專利名稱：管道泄漏的檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是流體輸送管道泄漏的檢測裝置。涉及流體壓力的測量和管道系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
流體管道在運行中總會由于種種原因產生泄漏，特別是那些運營時間長了的管道，比如腐蝕穿孔、人為的或自然的不可抗力等。及時地掌握穿孔及準確位置的信息對于管道運營操作和管理者都是非常重要的。因此，世界各國均先后研究出了多種檢測管道泄漏的方法和裝置。如利用光纖技術研究開發(fā)出來的光纖檢測法，該技術雖然檢測可靠、定位準確，甚至可以感知到挖掘和觸動管道的信息，為排除故障可爭取更多的時間。但因其須沿管線鋪設光纜，不僅造價高，而且對已建成的管道而言須另行開挖、鋪設光纜，其造價就更高。前蘇聯(lián)曾開發(fā)了一種利用泄漏產生超聲波現(xiàn)象的超聲波檢測技術。此技術也能可靠而較準確的檢測到泄漏的信息，只需在一定間隔距離安裝超聲波傳感器和檢測裝置。但仍需要在流體管道常用或已安裝的僅表之外另增加許多超聲波傳感器和相關設備，仍顯得成本高。如有一種利用現(xiàn)有流體管道已安裝的儀表或常用儀表再加少量的裝置就可實現(xiàn)管道泄漏的檢測，豈不更方便、更簡單、更節(jié)?。繉嵱眯滦蛢热荼緦嵱眯滦偷哪康木褪窃O計院一種簡單、方便、節(jié)省、可靠而較準確的流體管道泄漏的檢測裝置。
由于流體管道在泄漏時不僅要產生超聲波，同時在管道內產生—負壓擊波，并由流體傳送到上、下站。本實用新型根據這一特性并盡可能利用現(xiàn)有設備檢測管道內負壓波的方法實現(xiàn)對管道泄漏的檢測。當管道發(fā)生泄漏時，負壓擊波傳到相鄰上、下兩站—甲、乙站，被設置在甲、乙站內的一套壓力傳感器感知，并在每個站的站控機屏顯實時壓力趨勢圖上有壓力曲線變化。于是我們可以據管道泄漏信號分別到達甲、乙兩站的時間差和兩站到達時間差多次的平均值計算出管道泄漏的位置；這里泄漏信號分別到兩站的時間是以每站的時鐘為基準，各站的時鐘應同步，當然最好采用一個時鐘。同時壓力的變化信號經識別和放大驅動報警。據甲、乙兩站壓力變化的時間差和兩站時間差多次的平均值計算管道泄漏的位置很簡單，其先出現(xiàn)負壓波的泵站至泄漏點距離的計算公式為 式中t均差-負壓波至甲、乙兩站時間差N次的平均值(s)t1-到先出現(xiàn)負壓波泵站的時間(s)t2-到后出現(xiàn)負壓波泵站的時間(s)L-甲乙兩站間的距離(km)在這個計算公式中由于下述原因會有一定的誤差1、由于管道內的流體有一定的流速，負壓波向上(逆向)和向下(同向)傳遞的速度會有所不同，會對計算結果產生一定的誤差，但因負壓波在液體中傳遞的速度為1000m/s，而管道內的流體如原油的流速一般在1m/s左右，這一點對原油輸送管道而言，其誤差可以忽略不計；2、泄漏的負壓波到甲乙兩站的時間是以站控機的時鐘為基準的，這就要求各個站的時鐘必須一致。但事實上各個站的時鐘是單獨的，需要定時、校時且要走時一致，如校時誤差大，或走時誤差大，都將給計算結果帶來誤差，如24小時內累計誤差2s的話，就有2000m的誤差。當然如果改造現(xiàn)有站控設備，所有站均用一個時鐘，那當最好了；3、一般站控設備中壓力曲線是每秒行進一個掃描線，不同的站分別用鼠標點擊壓力曲線陡降折點處，在時間上會有一些誤差，就是運行人員再精心操作，也會有約正負一個掃描線的誤差，那么也會產生約2000m的誤差。
由上可知，利用現(xiàn)有站控設備來檢測泄漏點的位置是會有一些誤差的，但一般可以控制在5000m以內，這對實際查找泄漏點來說當然不是很理想，但也就可以了。
泄漏的檢測不僅要在站控機的屏顯壓力趨勢圖上顯示，同時還應有及時的報警，幫助提醒運行操作人員及時處理。其泄漏檢測是在每個管道中間站安裝一套壓力變送器，分別測進站、出站壓力。只要進或出站壓力有負壓波，說明有操作或有泄漏點。用Δ值放大比較單元放大，并將此差值放大驅動報警裝置。
實際上對于中間站來說有壓力越站和啟泵流程。為了能區(qū)分這些流程，準確地識別出泄漏的負壓波信號，采用進、出站壓力信號雙路輸入的辦法，即由進、出站壓力信號輸入比較，選擇高電平信號進行檢測壓力越站流程時，這樣就可以對報警精度提高一倍。
據此，本管道泄漏檢測裝置也是基于盡可能多的利用現(xiàn)有設備來設計，最大限度地減少投入。本裝置由壓力變送器，將壓力變送器檢測的電流信號轉換為電壓信號的安全保持器或配電器、站控設備、自動識別信號轉換單元、Δ值放大比較單元、信號放大驅動單元、報警單元和電源單元組成。由于實現(xiàn)管道泄漏檢測有泄漏報警和泄漏點位置確定兩部分，而輸送管道不論是新建還是已運營的，一般都有壓力檢測和站控設備，因此本裝置就沒有必要另設置一套，完全可以利用已有設備。像泄漏點位置的確定就完全可以利用現(xiàn)有站控機的屏顯實時壓力趨勢圖和一個簡單的計算軟件計算出泄漏點的位置。而管道泄漏檢測的報警部分的壓力檢測部分—壓力變送器、安全保持器或配電器同樣也完全可以利用管道中現(xiàn)有設備，只需另行設置自動識別信號轉換單元、Δ值放大比較單元、信號放大驅動單元、報警單元及為它們供電的電源單元即可(如

圖1所示)。因此本裝置就簡化為由設置在進站和出站管道上的兩臺壓力變送器將檢測到的壓力變化信號經安全保持器或配電器轉換的兩路電壓信號連接輸入到自動識別信號轉換單元的輸入端，其輸出由繼電器J101的觸點切換Δ值放大比較單元的輸入，該Δ值放大比較單元的輸出接信號放大驅動單元和報警單元進行報警，電源單元分別向自動識別信號轉換單元、Δ值放大比較單元、信號放大驅動單元和報警單元供電。除了報警以外，為供運行操作人員更直觀的觀察，還可以加一動圈儀表驅動單元以驅動指針式儀表顯示當前壓力值的趨向，本單元是接自Δ值放大比較單元的輸出。同樣該驅動單元也由電源單元供電。為便于識別泄漏信號及電路組成的實現(xiàn)，本裝置的輸入信號來自進站和出站雙路壓力信號，從圖2可看出其中的自動識別信號轉換單元由運算放大器構成的比較放大器和其后的二級放大器組成，其輸入為一個進站壓力信號和一個出站壓力信號，輸出為繼電器J101，以其觸點的閉合控制Δ值放大比較單元的輸入。Δ值放大比較單元是兩路基本相同的放大電路，只是其中一路的輸入電路并有可調的電容器，實際就是延遲輸入信號，輸出是個延遲了的放大Δ值。兩路放大電路的輸入為雙進站壓力信號或雙出站壓力信號。當無泄漏信號時，信號放大驅動單元無輸出，繼電器J201不工作，Δ值放大比較單元的輸入為進站或出站壓力信號，該Δ值放大比較單元無Δ值變化輸出；當有泄漏信號(負壓信號)時，信號放大驅動單元有Δ值變化輸出，繼電器J201工作，其常開觸點接通，常閉觸點斷開。當有泄漏信號時，信號放大驅動單元工作，繼電器J201的常開觸點接通，使報警單元工作。該報警單元選用音頻振蕩電路LM556、功放電路和喇叭。動圈儀表驅動單元的輸入也來自Δ值放大比較單元的輸出，直接由運算放大器放大驅動其負載—動圈儀表。電源單元為變壓、整流、濾波后的三級穩(wěn)壓電路，每級穩(wěn)壓電路輸出各為一部分電路單元供電。本裝置采用如此的電路構成，當啟泵流程時自動檢測出站壓力。當壓力越站流程時自動檢測進站壓力。這樣做，壓力越站流程報警精度提高一倍，啟泵流程時可克服一旦有負壓波進站壓力不變而報警的弊端，會可靠地對負壓信號產生響應和報警。
具體實施方式
實施例下面以一已在輸油管線上試驗并成功的例子對實用新型作進一步的說明。本例已應用于鐵秦原油管線上。在每個中間站的進站和出站處管道上各安裝1臺壓力變送器、安全保持器或配電器，測量兩站之間的壓力變化(管道泄漏的負壓波)信號分別到達兩站的時間(以站控機的時鐘為基準)和兩站時間差5次的平均值，據此以及兩站之間的距離(是一確定數(shù))，便可計算出產生泄漏的具體位置。而管道泄漏的報警(見圖2)是由進出站壓力各雙路信號經自動識別信號轉換單元進行識別檢測進站或出站壓力，在有負壓波時，將Δ值放大驅動報警單元進行報警，同時也驅動動圈儀表，指示當前壓力變化趨勢。其裝置按圖2所示的電原理圖組裝，元器件按圖上所標選擇。其中第一級為自動識別信號轉換單元由運算放大器μpc157A或TA7506M(1)作比較放大，后接兩級分立元件組成的放大器，末級放大器的負載為繼電器J101，選HH53P，選擇切換進站或出站信號，將進站或出站信號送給Δ值放大比較單元。Δ值放大比較單元由兩套分立元件四級放大器構成，其中一套放大器的輸入電阻R401后接了一只可調大電解電容以延遲輸入，并通過手動按鈕與R401并聯(lián)一小電阻R409，用以電路的報警試驗，兩套放大器的輸入均由繼電器J101控制取自進站或出站的壓力信號，當有負壓信號時。一路及時放大，一路延遲后放大，Δ值放大比較單元的輸出分兩路，一路接向由運算放大器μpc157A組成的比較放大動圈儀表驅動單元，直接驅動動圈儀表89C48的指針轉動；另一路接向信號放大驅動單元，此信號放大驅動單元由運算放大器μpc157A或TA7506M(1)的比較放大和其后的兩級分立元件放大器組成，末級放大器的負載為繼電器J201，型號為HH53P，由其觸點控制報警單元的輸入。信號放大驅動單元的輸入來自Δ值放大比較單元的放大器的輸出，當有負壓信號時，一路放大器放大的Δ值和另一路放大器延遲放大了的Δ值比較產生差值加到信號放大器驅動單元推動繼電器J201，J201常開觸點閉合，推動繼電器J602常開觸點閉合提供報警單元電源。報警單元則選用音頻振蕩器集成電路LM556和功放電路推動喇叭Y601發(fā)聲響。電源單元由變壓器、全波整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出24V向自動識別信號轉換單元、Δ值放大比較單元和信號放大驅動單元供電；該24V電壓又經一個三端穩(wěn)壓電路7812向報警單元供電，經2只穩(wěn)壓電路A4、A5(選用723HC集成塊)輸出+10V各向自動識別信號轉換單元A1、信號放大驅動單元的運算放大器A2和動圈儀表驅動單元的運算放大器A3供電。
該裝置經全線安裝試用，實測報警精度ΔP↓≥0.025Mpa，時間t≤150秒，管線上只要有穿孔或鉆孔該裝置即可報警，靈敏度可以滿足實際需要，準確度高，且可自動識別，操作簡便。全線啟用本裝置后的一年多時間里所有的4次鉆孔漏油無一漏報，為及時采取措施提供了及時、準確的信息，避免了更大的損失。
可見實用新型方法簡單、實用，所用設備少，投入省，特別是對于已運營的管線，只需增加少量設備即可。泄漏點位置的確定雖不十分準確，但也基本可滿足實際需要。同時還可實時報警提示，也可以儀表指示。而報警裝置報警的靈敏度高，準確可靠，自動化程度高，操作簡便。
權利要求1.一種管道泄漏的檢測裝置，包括壓力變送器、將壓力變送器輸出的電流信號轉換為電壓信號的安全保持器或配電器以及站控設備，其特征是泄漏報警由自動識別信號轉換單元、Δ值放大比較單元、信號放大驅動單元、報警單元和電源單元組成，由設置在管道每站進站和出站處管道上的兩臺壓力變送器將測到的壓力變化信號經安全保安器或配電器轉換為電壓信號接到自動識別信號轉換單元的輸入端，其輸出由繼電器J101的觸點切換Δ值放大比較單元的輸入，該Δ值放大比較單元的輸出經信號放大驅動單元和報警單元進行報警，電源單元分別向自動識別信號轉換單元、Δ值放大比較單元、信號放大驅動單元和報警單元供電。
2.根據權利要求1所述的管道泄漏的檢測裝置，其特征是設置在管道每站進站和出站處管道上的壓力變送器各為一臺，由進站和出站各一路壓力變送器測得的壓力信號經變換后作為自動識別信號傳換單元的輸入進行比較識別切換，進站和出站的各一路壓力變送器測得的壓力變化信號經變換后作為Δ值放大比較單元的輸入，取得出站或進站壓力變化的Δ值并予以放大。
3.根據權利要求1或2所述的管道泄漏的檢測裝置，所述自動識別信號轉換單元的特征是該單元由運算放大器組成的比較器及其輸出接的兩級放大器構成，末級放大器由繼電器J101的觸點控制后接的Δ值放大比較單元的輸入。
4.根據權利要求1或2所述的管道泄漏的檢測裝置，所述Δ值放大比較單元的特征是由兩路放大器組成，每一路放大器為一路進站壓力信號或出站壓力信號輸入，該兩路放大器除一路放大器的第一級輸入電路中并有一組大電容、R401并連R409和按鈕開關外，其余構成均相同，兩路放大器的輸出為信號放大驅動單元的兩路比較輸入。
5.根據權利要求1或2所述的管道泄漏的檢測裝置，所述信號放大驅動單元的特征是由運算放大器組成的比較器和后串接的兩級放大器構成，比較器的輸入來自前級Δ值放大單元的兩路放大器的輸出，末級放大器輸出為繼電器J201，由其觸點控制報警單元的輸入。
6.根據權利要求1或2所述的管道泄漏的檢測裝置，所述報警單元的特征是由LM556系列音頻振蕩電路和功放電路、喇叭構成，Δ值放大比較單元的輸出通過繼電器J201觸點的切換驅動繼電器J602使音頻振蕩電路有電源供電，音頻振蕩，信號加至功放電路并驅動喇叭報警輸出。
7.根據權利要求1或2所述的管道泄漏的檢測裝置，其特征是在Δ值放大比較單元的輸出與信號放大驅動單元的輸入并聯(lián)連接有動圈儀表驅動單元，該動圈儀表驅動單元由運算放大器和動圈儀表構成，放大器的輸入為Δ值放大比較單元的兩路放大器的輸出，動圈儀表直接接在放大器的輸出電路中，以驅動動圈儀表。
專利摘要本實用新型是流體輸送管道泄漏的檢測裝置。它是由安裝在管道每一站的一套壓力變送器測得在兩站之間的管道泄漏壓力變化信號，由每站的進、出站壓力變化信號經自動識別信號轉換單元進行識別壓力越站和啟泵流程，由自動識別信號轉換單元輸出控制切換的Δ值放大比較單元檢測進或出站壓力信號，并由此經信號放大驅動單元放大，驅動報警單元。本實用新型方法簡單、實用，所用設備少，投入省，特別是對已運營的管道，只需增加少量設備即可。泄漏點位置的確定雖不十分準確，但也基本可以滿足實際需要。同時還可實時報警提示。且報警的靈敏度高，準確可靠，自動化程度高，操作簡便。
文檔編號F17D5/00GK2779211SQ20052001149
公開日2006年5月10日 申請日期2005年4月6日 優(yōu)先權日2005年4月6日
發(fā)明者周建華, 景樹森 申請人:中國石油天然氣股份有限公司