CN210141480U

CN210141480U - 一种天然气管网泄漏监测系统

Info

Publication number: CN210141480U
Application number: CN201921013444.3U
Authority: CN
Inventors: 孟宏达
Original assignee: Beijing Zhongji New Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhongji New Technology Development Co Ltd
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2029-07-02

Abstract

本实用新型公开了一种天然气管网泄漏监测系统，该系统包括至少两组第一音波传感器组件，至少两组所述传感器组件均位于天然气管网的主管道上，所述第一音波传感器组件包括呈一定间距设置的两个音波传感器；第二音波传感器组件，所述第二音波传感器组件位于天然气网的主管道与支线管道周围；所述第二音波传感器组件包括三个音波传感器。该系统通过多传感器联合的方式来判断信号的方向，同时通过多传感器的信号处理来屏蔽由于首末端或支线引起的干扰，再通过相关的信号处理，实现城市天然气管道泄漏的精确定位。适用于城市天然气管网的管道泄漏监测，将可以为城市天然气管网的安全生产保驾护航。

Description

一种天然气管网泄漏监测系统

技术领域

本实用新型涉及管道泄漏监测技术领域，特别是涉及一种天然气管网泄漏监测系统。

背景技术

适用于城市天然气管网的多音波传感器的管道泄漏监测系统。我国城市天然气管网近10年来处于快速增长期，特别是西气东输一线、二线、三线的建设，使沿线城市都使用上了天然气，城市天然气管网的建设也越来越密集，目前全国大多数城市都已经使用上了管输的天然气，随着我国城市建设的进一步加快，天然气作为一种清洁能源，在我国城市能源消费领域的比重越来越大，而城市燃气管网的安全问题也越来越严重，随时面临由于燃气管道泄漏带来的爆炸和财产损失和人员伤亡。

实用新型内容

本实用新型提供了一种天然气管网泄漏监测系统。

本实用新型提供了如下方案：

一种天然气管网泄漏监测系统，包括：

至少两组第一音波传感器组件，至少两组所述传感器组件均位于天然气管网的主管道上，所述第一音波传感器组件包括呈一定间距设置的两个音波传感器；

第二音波传感器组件，所述第二音波传感器组件位于天然气网的主管道与支线管道周围；所述第二音波传感器组件包括三个音波传感器，其中两个音波传感器分别位于天然气网的主管道上且分布于支线管道两侧，另一音波传感器位于所述支线管道上，三个音波传感器中相邻两个之间的间距相等且与所述第一音波传感器组件中两个音波传感器之间的间距相等；

其中，各传感器组件分别与独立的音波泄漏监测系统基站可通信相连；各音波泄漏监测系统基站分别与云数据处理平台相连。

优选地：各传感器组件各自包含的各个所述音波传感器分别通过独立的音波信号调理模块以及音波信号数据通讯模块实现与所述音波泄漏监测系统基站可通信相连。

优选地：所述音波泄漏监测系统基站包括相互电连接的多路音波信号处理模块以及音波信号储存远传终端；所述音波信号数据通讯模块与所述多路音波信号处理模块相连。

优选地：所述多路音波信号处理模块连接有GPS模块。

优选地：所述云数据处理平台连接有企业信号处理数据库储存服务器，所述企业信号处理数据库储存服务器连接有多个报警显示终端。

优选地：还包括设置于所述天然气管网的主管道和/天然气管网的支线管道上的压力传感器以及流量传感器，所述压力传感器以及所述流量传感器分别与所述云数据处理平台可通信相连。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

通过本实用新型，可以实现一种天然气管网泄漏监测系统，在一种实现方式下，该系统可以包括至少两组第一音波传感器组件，至少两组所述传感器组件均位于天然气管网的主管道上，所述第一音波传感器组件包括呈一定间距设置的两个音波传感器；第二音波传感器组件，所述第二音波传感器组件位于天然气网的主管道与支线管道周围；所述第二音波传感器组件包括三个音波传感器，其中两个音波传感器分别位于天然气网的主管道上且分布于支线管道两侧，另一音波传感器位于所述支线管道上，三个音波传感器中相邻两个之间的间距相等且与所述第一音波传感器组件中两个音波传感器之间的间距相等；其中，各传感器组件分别与独立的音波泄漏监测系统基站可通信相连；各音波泄漏监测系统基站分别与云数据处理平台相连。该系统通过多传感器联合的方式来判断信号的方向，同时通过多传感器的信号处理来屏蔽由于首末端或支线引起的干扰，再通过相关的信号处理，实现城市天然气管道泄漏的精确定位。适用于城市天然气管网的管道泄漏监测，将可以为城市天然气管网的安全生产保驾护航。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种天然气管网泄漏监测系统的连接框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种天然气管网泄漏监测系统的检测方法的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种天然气管网泄漏监测系统，如图1所示，该系统包括至少两组第一音波传感器组件，至少两组所述传感器组件均位于天然气管网的主管道上，所述第一音波传感器组件包括呈一定间距设置的两个音波传感器；

其中，各传感器组件分别与独立的音波泄漏监测系统基站可通信相连；各音波泄漏监测系统基站分别与云数据处理平台相连。具体的，各传感器组件各自包含的各个所述音波传感器分别通过独立的音波信号调理模块以及音波信号数据通讯模块实现与所述音波泄漏监测系统基站可通信相连。所述音波泄漏监测系统基站包括相互电连接的多路音波信号处理模块以及音波信号储存远传终端；所述音波信号数据通讯模块与所述多路音波信号处理模块相连。所述多路音波信号处理模块连接有GPS模块。所述云数据处理平台连接有企业信号处理数据库储存服务器，所述企业信号处理数据库储存服务器连接有多个报警显示终端。

进一步的，还包括设置于所述天然气管网的主管道和/天然气管网的支线管道上的压力传感器以及流量传感器，所述压力传感器以及所述流量传感器分别与所述云数据处理平台可通信相连。

本申请提供的系统通过采集泄漏的瞬间，介质与管壁摩擦产生的次声波，再通过泄漏信号到达管道两端的时间差来计算泄漏位置，根据城市管网的特性，在管道各个监测点各安装两个音波管道泄漏监测仪，一个为主，一个为辅，两个主副音波管道泄漏监测仪之间要求有1m的安装间距，适用于天然气管网的音波管道泄漏监测系统主要包括音波传感器、音波信号调理模块、音波数据通讯模块，音波管道泄漏监测仪的工作原理是音波传感器将采集到次声波信号传给音波信号调理模块，音波信号调理模块将调理后的次声波信号传递给音波数据通讯模块，音波数据通讯模块在通过电缆将音波数据传给多路音波信号处理模块，多路音波信号处理模块将收到的主副传感器信号经过数据运算并同时给我数据通过和GPS通讯打上时间标签，再通过高速USB通讯口传给音波信号存储远传终端(RTU)，RTU通过4G物联网将数据远传到云数据处理平台，以及每个支线周围各安装三个音波管道泄漏监测仪(支线1个USB通讯口两个副的音波管道泄漏监测仪工作模式和其他点一样，三个监测仪的数据通过电缆上传到多路音波信号处理模块，多路音波处理模块对三路信号进行数据运算和处理后，进行冗余整合，然后给整合后的每个数据打上时间标签，然后通过高速传给音波信号存储远传终端(RTU)，RTU通过4G物联网将数据远传到云数据处理平台)，云数据处理平台将天然气管网上的各个点收上来的各个数据，进行综合处理、算法运算判断后，将数据和分析结果分类后分别存入我企业信号处理数据库存储服务器，企业信号处理数据库存储服务器将数据和分析结果保存到数据库，同时将分析结果通过网络传递给各个报警显示终端。

该系统通过多传感器联合的方式，来判断信号的方向和通过多传感器的信号处理来屏蔽由于支线引起的干扰，再通过相关的信号处理，实现城市天然气管道泄漏的精确定位。

所述天然气管网泄漏监测系统的检测方法包括分别获取各传感器组件包含的各音波传感器获取到信号的时间，确定获取到信号时间最早的第一音波传感器；

确定所述第一音波传感器所在的第一音波传感器组件以及所述第一音波传感器位于所述第一音波传感器组件内的方位；

根据确定的所述第一音波传感器位于所述第一音波传感器组件内的方位确定信号来源管段，所述信号来源管段为所述第一管传感器与所述第一音波传感器组件内相邻第二音波传感器连线平行且位于所述第一音波传感器与所述第二音波传感器相对一侧的外侧的管段；

判断第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型是否相同，根据音波类型判断结果确定信号来源类型；所述第一时间为所述第一音波传感器与第二音波传感器之间的间距除以声音在管道中的理论传输速度。该音波类型可以通过音波的振幅或频率进行判断。

进一步的，所述第一传感器组件为两组，所述第二传感器组件位于两组所述第一传感器组件之间；

所述第一音波传感器位于所述主管道的首端的第一传感器组件内，所述第一音波传感器位于靠近所述主管道的首端一侧，所述第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型相同，则所述信号来源类型为上游启闭、开阀信号；

所述第一音波传感器位于所述主管道的末端的第一传感器组件内，所述第一音波传感器位于靠近所述主管道的末端一侧，所述第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型相同，则所述信号来源类型为下游启闭、开阀信号；

所述第一音波传感器位于所述第二传感器组件内，所述第一音波传感器位于所述支线管道上，所述第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型相同，则所述信号来源类型为支线管道的启闭、开阀信号。

所述第一音波传感器位于所述主管道的首端的第一传感器组件内，所述第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型不同，则所述信号来源类型为位于所述主管道的首端的第一传感器组件以及所述第二传感器组件之间的主管道上的泄漏信号；

所述第一音波传感器位于所述主管道的末端的第一传感器组件内，所述第一音波传感器位于远离所述主管道的末端一侧，所述第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型不同，则所述信号来源类型为位于所述主管道的末端的第一传感器组件以及所述第二传感器组件之间的主管道上的泄漏信号；

所述第一音波传感器位于所述第二传感器组件内，所述第一音波传感器位于所述支线管道上，所述第二音波传感器在第一时刻时的音波类型与所述第一音波传感器相对所述第一时刻延时第一时间后的音波类型不同，则所述信号来源类型为支线管道的泄漏信号。

通过以下公式计算泄漏点距离支线管道的距离x；

式中：Δt为所述第一音波传感器接获取到信号的时间与所述第二传感器组件中与所述第一音波传感器相邻的传感器获取到信号的时间的差，L为支线管道到主管道首端/末端的长度，v₁为泄漏音波信号向下游传送的实际速度，v₂为泄漏音波信号向上游传送的实际速度。

下面通过具体实例对本申请提供的方法进行详细介绍：

如图2所示d为上、下游加压站两个音波传感器以及支线3个音波传感器之间的距离；v₁为泄漏音波信号向下游传送的速度，v₂为泄漏音波信号向上游传送的速度，该v₁和v₂可以通过相应公式计算获得或者通过实际测量获得；x为泄漏点距支线的距离(u₁和u₂传感器之间d距离为1m，暂时忽略)；L为支线管道到燃气管道末端长度。假定每个时刻音波传感器d₁输出的信号为s_d1；音波传感器d₂输出的信号为s_d2；音波传感器u₁输出的信号为s_u1；音波传感器u₂输出的信号为s_u2；音波传感器u₃输出的信号为s_u3；音波传感器c₁输出的信号为s_c1；音波传感器c₂输出的信号为s_c2。音波传感器输出的信号可以为音波信号的振幅或振幅表示。

对于下游的起泵、开阀信号，它首先到达音波传感器d₂，后到达音波传感器d₁，此时音波传感器d₂即为第一音波传感器，音波传感器d₁即为第二音波传感器，则理想情况下：

s_d1(t)-s_d2(t-NT)＝0 (1)

即音波传感器d₁的信号减去音波传感器d₂延时NT时间间隔以后的信号为零。

其中，T------采样周期；

N------延时的采样周期数，

对于支线来的信号，它首先到达音波传感器u₃，后到达音波传感器u₁和u₂，这样我们就可以判断出信号来自于支线，则理想情况下：

s_u1(t)-s_u2(t-NT)＝0 (2)

对于上游的起泵、开阀信号，它首先到达音波传感器c₁，后到达音波传感器c₂，则理想情况下：

s_c1(t)-s_c2(t-NT)＝0 (3)

这样就可以把从首端和末端传送过来的起泵、开阀信号、以及支线传过来的信号屏蔽掉，减少了误报，提高了系统可靠性和精确度。

对于泄漏信号，它从泄漏位置向上、下游两侧传送，因为信号是先分别到达音波传感器d₁和u₁，后到达音波传感器d₂和u₂。此时，式(1)和(2)肯定不为零。

对于下游信号两个音波传感器d₁和d₂，假定

s_d(t)＝s_d1(t)-s_d2(t-NT) (4)

对于下游的两个音波传感器u₁和u₂，假定

s_u(t)＝s_u1(t)-s_u2(t-NT) (5)

则根据泄漏信号到达d₁和u₂的时刻T₁和T₂，Δt＝T₁-T₂，可以对泄漏位置进行定位：

每一个现场数据处理远传终端都包含GPS(全球卫星时间同步系统)接收器，达成泄漏发现和时间同步功能，因此管道泄漏监测系统在通讯中断或损坏状况下，也能持续探查泄漏。在通讯恢复后，再由音波数据服务器收集各现场数据处理远传终端收集到的泄漏事件及时间，从而计算泄漏位置。

在现场允许的情况下，系统具备收集管道的压力、流量值，作为泄漏监测的辅助评估参数。采用这种方式对于腐蚀穿孔等缓慢泄漏的发现和判断，具有很好的效果。同时，防止管道上的偶然低频声源造成的误报。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述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，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种天然气管网泄漏监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的天然气管网泄漏监测系统，其特征在于，各传感器组件各自包含的各个所述音波传感器分别通过独立的音波信号调理模块以及音波信号数据通讯模块实现与所述音波泄漏监测系统基站可通信相连。

3.根据权利要求2所述的天然气管网泄漏监测系统，其特征在于，所述音波泄漏监测系统基站包括相互电连接的多路音波信号处理模块以及音波信号储存远传终端；所述音波信号数据通讯模块与所述多路音波信号处理模块相连。

4.根据权利要求3所述的天然气管网泄漏监测系统，其特征在于，所述多路音波信号处理模块连接有GPS模块。

5.根据权利要求1所述的天然气管网泄漏监测系统，其特征在于，所述云数据处理平台连接有企业信号处理数据库储存服务器，所述企业信号处理数据库储存服务器连接有多个报警显示终端。

6.根据权利要求1所述的天然气管网泄漏监测系统，其特征在于，还包括设置于所述天然气管网的主管道和/天然气管网的支线管道上的压力传感器以及流量传感器，所述压力传感器以及所述流量传感器分别与所述云数据处理平台可通信相连。