一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：它包括若干水下傳感子系統(tǒng)和一水上監(jiān)控裝置；每一水下傳感子系統(tǒng)包括一外部框架，外部框架上設(shè)置有若干水聽器和一電子倉；電子倉內(nèi)依次連接有一信號(hào)前放板、一數(shù)據(jù)采集板、一USB數(shù)據(jù)采集卡和一第一光纖收發(fā)器；水上監(jiān)控裝置包括一工控機(jī)和若干通過光纜與每一第一光纖收發(fā)器一一對應(yīng)連接的第二光纖收發(fā)器，工控機(jī)具有一操作顯示界面；工控機(jī)通過其操作顯示界面顯示每一位置水聽器的報(bào)警信號(hào)和泄漏位置。本發(fā)明可以廣泛用于水下天然氣管道接頭泄漏領(lǐng)域。
【專利說明】一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著管道的架設(shè)，水下管道接頭泄漏檢測技術(shù)也得到不斷發(fā)展，從最簡單的人工巡視發(fā)展到較為復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件結(jié)合方法，從陸地上檢測發(fā)展到海底檢測，甚至利用飛機(jī)在空中進(jìn)行檢測。
[0003]管道的檢漏方法有多種分類，其中主要包括以下幾種方法：
[0004]I、直接觀察法：直接觀察法即是通過直接對水下管道接頭觀察來判斷是否有泄漏發(fā)生，是由潛水員或遙控潛水器（ROV, Remote-operated vehicle)進(jìn)行外觀泄漏檢測。直接觀察法不容易發(fā)現(xiàn)非常小的泄漏點(diǎn)，而且檢測結(jié)果與水深等環(huán)境條件和檢測員的技術(shù)水平有較大關(guān)系。一般來說，水深在O?50m之間可用潛水員，更深的情況則使用有人駕駛的潛水艇或遙控潛水器。
[0005]2、水面監(jiān)視法：位于淺海區(qū)的管道，由于水較淺，水下管道接頭中泄漏出的物質(zhì)一般會(huì)在管道上部水面有所反映，所以對淺海海底管道可采用監(jiān)視布設(shè)管道上面的水面的方法來檢漏。這種水面監(jiān)視法簡單易行，但是，它只能對較大的泄漏有效，對小的泄漏則無能為力，并且檢測過程需要在天氣條件較好的時(shí)候進(jìn)行。根據(jù)泄漏時(shí)的水流、密度等參數(shù)，估算泄漏位置。這種方法的精度較低，只能進(jìn)行粗略判斷，一般難以滿足工業(yè)要求。
[0006]3、光纖傳感檢測法：光纖傳感檢測法是近年來發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，用光纖傳感器檢測管道和管道接頭泄漏的方法是因?yàn)楣艿乐休斔偷奈镔|(zhì)泄漏會(huì)引起周圍環(huán)境溫度的變化，因此利用分布式光纖溫度傳感器連續(xù)測量沿管道的溫度分布，當(dāng)管道的溫度變化超過一定的范圍，就可以判斷發(fā)生了泄漏。此外，隨著各種分布式光纖傳感器的發(fā)展，未來可以實(shí)現(xiàn)利用一根或幾根光纖對天然氣管線內(nèi)介質(zhì)的溫度、壓力、流量、管壁應(yīng)力進(jìn)行分布式在線測量，這在管道監(jiān)控系統(tǒng)中將極具應(yīng)用潛力，但是這種泄漏檢測系統(tǒng)造價(jià)非常昂貴，且施工維護(hù)不便。
[0007]4、被動(dòng)聲納監(jiān)聽法：對于管道接頭處，可以使用被動(dòng)聲納監(jiān)聽技術(shù)，監(jiān)聽水下氣泡的泄漏聲音，從而達(dá)到實(shí)時(shí)檢漏的目的，這類設(shè)備往往和機(jī)械故障診斷設(shè)備結(jié)合在一起。由于被動(dòng)聲納監(jiān)聽法具有易于布設(shè)，靈敏度高并且可以記錄聲音數(shù)據(jù)，從而使操作員可以二次判斷泄漏的類型等優(yōu)點(diǎn)，成為主要的發(fā)展方向。但是，現(xiàn)在的被動(dòng)聲納監(jiān)聽法的設(shè)備在應(yīng)用中，存在泄漏定位分辨率不夠高、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸距離不夠遠(yuǎn)的缺點(diǎn)，限制了被動(dòng)聲納監(jiān)聽法的發(fā)展。以挪威的NAXYS公司的水下泄漏監(jiān)測系統(tǒng)為例，它的聲學(xué)泄漏檢測器被安裝在海底管匯的中間區(qū)域，它將海底管匯的俯視圖平面分為15個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，也就是說，它的水平角度分辨率為360/15=24度，如此粗糙的分辨率很難對海底泄漏進(jìn)行有效的監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)艿澜宇^進(jìn)行及時(shí)的損傷檢測和泄漏定位的高分辨率的水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：它包括若干水下傳感子系統(tǒng)和一水上監(jiān)控裝置；每一所述水下傳感子系統(tǒng)包括一外部框架，所述外部框架上設(shè)置有若干水聽器和一電子倉；所述電子倉內(nèi)依次連接有一信號(hào)前放板、一數(shù)據(jù)采集板、一 USB數(shù)據(jù)采集卡和一第一光纖收發(fā)器；所述水上監(jiān)控裝置包括一工控機(jī)和若干通過光纜與每一所述第一光纖收發(fā)器一一對應(yīng)連接的第二光纖收發(fā)器，所述工控機(jī)具有一操作顯示界面；所述信號(hào)前放板分別連接并將各所述水聽器傳輸?shù)哪M信號(hào)，進(jìn)行放大濾除噪聲后傳送給所述數(shù)據(jù)采集板，所述數(shù)據(jù)采集板將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給所述USB數(shù)據(jù)采集卡，所述USB數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文傳送給所述第一光纖收發(fā)器，所述第一光纖收發(fā)器將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文轉(zhuǎn)換成光信號(hào)通過光纜傳輸給對應(yīng)的第二光纖收發(fā)器，所述第二光纖收發(fā)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給所述工控機(jī)，所述工控機(jī)通過其操作顯示界面獲取每一位置所述水聽器的報(bào)警信號(hào)和泄漏位置。
[0010]所述外部框架包括交叉焊接的兩個(gè)半圓弧，兩所述半圓弧的底部焊接一下圓環(huán)，所述下圓環(huán)上方的兩所述半圓支架上焊接一上圓環(huán)，在所述上圓環(huán)的圓心處交匯焊接有若干連接所述兩半圓弧的支桿，每一所述支桿上設(shè)置有若干所述水聽器，且所述電子倉設(shè)置在處交匯焊接的所述圓心處底部。
[0011]所述支桿的數(shù)量為五根以上。
[0012]所述USB數(shù)據(jù)采集卡采用PXI8800數(shù)據(jù)采集卡。
[0013]所述第一光纖收發(fā)器和所述第二光纖收發(fā)器采用阿爾泰PCI2600光纖收發(fā)器。
[0014]所述工控機(jī)采用研祥IPC-810B工控機(jī)。
[0015]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于在水下設(shè)置若干水下傳感子系統(tǒng)，并在每一水下傳感子系統(tǒng)中設(shè)置了一由兩個(gè)半圓弧、一上圓環(huán)、一下圓環(huán)和若干支桿焊接的外部框架上，在外部框架上設(shè)置若干水聽器，因此本發(fā)明能夠通過每一水下傳感子系統(tǒng)在直徑200米左右范圍內(nèi)的泄漏監(jiān)測，通過多個(gè)水下傳感子系統(tǒng)同時(shí)對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行泄漏監(jiān)控。2、采用本發(fā)明的外部框架不但可以對泄漏進(jìn)行監(jiān)測，還可以對周邊的機(jī)械結(jié)構(gòu)的工況進(jìn)行監(jiān)控。3、本發(fā)明通過操作界面的陣列信號(hào)處理算法，提高了監(jiān)控的分辨率和精度，因此即使是較小的泄漏也能監(jiān)測到，同時(shí)使水平誤差小于3°，垂直誤差小于5°，泄漏誤報(bào)率小于5%。4、本發(fā)明由于采用光纜進(jìn)行傳輸，因此監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸距離至少為5km，有效地保證了監(jiān)測信號(hào)的保真?zhèn)鬏?，解決了被動(dòng)聲吶泄漏定位分辨率不夠高、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸距離不夠遠(yuǎn)的缺點(diǎn)。本發(fā)明可以廣泛用于水下天然氣管道接頭泄漏領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖2是本發(fā)明水下傳感子系統(tǒng)示意圖
[0018]圖3是采用本發(fā)明水下噪聲空間聲場分布示意圖
【具體實(shí)施方式】[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明包括若干水下傳感子系統(tǒng)I和一個(gè)水上監(jiān)控裝置2。
[0021]如圖2所示，每一水下傳感子系統(tǒng)I包括一外部框架11，外部框架11包括交叉焊接的兩個(gè)半圓弧111，在兩半圓弧111的底部焊接一下圓環(huán)112，在下圓環(huán)112上方的半圓弧111上焊接一上圓環(huán)113，在上圓環(huán)113的圓心水平方向和垂直方向焊接有連接半圓支架111的五根支桿114，在五根支桿114上設(shè)置有若干水聽器12，水聽器12能夠?qū)π孤馀萋曉催M(jìn)行三維識(shí)別定位，并將采集的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸。
[0022]如圖1、圖2所示，每一外部框架I內(nèi)的各支桿114交匯點(diǎn)的底部設(shè)置一電子倉13，電子倉13包括一腔體131，腔體131為一邊長為0.3m左右的正方體，重約10kg，腔體131做水密處理，適用于1500m水深。腔體131內(nèi)設(shè)置有依次連接的信號(hào)前放板132、數(shù)據(jù)采集板133、USB數(shù)據(jù)采集卡134和第一光纖收發(fā)器135。上述各水聽器12分別電連接電子倉13內(nèi)的信號(hào)前放板132。信號(hào)前放板132分別將各水聽器12傳輸?shù)哪M信號(hào)放大并將噪聲濾除，將有效信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)采集板133，數(shù)據(jù)采集板133將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給USB數(shù)據(jù)采集卡134，USB數(shù)據(jù)采集卡134將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文傳送給第一光纖收發(fā)器135，第一光纖收發(fā)器135將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。
[0023]如圖1所示，水上監(jiān)控裝置2包括若干第二光纖收發(fā)器21和一工控機(jī)22，工控機(jī)22具有一操作顯示界面221，其中操作顯示界面221采用陣列信號(hào)處理算法。每一第二光纖收發(fā)器21分別電連接工控機(jī)22，每一第二光纖收發(fā)器21分別通過光纜3連接與其一一對應(yīng)的第一光纖收發(fā)器135,并將第一光纖收發(fā)器135傳送的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給工控機(jī)22，工控機(jī)22通過其操作顯示界面221可以顯示每一位置水聽器12發(fā)出的報(bào)警信號(hào)和泄漏位置。`
[0024]上述USB數(shù)據(jù)采集卡134可以采用PXI8800數(shù)據(jù)采集卡，第一光纖收發(fā)器135和第二光纖收發(fā)器21可以采用阿爾泰PCI2600光纖收發(fā)器，工控機(jī)22可以采用研祥IPC-810B工控機(jī)。
[0025]如圖3所示，在水下噪聲空間聲場分布示意圖中，X軸表示水平周向的掃描角度，Y軸表不垂直方向的掃描角度，Z軸表不聲音的聲壓強(qiáng)弱，峰值可以鮮明地表達(dá)出聲音的強(qiáng)度，通過整個(gè)坐標(biāo)軸可以判斷出泄漏聲源的角度方位。其中，X軸為0°到360°，代表水平周向相對于正北的角度位置，Y軸為-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。通過讀取峰值所在的Z軸水平周向角度和垂直方向角度，可以推斷出泄漏聲源的角度位置。
[0026]上述實(shí)施例中，水下傳感子系統(tǒng)I的五根支桿114上均安裝了水聽器12，形成了一五臂傳感器陣列。當(dāng)然支桿114的數(shù)量還是可以變化的，比如支桿的數(shù)量是五根以上，每一支桿114的一端都交匯到上圓環(huán)113的圓心，進(jìn)而形成六臂、七臂……傳感陣列。
[0027]上述實(shí)施例中，水下傳感子系統(tǒng)I的探測區(qū)域半徑至少為200m，這樣形成的水平誤差小于3°，垂直誤差小于5°，泄漏誤報(bào)率小于5%，信號(hào)傳輸距離至少5km。本發(fā)明還可以對周邊的機(jī)械結(jié)構(gòu)的工況進(jìn)行監(jiān)控，對周邊的機(jī)械結(jié)構(gòu)的工況監(jiān)控過程與對管道接頭監(jiān)控過程相同，故不再詳述。
[0028]上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：它包括若干水下傳感子系統(tǒng)和一水上監(jiān)控裝置； 每一所述水下傳感子系統(tǒng)包括一外部框架，所述外部框架上設(shè)置有若干水聽器和一電子倉；所述電子倉內(nèi)依次連接有一信號(hào)前放板、一數(shù)據(jù)采集板、一 USB數(shù)據(jù)采集卡和一第一光纖收發(fā)器； 所述水上監(jiān)控裝置包括一工控機(jī)和若干通過光纜與每一所述第一光纖收發(fā)器一一對應(yīng)連接的第二光纖收發(fā)器，所述工控機(jī)具有一操作顯示界面； 所述信號(hào)前放板分別連接并將各所述水聽器傳輸?shù)哪M信號(hào)，進(jìn)行放大濾除噪聲后傳送給所述數(shù)據(jù)采集板，所述數(shù)據(jù)采集板將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給所述USB數(shù)據(jù)采集卡，所述USB數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文傳送給所述第一光纖收發(fā)器，所述第一光纖收發(fā)器將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文轉(zhuǎn)換成光信號(hào)通過光纜傳輸給對應(yīng)的第二光纖收發(fā)器，所述第二光纖收發(fā)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給所述工控機(jī)，所述工控機(jī)通過其操作顯示界面獲取每一位置所述水聽器的報(bào)警信號(hào)和泄漏位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述外部框架包括交叉焊接的兩個(gè)半圓弧，兩所述半圓弧的底部焊接一下圓環(huán)，所述下圓環(huán)上方的兩所述半圓支架上焊接一上圓環(huán)，在所述上圓環(huán)的圓心處交匯焊接有若干連接所述兩半圓弧的支桿，每一所述支桿上設(shè)置有若干所述水聽器，且所述電子倉設(shè)置在處交匯焊接的所述圓心處底部。
3.如權(quán)利要求2所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述支桿的數(shù)量為五根以上。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述USB數(shù)據(jù)采集卡采用PXI8800數(shù)據(jù)采集卡。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述第一光纖收發(fā)器和所述第二光纖收發(fā)器采用阿爾泰PCI2600光纖收發(fā)器。
6.如權(quán)利要求4所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述第一光纖收發(fā)器和所述第二光纖收發(fā)器采用阿爾泰PCI2600光纖收發(fā)器。
7.如權(quán)利要求1或2或3或6所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述工控機(jī)采用研祥IPC-810B工控機(jī)。
8.如權(quán)利要求4所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述工控機(jī)采用研祥IPC-810B工控機(jī)。
9.如權(quán)利要求5所述的一種水下天然氣管道接頭泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述工控機(jī)采用研祥IPC-810B工控機(jī)。
【文檔編號(hào)】F17D5/06GK103836346SQ201410061953
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】曹靜, 沙勇, 唐潔, 周巍偉, 李麗瑋, 盧健, 謝彬, 李新仲, 張健, 于學(xué)文 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 北京寰宇聲望智能科技有限公司