專利名稱：天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于天然氣輸氣管道在發(fā)生泄漏或被盜氣時(shí)，能在線監(jiān)測管道泄漏和判定泄漏具體位置的天然氣輸氣管道泄漏定位裝置，屬于采氣田或輸氣管道必須安裝的安全監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣輸氣管道在長期運(yùn)行過程中，因自身材質(zhì)缺陷產(chǎn)生裂紋、沙眼，因腐蝕發(fā)生腐爛，因外力破壞產(chǎn)生開裂，因盜氣發(fā)生漏氣，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成極大損失，給安全運(yùn)行造成極大危害，給周圍環(huán)境造成重大破壞。長期以來，國內(nèi)外對(duì)天然氣輸氣管道泄漏在線監(jiān)測裝置投入了大量的人力物力進(jìn)行研究。一些大專院校、科研院所采用了諸如統(tǒng)計(jì)法、分布式光纖法、瞬間模型法、音波法、負(fù)壓力波法、質(zhì)量體積平均法等進(jìn)行了初步探討。雖研究單位不少，方法眾多，但多數(shù)僅限于理論研究或試驗(yàn)階段?，F(xiàn)場偶見一兩套相關(guān)的監(jiān)測裝置，但無 論是可行性、準(zhǔn)確性、實(shí)效性甚微。經(jīng)申請(qǐng)人檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利CN201120135726. 8 “城市天然氣泄露警告器”，其選用乙烷傳感器作為天然氣泄露檢測單元，并且乙烷傳感器沿天然氣管道間隔分布。這種泄漏警告器的探測靈敏度低，容易受干擾，并且探測距離近，因此需要沿管道間隔分布傳感器，需要在運(yùn)輸管道上打孔安裝，工程量大且容易存在安全隱患，尤其針對(duì)正處于運(yùn)營狀態(tài)下管道，這種安裝改造是十分危險(xiǎn)的，因此該方案至今未能被實(shí)施。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，能確保及時(shí)準(zhǔn)確、有效地監(jiān)測天然氣輸氣管道的泄漏并準(zhǔn)確定位裝置，為安全輸氣提供了有力保障。為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于包括監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器，所述監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器設(shè)置于天然氣管道的首站和末站，所述監(jiān)控分機(jī)與監(jiān)控主機(jī)通訊連接，監(jiān)控分機(jī)安裝有GPS天線，并通過接受GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控分機(jī)之間的時(shí)間同步，所述壓電陶瓷傳感器安裝于首站和末站的天然氣管道上，壓電陶瓷傳感器的后端連接有信號(hào)放大器，信號(hào)放大器的信號(hào)輸出端與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接，所述壓電陶瓷傳感器的音頻接受頻率范圍為0. IHz IOHz。泄漏檢測定位裝置的傳感器選用壓電陶瓷傳感器，其可承受天然氣管道內(nèi)的高壓，而且對(duì)次聲波探測的靈敏度高，適用于天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測；本裝置壓電陶瓷傳感器的接收音頻范圍為0. IHz 10Hz，天然氣泄露所產(chǎn)生聲音頻率中，該頻率范圍內(nèi)的次聲波具有較強(qiáng)的規(guī)律性和抗干擾性，加上次聲波具有傳遞過程中衰減較低的特性，使本裝置的傳感器能夠準(zhǔn)確探測到發(fā)生在較遠(yuǎn)距離(最長60公里)的泄露。由于傳感器可以探測發(fā)生在較遠(yuǎn)距離處對(duì)的泄漏，因此只需在天然氣管道的首末站安裝傳感器即可，不需要破壞沿途的天然氣管道，大大降低施工成本和運(yùn)行成本，且不存在安全隱患。本裝置中，將信號(hào)放大器安裝于壓電陶瓷傳感器的后端，其信號(hào)傳輸距離短、無衰減、整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝、防干擾。當(dāng)輸氣管道某點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏產(chǎn)生的信號(hào)沿管道向首站和末站傳播。由于該泄漏點(diǎn)距首站距離和末站的距離不相同，次聲波到達(dá)首站時(shí)間和末站的時(shí)間也不相同。在首站和末站的監(jiān)控分機(jī)內(nèi)設(shè)置了 GPS系統(tǒng)，兩站的時(shí)間經(jīng)GPS授時(shí)后完全一致，因而泄漏信號(hào)向兩站的傳播時(shí)間和得以確定，從而可以確定泄漏信號(hào)到達(dá)兩站的時(shí)間差，結(jié)合聲波在管道內(nèi)的傳播速度即可對(duì)泄漏點(diǎn)精確定位。本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是壓電陶瓷傳感器安裝于天然氣輸氣管道上的閥門上。這樣可以不破壞原有管道，便于設(shè)備安裝與后期維護(hù)。由于天然氣輸氣管道的泄漏產(chǎn)生的聲信號(hào)極其微弱，加之傳感器只能安裝在輸氣管道兩端的加壓站(首末站)內(nèi)，泄漏聲信號(hào)在長距離傳播時(shí)衰減很快，泄漏信號(hào)撲捉十分困難。為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型根據(jù)所需傳感器的工作環(huán)境的溫度，濕度，酸堿性、壓力，考慮系統(tǒng)中的中心頻率、聲壓、電路參數(shù)、尺寸、厚度、加工精度和表面粗糙度，在磷酸二氫鉀、鈦酸鋇、鋯鈦酸PZT-P5、鈮酸鹽、鈮鎂酸鹽、P-51和鋯鈦酸鉛等7中材料中選取鋯鈦酸PZT_P5(接受型)材料做成壓電陶瓷的晶片，提高了壓電常數(shù)，增強(qiáng)了靈敏度。此外，本實(shí)用新型將壓電陶瓷膜片的直徑由12. 7mm增大到18mm(國內(nèi)首創(chuàng))，面積增加了一倍，大大提高了次聲波傳感器的靈敏度、信噪比和低頻范圍，能采集到長距離傳輸過來的次聲波低頻信號(hào)。并且，本實(shí)用新型減少壓電陶瓷膜片的厚度至0.7mm，增加了膜片的柔順性，對(duì)聲壓的感受更靈敏。一般安裝在現(xiàn)場的傳感器在捕捉到次聲波信號(hào)后，需要長距離將該信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)放大器內(nèi)將電荷信號(hào)傳換成電流后再進(jìn)行放大。此種作法的缺陷是，由于長距離傳輸采集到的相關(guān)信號(hào)，該信號(hào)在傳輸途中能量消耗、信號(hào)減弱直至消失，信號(hào)放大器對(duì)該信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大時(shí)造成困難。為此，本裝置將信號(hào)放大器設(shè)置于傳感器的后方，具體結(jié)構(gòu)如下本裝置還具有一個(gè)剛性筒體，所述信號(hào)放大器安裝于筒體內(nèi)，所述筒體下端通過轉(zhuǎn)接頭固定壓電陶瓷傳感器，壓電陶瓷傳感器的信號(hào)輸出線穿過轉(zhuǎn)接頭后與信號(hào)放大器相連，所述筒體的筒壁上開設(shè)有輸出信號(hào)電纜接口，信號(hào)放大器的信號(hào)輸出端從該輸出信號(hào)電纜接口伸出后與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接。進(jìn)一步的，筒體具有上蓋、下蓋，所述下蓋與轉(zhuǎn)接頭螺紋連接，所述壓電陶瓷傳感器焊接在轉(zhuǎn)接頭的下端。安裝時(shí)，將信號(hào)放大器的線路板放置在剛性筒體的內(nèi)部，合上上蓋和下蓋成一密封圓柱體。將該剛性筒體旋接在轉(zhuǎn)接頭上端，轉(zhuǎn)接頭的下端旋進(jìn)天然氣管道預(yù)留的閥門螺紋孔內(nèi)，能承受管內(nèi)最大IOMpa的高壓，有效地?fù)渥降叫孤┬盘?hào)中的次聲波信號(hào)，并將將接受到的聲波壓力信號(hào)輸入到前置放大器。本實(shí)用新型中，壓電陶瓷傳感器與信號(hào)放大器就集合成一個(gè)整體部件。該整體結(jié)構(gòu)密封性能好，便于安裝、防干擾外，對(duì)于整個(gè)組合件防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP65，通過Ex dll AT3 Gb防爆認(rèn)證。當(dāng)該組合件需要安裝在露天曠野時(shí)，可在組合件的線路板和外殼設(shè)置防雷和接地，可避免雷擊。并將變徑接頭的下端旋進(jìn)天然氣管道預(yù)留的閥門螺紋孔內(nèi)，傳感器將接受到的聲波壓力信號(hào)輸入到前置放大器。本實(shí)用新型可對(duì)天然氣管道中0. IHz IOHz頻率的次聲波進(jìn)行采樣和識(shí)別，用以對(duì)天然氣泄漏進(jìn)行在線監(jiān)測。研發(fā)人員進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，不斷總結(jié)歸納，付出了艱辛的勞動(dòng)，發(fā)現(xiàn)天然氣管道泄漏時(shí)，0. IHz IOHz頻率的次聲波具有較強(qiáng)規(guī)律性和穩(wěn)定性，從而利用該規(guī)律研發(fā)了本套裝置，并建立泄漏識(shí)別模型對(duì)天然氣泄漏進(jìn)行判斷，實(shí)踐證明其判斷正確率可達(dá)到98%以上，與現(xiàn)有泄漏監(jiān)測裝置相比，不論從鑒別效率還是可行性都具有了長足的進(jìn)步。預(yù)計(jì)推出之后，將受到節(jié)能用戶的普遍歡迎，具有良好的市場前景。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成框圖。圖2為本實(shí)用新型壓電陶瓷傳感器與信號(hào)放大器的組合結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例提供的天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器，監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器設(shè)置于天然氣管道的首站和末站，所述監(jiān)控分機(jī)與監(jiān)控主機(jī)通訊連接，監(jiān)控分機(jī)安裝有GPS天線，并通過接受GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控分機(jī)之間的時(shí)間同步，所述壓電陶瓷傳感器安裝于首站和末站的天然氣管道上，壓電陶瓷傳感器的后端連接有信號(hào)放大器，信號(hào)放大器的信號(hào)輸出端與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采 集卡連接，所述壓電陶瓷傳感器的音頻接受頻率為0. IHz 10Hz。本例中，壓電陶瓷傳感器安裝于天然氣輸氣管道上的閥門上。如圖2所示，本裝置具有一個(gè)剛性筒體3，信號(hào)放大器4安裝于筒體3內(nèi)，筒體3下端通過轉(zhuǎn)接頭7固定壓電陶瓷傳感器8，壓電陶瓷傳感器8的信號(hào)輸出線穿過轉(zhuǎn)接頭7后與信號(hào)放大器4相連，筒體3的筒壁上開設(shè)有輸出信號(hào)電纜接口 2，信號(hào)放大器4的信號(hào)輸出端從該輸出信號(hào)電纜接口 2伸出后與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接。如圖2所示，筒體3具有上蓋I、下蓋6，下蓋6與轉(zhuǎn)接頭7螺紋連接，壓電陶瓷傳感器8焊接在轉(zhuǎn)接頭7的下端。本實(shí)用新型根據(jù)所需傳感器的工作環(huán)境的溫度，濕度，酸堿性、壓力，考慮系統(tǒng)中的中心頻率、聲壓、電路參數(shù)、尺寸、厚度、加工精度和表面粗糙度，在磷酸二氫鉀、鈦酸鋇、鋯鈦酸PZT-P5、鈮酸鹽、鈮鎂酸鹽、P-51和鋯鈦酸鉛等7中材料中選取鋯鈦酸PZT-P5 (接受型)材料做成壓電陶瓷的晶片，提高了壓電常數(shù)，增強(qiáng)了靈敏度。本實(shí)施例中，將壓電陶瓷膜片的直徑由12. 7mm增大到18mm(國內(nèi)首創(chuàng))，面積增加了一倍，大大提高了次聲波傳感器的靈敏度、信噪比和低頻的范圍的，能采集到長距離傳輸過來的次聲波低頻信號(hào)。壓電陶瓷膜片的厚度減至0. 7mm，增加了膜片的柔順性，對(duì)聲壓的感受更靈敏。將此壓電式次聲波傳感器焊接在一變徑接頭下端，變徑接頭下端的G1/2螺紋旋入天然氣輸氣管道上的閥門上，該傳感器伸入到天然氣輸氣管道內(nèi)，能承受管內(nèi)最大IOMpa的高壓，有效地?fù)渥降叫孤┬盘?hào)中的次聲波信號(hào)。當(dāng)輸氣管道某點(diǎn)發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏產(chǎn)生的信號(hào)沿管道向首站和末站傳播。由于該泄漏點(diǎn)距首站距離L1和末站的距離L2不相同，次聲波到達(dá)首站時(shí)間h和末站的時(shí)間t2也不相同。在首站和末站的監(jiān)控分機(jī)內(nèi)設(shè)置了 GPS系統(tǒng)，兩站的時(shí)間經(jīng)GPS授時(shí)后完全一致，因而泄漏信號(hào)向兩站的傳播時(shí)間tl和t2得以確定，從而可以確定泄漏信號(hào)到達(dá)兩站的時(shí)間差A(yù)t。結(jié)合聲波在管道內(nèi)傳播的速度，即可求得泄露點(diǎn)所在位置。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于包括監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器，所述監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器設(shè)置于天然氣管道的首站和末站，所述監(jiān)控分機(jī)與監(jiān)控主機(jī)通訊連接，監(jiān)控分機(jī)安裝有GPS天線，并通過接受GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控分機(jī)之間的時(shí)間同步，所述壓電陶瓷傳感器安裝于首站和末站的天然氣管道上，壓電陶瓷傳感器的后端連接有信號(hào)放大器，信號(hào)放大器的信號(hào)輸出端與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接，所述壓電陶瓷傳感器的音頻接受頻率為O. IHz IOHz。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于壓電陶瓷傳感器安裝于天然氣輸氣管道上的閥門上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于還具有一個(gè)剛性筒體，所述信號(hào)放大器安裝于筒體內(nèi)，所述筒體下端通過轉(zhuǎn)接頭固定壓電陶瓷傳感器，壓電陶瓷傳感器的信號(hào)輸出線穿過轉(zhuǎn)接頭后與信號(hào)放大器相連，所述筒體的筒壁上開設(shè)有輸出信號(hào)電纜接口，信號(hào)放大器的信號(hào)輸出端從該輸出信號(hào)電纜接口伸出后與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于筒體具有上蓋、下蓋，所述下蓋與轉(zhuǎn)接頭螺紋連接，所述壓電陶瓷傳感器焊接在轉(zhuǎn)接頭的下端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于所述壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷晶片由鋯鈦酸PZT-P5材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，其特征在于所述壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷膜片直徑為18_，厚度為O. 7_。
專利摘要天然氣輸氣管道泄漏監(jiān)測定位裝置，包括監(jiān)控主機(jī)、監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器，監(jiān)控分機(jī)、壓電陶瓷傳感器設(shè)置于天然氣管道兩端，監(jiān)控分機(jī)與監(jiān)控主機(jī)通訊連接，監(jiān)控分機(jī)安裝有GPS天線，壓電陶瓷傳感器安裝于首站和末站的天然氣管道上，壓電陶瓷傳感器的后端連接有信號(hào)放大器，信號(hào)放大器的信號(hào)輸出端與監(jiān)控分機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接，壓電陶瓷傳感器的音頻接受頻率為0.1Hz～10Hz。本實(shí)用新型可對(duì)天然氣管道中0.1Hz～10Hz頻率的次聲波進(jìn)行采樣和識(shí)別，用以對(duì)天然氣泄漏進(jìn)行在線監(jiān)測。實(shí)踐證明本實(shí)用新型裝置對(duì)泄漏的判斷正確率可達(dá)到98％以上，與現(xiàn)有泄漏監(jiān)測裝置相比，不論從鑒別效率還是可行性都具有了長足的進(jìn)步。
文檔編號(hào)F17D5/06GK202469500SQ20122008244
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者張鈞, 陳鐘榮 申請(qǐng)人:張鈞, 陳鐘榮