于实现大范围快速巡检；水下机器人上搭载有管道位置精确探测机构和荧光计传感器，用于实现管道位置探测与高精度定位及微小泄漏准确检测。该检测装置检测速度快、费用较低，能够满足海洋石油安全生产的需要。

Description

基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种海底输油管道泄漏检测装置，具体涉及一种基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，属于海洋工程水下装备与系统技术领域。

背景技术

海底输油管道是海上油田开发生产系统的主要组成部分，它是连续地输送大量原油最快捷、安全和经济可靠的运输方式。随着管道运行时间的延长，管道老化和腐蚀造成的穿孔经常发生，不仅损失大量的原油，而且还对海洋环境造成污染，人身安全造成威胁，给国家和企业带来严重的经济损失。因此，在海底管道在发生微小泄漏时及时报警提示，采取必要措施减少损失，尽可能避免海洋污染，具有重要的现实意义。

现有海底输油管道管外检测技术中，采用直升飞机沿管巡视或直接采用水下机器人搭载声波传感器进行泄漏检测应用较多。前者无法对微小泄漏进行检测，即使巡视出泄漏，也无法准确确定海底管道泄漏的位置及泄漏程度。后者检测效率较低，成本很高，同时无法确定该海域的原油泄漏量。

实用新型內容

有鉴于此，本实用新型提供一种基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，采用该装置能够探测并高精度定位海底输油管道的泄漏位置，同时能够实现微小泄漏准确检测。

所述的基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置包括无人自主航行器和水下机器人，外围设备为工作母船；所述工作母船通过脐带缆收放机构与水下机器人相连；所述无人自主航行器通过水声通信单元与工作母船通信，用于向工作母船发送泄漏警报信号和泄漏管道位置。

所述无人自主航行器的前透水舱内搭载有用于探测海底输油管道位置的磁异探测器和荧光传感器组，后透水舱内搭载有荧光传感器组；所述荧光传感器组包括两个以上用于检测海底输油管道是否漏油的荧光传感器。

所述水下机器人上搭载有管道位置精确探测机构和荧光传感器；所述管道位置精确探测机构包括探测框架和三个磁力梯度计，三个磁力梯度计并排安装在探测框架上，探测框架固定在水下机器人上。

作为本实用新型的一种优选方式，所述荧光传感器包括光源、透镜组A、透镜组B、分光镜、入射滤光镜、棱镜、返回滤光镜、光电二极管和光电倍增管；其中光源为脉冲式疝气光源；入射滤光镜的透射波长为360nm，返回滤光镜的透射波长为235nm；

所述光源触发，发出入射光后，入射光穿过位于光源后方的透镜组A变为平行光，并照射在位于透镜组A后的分光镜上；所述分光镜将光线分为两束，一束直接被光电二极管采集；另一束通过位于分光镜后方的入射滤光镜后变为单色紫外光；该束单色紫外光通过位于入射滤光镜后方的棱镜反射，直接照射在待测海水上；待测海水返回的光线通过透镜组B整形成平行光后，照射到位于透镜组B后方的返回滤光镜；经返回滤光镜过滤后的光线进入光电倍增管。

作为本实用新型的一种优选方式，所述无人自主航行器的前透水舱内还设置有侧扫声呐和变焦摄像机。

作为本实用新型的一种优选方式，所述无人自主航行器的后透水舱内还设置有温盐深仪。

作为本实用新型的一种优选方式，所述水下机器人上还设置有摄像头、水声定位模块和激光尺度仪。

有益效果

(1)该检测装置将无人自主航行器和水下机器人作为搭载平台，采用无缆的无人自主航行器能够实现大范围快速巡检，而采用有缆的水下机器人可实现泄漏小范围准确检测。无人自主航行器和水下机器人配合使用，能够快速、准确地对管道进行泄漏检测及定位，极大地提高了检测效率，降低了检测费用，满足海洋石油安全生产的需要。该检测装置属于管外检测，不需停产，适用于所有口径海底输油管道。

(2)在无人自主航行器上搭载磁异探测器、侧扫声呐和变焦摄像机，在对管道位置进行快速检测时，以磁异探测器为主，侧扫声呐及变焦摄像机为辅进行管道位置探测，采用多源信息融合方式进行判断，有效的降低了在复杂海底环境中因可能的磁场干扰而对管道的误判，提高了管道位置探测的准确度及可靠性。

(3)通过荧光传感器来检测管道有无泄漏及泄漏量，具有灵敏度高，反应快的优点，能够有效提高检测效率。

(4)在无人自主航行器的前后透水舱内均搭载有用于溢油检测的荧光传感器，能够缩短溢油检测模块的整体采样时间，大大提高了溢油检测的准确度及可靠性。

附图说明

图1为该检测装置的整体结构示意图；

图2为无人自主航行器的结构示意图；

图3为荧光传感器的结构示意图。

其中：1-水下无人航行器、4-管道位置探测机构、5-溢油检测机构、6-水下机器人、7-管道位置精确探测机构、8-溢油精确检测机构、9-水上控制模块、10-脐带缆收放机构、34-水声通信模块、35-控制模块、36-蓄电池、37-导航模块、38-避碰声呐、39-照明模块、41-磁异探测器、42-侧扫声呐、43-变焦摄像机、51-荧光传感器、52-CTD传感器、200-工作母船

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实施例提供一种基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，能够达到快速、准确对管道泄漏检测及定位的目的，极大地提高了检测效率，降低了检测费用，满足了海洋石油安全生产的需要。

该装置的整体结构如图1所示，包括无人自主航行器1和水下机器人6，外围设备为工作母船200。

其中无人自主航行器上设置有蓄电池36、控制模块35、水声通信模块34、导航模块37、避碰声呐38以及照明模块39，实现其动力、通信、导航、避碰和照明等基本功能。此外，在无人自主航行器上搭载管道位置探测机构4和溢油检测机构5，如图2所示。

所述管道位置探测机构布置在无人自主航行器的前透水舱内，包括磁异探测器41、侧扫声呐42和变焦摄像机43。所述磁异探测器41、侧扫声呐42和变焦摄像机43分别与控制模块35相连，将探测信号实时发送给控制模块35。当在磁异探测器的探测范围内有输油管道时，其所探测的磁场强度信号会有跳变，出现峰值。为排除海底复杂环境带来的可能磁场干扰，在控制模块35中设置有最小峰值；若磁异探测器所探测的磁场强度信号的峰值超过预设的最小峰值，则判断无人自主航行器的下方有输油管道；在磁异探测器所探测的磁场强度信号的峰值没有超过预设最小峰值的情况下，若侧扫声呐或变焦摄像机的图像中有输油管道时，则也可判断无人自主航行器的下方有输油管道。每次判断到当前位置的下方有输油管道时，无人自主航行器改变航行方向，从而在所探测到的管道的上方沿Z形曲线航行，进行快速巡视。

所述溢油检测模块5包括CTD传感器(温盐深仪)52和两个荧光传感器组，每个荧光传感器组由两个荧光传感器组成。其中CTD传感器52和一个荧光传感器组位于无人自主航行器的前透水舱内，另一个荧光传感器组位于无人自主航行器的后透水舱内，采用两组四个荧光传感器能够大幅缩短溢油检测采样时间间隔。所述CTD传感器52和荧光传感器分别与控制模块35相连，将检测信号实时发送给控制模块35。当荧光传感器检测到输油管道的某个位置漏油后，通过水声通信模块34向工作母船200发出泄漏警报，同时将CTD传感器52和变焦摄像机43的检测信息通过水声通信模块34发送给工作母船200，工作母船200结合CTD传感器52和变焦摄像机43的检测信息对原油泄漏状况进行辅助判断，以提高溢油检测的准确度及可靠性。

所述水下机器人通过脐带缆收放机构10与工作母船200相连，水下机器人上设置有照明模块、含云台装置的摄像头、多波束前视声呐、水声定位模块及激光尺度仪。水下机器人的视频图像、电力、控制等信号均由位于工作母船200上的水上控制模块9通过脐带缆收放模块10提供，其在水下的运动由操作人员在工作母船200上监视和控制。此外，在水下机器人上搭载有管道位置精确探测机构7和溢油精确检测机构8。

所述管道位置精确探测机构7由探测框架和三个磁力梯度计组成。三个磁力梯度计并排安装在探测框架上，探测框架固定在水下机器人上。水上控制模块9中设有显示单元，水上控制模块9将管道位置精确探测模块7检测到的磁信号合成三维彩色图像，并在显示单元上实时显示；操作人员依据该图像控制水下机器人向最强磁场区域运动，以迅速到达漏油管道所在位置。

所述溢油精确检测机构8为荧光传感器，该传感器实时输出的数据经由软件储存并以图像形式呈现在水上控制模块的显示单元上。LED灯及含云台装置的摄像头获得的图像信息经水上控制模块辅助判断原油的泄漏情况，如管道破损程度、大小等信息；同时水下机器人上的激光尺度仪能够测量管道破损的尺寸。

采用荧光传感器进行溢油检测的原理如图3所示。所述荧光传感器包括光源、两个透镜组(分别为透镜组A和透镜组B)、分光镜、入射滤光镜、棱镜、返回滤光镜、光电二极管和光电倍增管。其中光源为脉冲式疝气光源，脉冲长度2ms，光源触发频率约为4Hz；入射滤光镜的透射波长为360nm，返回滤光镜的透射波长为235nm。

其溢油检测原理为：光源被触发时，入射光穿过位于光源后方的透镜组A变为平行光，并照射在位于透镜组A后的分光镜上。分光镜将光线分为两束，一束直接被光电二极管采集，作为参考光强X；另一束通过位于分光镜后方的入射滤光镜后变为单色紫外光(紫外光的波长为360nm)。该束单色紫外光通过位于入射滤光镜后方的棱镜反射，直接照射在待测海水上。

由于紫外光照射到有碳氢化合物的海水上才会激发荧光，若输油管道泄漏，则该位置的待测海水中会含有足量的碳氢化合物，由此从待测海水返回的光线中，实际包括了360nm的散射光和235nm的受激荧光。从待测海水返回的光线通过透镜组B整形成平行光后，由位于透镜组B后方的返回滤光镜滤去360nm的散射光。则从返回滤光镜出来的光线中只有235nm的受激荧光，使用光电倍增管检测受激荧光的强度Y。荧光传感器将参考光强X和受激荧光的强度Y发送给水上控制模块，水上控制模块中的除法器结合参考光强X和激荧光的强度Y，Y/X即为荧光的相对强度；水上控制模块将荧光的相对强度Y/X在一个脉冲周期内对时间积分，所得值对应于所测碳氢化合物浓度，即海水中原油的浓度。

采用该检测装置进行输油管道泄露检测的过程为：

若海底输油管道的具体位置坐标已知，则不启用管道位置探测机构4。直接将无人自主航行器放在海底设定位置，使其沿着预设的轨迹在管道的上方进行快速巡视。若海底输油管道的具体位置坐标未知，则启用管道位置探测机构4探测管道，使无人自主航行器在所探测到的管道的上方沿Z形曲线航行，进行快速巡视。

无人自主航行器在快速巡视过程中，其上搭载的荧光计传感器实时检测管道是否有泄漏，若没有发现泄漏，则无人自主航行器一直按照既定任务巡航；若检测到有泄漏，通过水声通信模块34向工作母船200发出泄漏警报，同时导航模块37将当前位置信息发送给工作母船200。

工作母船200接收到泄漏警报后，航行到导航模块37所发送的位置信息所在处。然后下放水下机器人。水下机器人依据基于无人自主航行器所提供的泄漏大致位置，通过管道位置精确探测机构7寻找管道，水下机器人上的荧光传感器发现泄漏位置后，水下机器人停止前进并坐沉管道上部，通过荧光传感器检测并记录原油泄漏量，可通过含云台装置的摄像头观测并记录泄漏大小及范围，通过水声定位模块定位并记录泄漏位置。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，其特征在于，包括无人自主航行器和水下机器人，外围设备为工作母船；所述工作母船通过脐带缆收放机构与水下机器人相连；所述无人自主航行器通过水声通信单元与工作母船通信，用于向工作母船发送泄漏警报信号和泄漏管道位置；

所述无人自主航行器的前透水舱内搭载有用于探测海底输油管道位置的磁异探测器和荧光传感器组，后透水舱内搭载有荧光传感器组；所述荧光传感器组包括两个以上用于检测海底输油管道是否漏油的荧光传感器；

所述水下机器人上搭载有管道位置精确探测机构和荧光传感器；所述管道位置精确探测机构包括探测框架和三个磁力梯度计，三个磁力梯度计并排安装在探测框架上，探测框架固定在水下机器人上。

2.如权利要求1所述的基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，其特征在于，所述荧光传感器包括光源、透镜组A、透镜组B、分光镜、入射滤光镜、棱镜、返回滤光镜、光电二极管和光电倍增管；其中光源为脉冲式疝气光源；入射滤光镜的透射波长为360nm，返回滤光镜的透射波长为235nm；

所述光源触发，发出入射光后，入射光穿过位于光源后方的透镜组A变为平行光，并照射在位于透镜组A后的分光镜上；所述分光镜将光线分为两束，一束直接被光电二极管采集；另一束通过位于分光镜后方的入射滤光镜后变为单色紫外光；该束单色紫外光通过位于入射滤光镜后方的棱镜反射，直接照射在待测海水上；待测海水返回的光线通过透镜组B整形成平行光后，照射到位于透镜组B后方的返回滤光镜；经返回滤光镜过滤后的光线进入光电倍增管。

3.如权利要求1或2所述的基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，其特征在于，所述无人自主航行器的前透水舱内还设置有侧扫声呐和变焦摄像机。

4.如权利要求1或2所述的基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，其特征在于，所述无人自主航行器的后透水舱内还设置有温盐深仪。

5.如权利要求1或2所述的基于水下无人航行器的海底输油管道泄漏检测装置，其特征在于，所述水下机器人上还设置有摄像头、水声定位模块和激光尺度仪。