CN103836346A - 一种水下天然气管道接头泄漏监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：它包括若干水下传感子系统和一水上监控装置；每一水下传感子系统包括一外部框架，外部框架上设置有若干水听器和一电子仓；电子仓内依次连接有一信号前放板、一数据采集板、一USB数据采集卡和一第一光纤收发器；水上监控装置包括一工控机和若干通过光缆与每一第一光纤收发器一一对应连接的第二光纤收发器，工控机具有一操作显示界面；工控机通过其操作显示界面显示每一位置水听器的报警信号和泄漏位置。本发明可以广泛用于水下天然气管道接头泄漏领域。

Description

一种水下天然气管道接头泄漏监测系统

技术领域

本发明涉及一种泄漏监测系统，特别是关于一种水下天然气管道接头泄漏监测系统。

背景技术

随着管道的架设，水下管道接头泄漏检测技术也得到不断发展，从最简单的人工巡视发展到较为复杂的计算机软硬件结合方法，从陆地上检测发展到海底检测，甚至利用飞机在空中进行检测。

管道的检漏方法有多种分类，其中主要包括以下几种方法：

1、直接观察法：直接观察法即是通过直接对水下管道接头观察来判断是否有泄漏发生，是由潜水员或遥控潜水器（ROV，Remote-operated vehicle）进行外观泄漏检测。直接观察法不容易发现非常小的泄漏点，而且检测结果与水深等环境条件和检测员的技术水平有较大关系。一般来说，水深在0～50m之间可用潜水员，更深的情况则使用有人驾驶的潜水艇或遥控潜水器。

2、水面监视法：位于浅海区的管道，由于水较浅，水下管道接头中泄漏出的物质一般会在管道上部水面有所反映，所以对浅海海底管道可采用监视布设管道上面的水面的方法来检漏。这种水面监视法简单易行，但是，它只能对较大的泄漏有效，对小的泄漏则无能为力，并且检测过程需要在天气条件较好的时候进行。根据泄漏时的水流、密度等参数，估算泄漏位置。这种方法的精度较低，只能进行粗略判断，一般难以满足工业要求。

3、光纤传感检测法：光纤传感检测法是近年来发展的一个热点，用光纤传感器检测管道和管道接头泄漏的方法是因为管道中输送的物质泄漏会引起周围环境温度的变化，因此利用分布式光纤温度传感器连续测量沿管道的温度分布，当管道的温度变化超过一定的范围，就可以判断发生了泄漏。此外，随着各种分布式光纤传感器的发展，未来可以实现利用一根或几根光纤对天然气管线内介质的温度、压力、流量、管壁应力进行分布式在线测量，这在管道监控系统中将极具应用潜力，但是这种泄漏检测系统造价非常昂贵，且施工维护不便。

4、被动声纳监听法：对于管道接头处，可以使用被动声纳监听技术，监听水下气泡的泄漏声音，从而达到实时检漏的目的，这类设备往往和机械故障诊断设备结合在一起。由于被动声纳监听法具有易于布设，灵敏度高并且可以记录声音数据，从而使操作员可以二次判断泄漏的类型等优点，成为主要的发展方向。但是，现在的被动声纳监听法的设备在应用中，存在泄漏定位分辨率不够高、监控数据传输距离不够远的缺点，限制了被动声纳监听法的发展。以挪威的NAXYS公司的水下泄漏监测系统为例，它的声学泄漏检测器被安装在海底管汇的中间区域，它将海底管汇的俯视图平面分为15个区域进行监控，也就是说，它的水平角度分辨率为360/15=24度，如此粗糙的分辨率很难对海底泄漏进行有效的监控。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够对管道接头进行及时的损伤检测和泄漏定位的高分辨率的水下天然气管道接头泄漏监测系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：它包括若干水下传感子系统和一水上监控装置；每一所述水下传感子系统包括一外部框架，所述外部框架上设置有若干水听器和一电子仓；所述电子仓内依次连接有一信号前放板、一数据采集板、一USB数据采集卡和一第一光纤收发器；所述水上监控装置包括一工控机和若干通过光缆与每一所述第一光纤收发器一一对应连接的第二光纤收发器，所述工控机具有一操作显示界面；所述信号前放板分别连接并将各所述水听器传输的模拟信号，进行放大滤除噪声后传送给所述数据采集板，所述数据采集板将模拟信号转换成数字信号传输给所述USB数据采集卡，所述USB数据采集卡将数字信号转化为网络协议报文传送给所述第一光纤收发器，所述第一光纤收发器将网络协议报文转换成光信号通过光缆传输给对应的第二光纤收发器，所述第二光纤收发器将光信号转换成电信号传输给所述工控机，所述工控机通过其操作显示界面获取每一位置所述水听器的报警信号和泄漏位置。

所述外部框架包括交叉焊接的两个半圆弧，两所述半圆弧的底部焊接一下圆环，所述下圆环上方的两所述半圆支架上焊接一上圆环，在所述上圆环的圆心处交汇焊接有若干连接所述两半圆弧的支杆，每一所述支杆上设置有若干所述水听器，且所述电子仓设置在处交汇焊接的所述圆心处底部。

所述支杆的数量为五根以上。

所述USB数据采集卡采用PXI8800数据采集卡。

所述第一光纤收发器和所述第二光纤收发器采用阿尔泰PCI2600光纤收发器。

所述工控机采用研祥IPC-810B工控机。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在水下设置若干水下传感子系统，并在每一水下传感子系统中设置了一由两个半圆弧、一上圆环、一下圆环和若干支杆焊接的外部框架上，在外部框架上设置若干水听器，因此本发明能够通过每一水下传感子系统在直径200米左右范围内的泄漏监测，通过多个水下传感子系统同时对整个区域进行泄漏监控。2、采用本发明的外部框架不但可以对泄漏进行监测，还可以对周边的机械结构的工况进行监控。3、本发明通过操作界面的阵列信号处理算法，提高了监控的分辨率和精度，因此即使是较小的泄漏也能监测到，同时使水平误差小于3°，垂直误差小于5°，泄漏误报率小于5%。4、本发明由于采用光缆进行传输，因此监控数据传输距离至少为5km，有效地保证了监测信号的保真传输，解决了被动声呐泄漏定位分辨率不够高、监控数据传输距离不够远的缺点。本发明可以广泛用于水下天然气管道接头泄漏领域。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明水下传感子系统示意图

图3是采用本发明水下噪声空间声场分布示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括若干水下传感子系统1和一个水上监控装置2。

如图2所示，每一水下传感子系统1包括一外部框架11，外部框架11包括交叉焊接的两个半圆弧111，在两半圆弧111的底部焊接一下圆环112，在下圆环112上方的半圆弧111上焊接一上圆环113，在上圆环113的圆心水平方向和垂直方向焊接有连接半圆支架111的五根支杆114，在五根支杆114上设置有若干水听器12，水听器12能够对泄漏气泡声源进行三维识别定位，并将采集的声音信号转换成模拟信号进行传输。

如图1、图2所示，每一外部框架1内的各支杆114交汇点的底部设置一电子仓13，电子仓13包括一腔体131，腔体131为一边长为0.3m左右的正方体，重约10kg，腔体131做水密处理，适用于1500m水深。腔体131内设置有依次连接的信号前放板132、数据采集板133、USB数据采集卡134和第一光纤收发器135。上述各水听器12分别电连接电子仓13内的信号前放板132。信号前放板132分别将各水听器12传输的模拟信号放大并将噪声滤除，将有效信号传送给数据采集板133，数据采集板133将模拟信号转换成数字信号传输给USB数据采集卡134，USB数据采集卡134将数字信号转化为网络协议报文传送给第一光纤收发器135，第一光纤收发器135将网络协议报文转换成光信号。

如图1所示，水上监控装置2包括若干第二光纤收发器21和一工控机22，工控机22具有一操作显示界面221，其中操作显示界面221采用阵列信号处理算法。每一第二光纤收发器21分别电连接工控机22，每一第二光纤收发器21分别通过光缆3连接与其一一对应的第一光纤收发器135，并将第一光纤收发器135传送的光信号转换成电信号传输给工控机22，工控机22通过其操作显示界面221可以显示每一位置水听器12发出的报警信号和泄漏位置。

上述USB数据采集卡134可以采用PXI8800数据采集卡，第一光纤收发器135和第二光纤收发器21可以采用阿尔泰PCI2600光纤收发器，工控机22可以采用研祥IPC-810B工控机。

如图3所示，在水下噪声空间声场分布示意图中，X轴表示水平周向的扫描角度，Y轴表示垂直方向的扫描角度，Z轴表示声音的声压强弱，峰值可以鲜明地表达出声音的强度，通过整个坐标轴可以判断出泄漏声源的角度方位。其中，X轴为0°到360°，代表水平周向相对于正北的角度位置，Y轴为-90°到+90°，代表水平面以下90°到水平面以上90°的垂直方向角度。通过读取峰值所在的Z轴水平周向角度和垂直方向角度，可以推断出泄漏声源的角度位置。

上述实施例中，水下传感子系统1的五根支杆114上均安装了水听器12，形成了一五臂传感器阵列。当然支杆114的数量还是可以变化的，比如支杆的数量是五根以上，每一支杆114的一端都交汇到上圆环113的圆心，进而形成六臂、七臂……传感阵列。

上述实施例中，水下传感子系统1的探测区域半径至少为200m，这样形成的水平误差小于3°，垂直误差小于5°，泄漏误报率小于5%，信号传输距离至少5km。本发明还可以对周边的机械结构的工况进行监控，对周边的机械结构的工况监控过程与对管道接头监控过程相同，故不再详述。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：它包括若干水下传感子系统和一水上监控装置；

每一所述水下传感子系统包括一外部框架，所述外部框架上设置有若干水听器和一电子仓；所述电子仓内依次连接有一信号前放板、一数据采集板、一USB数据采集卡和一第一光纤收发器；

所述水上监控装置包括一工控机和若干通过光缆与每一所述第一光纤收发器一一对应连接的第二光纤收发器，所述工控机具有一操作显示界面；

所述信号前放板分别连接并将各所述水听器传输的模拟信号，进行放大滤除噪声后传送给所述数据采集板，所述数据采集板将模拟信号转换成数字信号传输给所述USB数据采集卡，所述USB数据采集卡将数字信号转化为网络协议报文传送给所述第一光纤收发器，所述第一光纤收发器将网络协议报文转换成光信号通过光缆传输给对应的第二光纤收发器，所述第二光纤收发器将光信号转换成电信号传输给所述工控机，所述工控机通过其操作显示界面获取每一位置所述水听器的报警信号和泄漏位置。

2.如权利要求1所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述外部框架包括交叉焊接的两个半圆弧，两所述半圆弧的底部焊接一下圆环，所述下圆环上方的两所述半圆支架上焊接一上圆环，在所述上圆环的圆心处交汇焊接有若干连接所述两半圆弧的支杆，每一所述支杆上设置有若干所述水听器，且所述电子仓设置在处交汇焊接的所述圆心处底部。

3.如权利要求2所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述支杆的数量为五根以上。

4.如权利要求1或2或3所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述USB数据采集卡采用PXI8800数据采集卡。

5.如权利要求1或2或3所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述第一光纤收发器和所述第二光纤收发器采用阿尔泰PCI2600光纤收发器。

6.如权利要求4所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述第一光纤收发器和所述第二光纤收发器采用阿尔泰PCI2600光纤收发器。

7.如权利要求1或2或3或6所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述工控机采用研祥IPC-810B工控机。

8.如权利要求4所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述工控机采用研祥IPC-810B工控机。

9.如权利要求5所述的一种水下天然气管道接头泄漏监测系统，其特征在于：所述工控机采用研祥IPC-810B工控机。

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