一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置及方法，該裝置包括穩(wěn)壓真空泵、流量計、甲烷檢測儀、第一至五真空電磁閥、調(diào)制半導(dǎo)體激光器、激光驅(qū)動單元、氣體檢測管、光電接收處理單元、和過濾器，若天然氣管道泄漏，泄漏氣體進(jìn)入氣體檢測管中，光電接收處理單元檢測到氣體泄漏，將信號傳輸?shù)絇LC控制器計算天然氣的濃度，PLC控制器開始計時，漏氣管道的真空電磁閥打開，其他真空電磁閥保持關(guān)閉狀態(tài)，穩(wěn)壓真空泵開啟，滲透進(jìn)入氣體檢測管的天然氣流經(jīng)甲烷檢測儀，PLC控制器結(jié)束計時，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行聲光報警，實現(xiàn)首次的泄漏監(jiān)測。本發(fā)明的操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，使用周期長。
【專利說明】一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣安全工程領(lǐng)域，特指一種用于復(fù)雜埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣是危險化學(xué)品，具有易燃易爆的特性，爆炸極限為5%?15%，若天然氣泄漏，則極易形成爆炸性氣體，遇到明火就會引發(fā)爆炸；因此，天然氣管道泄漏監(jiān)測和定位技術(shù)作為確保管道安全運行的技術(shù)越來越受到重視；隨著中國天然氣管網(wǎng)逐步擴(kuò)大，運行年限不斷增加，因為腐蝕、老化、第三方破壞等原因引起的管道泄漏事故不斷發(fā)生，管道泄漏不僅污染環(huán)境、浪費資源，而且對人民的生命財產(chǎn)安全都是巨大的威脅；因此無論是從安全因素還是經(jīng)濟(jì)因素出發(fā)，開發(fā)合適的天然氣管道泄漏監(jiān)測和定位方法，維護(hù)管道的正常運行，保障人民生命財產(chǎn)安全，都有十分重要的意義。
[0003]檢測管道泄漏的角度將各種檢測方法分為直接檢漏法和間接檢漏法。直接檢漏法是利用安裝在管道外邊的檢測器，直接檢測泄漏到管外的輸送液體或其揮發(fā)的氣體，從而達(dá)到檢測泄漏的目的。本系統(tǒng)直接檢測泄漏氣體，根據(jù)對記錄的泄漏發(fā)生的時間、濃度、管內(nèi)氣體流速等參數(shù)的分析來實現(xiàn)泄漏檢測和定位。
[0004]對天然氣管道泄漏檢測方法的研究已有幾十年的歷史；但由于問題的復(fù)雜性，如管道輸送介質(zhì)的多樣性、管道所處環(huán)境的多樣性、泄漏形勢的多樣性等原因，目前還沒有一種方法能滿足所有泄漏檢測的最優(yōu)要求。
[0005]《光譜學(xué)與光譜分析》第29卷第3期的“基于菲涅耳透鏡開放光路天然氣泄漏檢測系統(tǒng)設(shè)計研究”公開了一種基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜與諧波探測的開放式長光程的用于天然氣泄漏監(jiān)測的實驗系統(tǒng)，并在室外進(jìn)行了管道泄漏的模擬實驗。
[0006]上述技術(shù)檢測泄漏時處于在室外環(huán)境中，極易受到環(huán)境變化的影響(如大氣湍流、天氣變化、環(huán)境溫度變化)，抗干擾能力較差，且設(shè)備在戶外易受損壞，使檢測精度和設(shè)備使用壽命大打折扣；且激光照射范圍有限，若天然氣因某些原因沒有接觸到激光，則無法檢測出泄漏的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種適用于多條并列埋地天然氣管道泄漏檢測的基于激光技術(shù)的高靈敏性、高定位精度、高可靠性的泄漏檢測系統(tǒng)。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，所述裝置利用多個檢測通道，用于檢測多條埋地天然氣管線，包括穩(wěn)壓真空泵、流量計、甲烷檢測儀、第一真空電磁閥、第二真空電磁閥、第三真空電磁閥、第四真空電磁閥、調(diào)制半導(dǎo)體激光器、激光驅(qū)動單元、氣體檢測管光電接收處理單元、第五真空電磁閥和過濾器，所述穩(wěn)壓真空泵與流量計相連，所述流量計與甲烷檢測儀相連，所述甲烷檢測儀通過真空電磁閥與調(diào)制半導(dǎo)體激光器相連，所述調(diào)制半導(dǎo)體激光器與氣體檢測管相連，所述氣體檢測管與光電接收處理單元相連，所述光電接收處理單元通過第五真空電磁閥與過濾器相連。
[0009]所述調(diào)制半導(dǎo)體激光器的另一端還連接有一激光驅(qū)動單元。
[0010]所述激光驅(qū)動單元由溫度和電流控制電路、掃描和調(diào)制信號電路組成。
[0011]上述方案中所述激光驅(qū)動單元采用雙頻驅(qū)動對調(diào)制半導(dǎo)體激光器進(jìn)行操作。
[0012]所述光電接收處理單元由光電探測器和鎖相放大器組成。
[0013]所述第一真空電磁閥、第二真空電磁閥、第三真空電磁閥、第四真空電磁閥采用并聯(lián)的方式連接。
[0014]本發(fā)明的發(fā)明人提出一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的方法，包括以下步驟:
[0015](I)真空電磁閥打開，開啟真空泵，待真空泵開啟時間到達(dá)規(guī)定時間Tc時結(jié)束，電磁真空閥關(guān)閉，真空泵停轉(zhuǎn)；
[0016](2)PLC控制器控制調(diào)制半導(dǎo)體激光器、激光驅(qū)動單元、光電接收處理單元開啟，若天然氣管道泄漏，泄漏氣體可以進(jìn)入檢測管中，光電接收處理單元就可以檢測到氣體泄漏，將檢測信號傳輸?shù)絇LC控制器計算出管道內(nèi)天然氣的濃度，PLC控制器開始計時，真空電磁閥打開，其他真空電磁閥保持關(guān)閉狀態(tài)，真空泵開啟，當(dāng)滲透進(jìn)入檢測管的天然氣流經(jīng)甲烷檢測儀時，PLC控制器結(jié)束計時，PLC控制器將采集到的時間、天然氣濃度、氣體流量組成的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行聲光報警，實現(xiàn)首次的泄漏監(jiān)測，隨后將系統(tǒng)運行過程中記錄的時間、氣體濃度和氣體流量信息通過PLC控制器預(yù)先設(shè)定的分析程序分析處理后，可實現(xiàn)泄漏點定位和對泄漏情況的判斷；
[0017](3)當(dāng)調(diào)制半導(dǎo)體激光器和光電接收處理單元監(jiān)測管道內(nèi)的天然氣濃度低于規(guī)定濃度C，且甲烷檢測儀檢測管內(nèi)天然氣濃度低于規(guī)定值Ce時，真空電磁閥關(guān)閉，真空泵停轉(zhuǎn)。若調(diào)制半導(dǎo)體激光器和光電接收處理單元再次檢測到檢測管內(nèi)天然氣濃度超過規(guī)定濃度C，則重復(fù)進(jìn)行步驟(I)到(3)。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:基于這種結(jié)構(gòu)的埋地天然氣管道泄漏檢測裝置，因為其激光發(fā)射和接收裝置都處于地下，設(shè)備不易受到損壞，發(fā)射和接收激光在地下的檢測管中進(jìn)行，不受外界環(huán)境變化的影響，實現(xiàn)了多條埋地天然氣管道在線實時監(jiān)測；激光技術(shù)的靈敏性和檢測精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)技術(shù)，半滲透檢測管可以將土壤中的天然氣吸收進(jìn)檢測管內(nèi)，增加激光可檢測到天然氣的范圍和檢測管內(nèi)天然氣的濃度，進(jìn)一步提高了檢測靈敏性和檢測精度，實現(xiàn)了在地下環(huán)境中激光泄漏監(jiān)測技術(shù)的使用，并設(shè)置了自動化控制單元，實現(xiàn)了系統(tǒng)全自動化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0020]圖1為本發(fā)明的多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置示意圖；
[0021]圖中:1穩(wěn)壓真空泵，2流量計，3甲烷檢測儀，4第一真空電磁閥，5第二真空電磁閥，6第三真空電磁閥，7第四真空電磁閥，8調(diào)制半導(dǎo)體激光器，9激光驅(qū)動單元，10PLC控制器，11光電探測器，12鎖相放大器，13第五真空電磁閥，14過濾器，15氣體檢測管，16光電接收處理單元?！揪唧w實施方式】
[0022]如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置及方法，從左到右依次包括穩(wěn)壓真空泵1、流量計2、甲烷檢測儀3、第一真空電磁閥4、第二真空電磁閥5、第三真空電磁閥6、第四真空電磁閥7、調(diào)制半導(dǎo)體激光器8、激光驅(qū)動單元9、氣體檢測管15、光電接收處理單元16、第五真空電磁閥13和過濾器14，所述穩(wěn)壓真空泵I與流量計2相連，所述流量計2與甲烷檢測儀3相連，所述甲烷檢測儀3通過真空電磁閥4、5、
6、7與調(diào)制半導(dǎo)體激光器8相連，所述調(diào)制半導(dǎo)體激光器8與氣體檢測管15相連，所述氣體檢測管15與光電接收處理單元16相連，所述光電接收處理單元16通過第五真空電磁閥13與過濾器14相連。
[0023]所述調(diào)制半導(dǎo)體激光器8的另一端還連接有一激光驅(qū)動單元9。
[0024]上述方案中所述激光驅(qū)動單元9由溫度和電流控制電路、掃描和調(diào)制信號電路組成。
[0025]上述方案中所述激光驅(qū)動單元9采用雙頻驅(qū)動對調(diào)制半導(dǎo)體激光器進(jìn)行操作。
[0026]所述光電接收處理單元16由光電探測器11和鎖相放大器12組成。
[0027]所述第一真空電磁閥4、第二真空電磁閥5、第三真空電磁閥6、第四真空電磁閥7采用并聯(lián)的方式連接。
[0028]本發(fā)明的發(fā)明人提出一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的方法，包括以下步驟:
[0029]一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的方法，步驟如下:真空電磁閥4、5、6、7、13打開，開啟穩(wěn)壓真空泵1，待穩(wěn)壓真空泵I開啟時間到達(dá)規(guī)定時間10分鐘時結(jié)束，電磁真空閥4、5、6、7、13關(guān)閉，穩(wěn)壓真空泵I停轉(zhuǎn)。
[0030]PLC控制器10控制調(diào)制半導(dǎo)體激光器8、激光驅(qū)動單元9、光電接收處理單元16開啟，若天然氣管道泄漏，泄漏氣體可以進(jìn)入氣體檢測管15中，光電接收處理單元16就可以檢測到氣體泄漏，將檢測信號傳輸?shù)絇LC控制器10計算出管道內(nèi)天然氣的濃度，PLC控制器10開始計時，假設(shè)第一真空電磁閥4所在管道泄漏，則第一真空電磁閥4打開，其他真空電磁閥保持關(guān)閉狀態(tài)，穩(wěn)壓真空泵I開啟，當(dāng)滲透進(jìn)入氣體檢測管15的天然氣流經(jīng)甲烷檢測儀3時，PLC控制器10結(jié)束計時，PLC控制器10將采集到的時間、天然氣濃度、氣體流量組成的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行聲光報警，實現(xiàn)首次的泄漏監(jiān)測，隨后將系統(tǒng)運行過程中記錄的時間、氣體濃度和氣體流量信息通過PLC控制器10預(yù)先設(shè)定的分析程序分析處理后，可實現(xiàn)泄漏點定位和對泄漏情況的判斷。當(dāng)調(diào)制半導(dǎo)體激光器8和光電接收處理單元16監(jiān)測管道內(nèi)的天然氣濃度低于規(guī)定濃度20ppm，且甲烷檢測儀3檢測管內(nèi)天然氣濃度低于規(guī)定值IOppm時,第一真空電磁閥4關(guān)閉,穩(wěn)壓真空泵I停轉(zhuǎn)。若調(diào)制半導(dǎo)體激光器8和光電接收處理單元16再次檢測到氣體檢測管15內(nèi)天然氣濃度超過規(guī)定濃度20ppm，則重復(fù)進(jìn)行此步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，從左到右依次包括穩(wěn)壓真空泵(I)、流量計(2)、甲烷檢測儀(3)、第一真空電磁閥(4)、第二真空電磁閥(5)、第三真空電磁閥(6)、第四真空電磁閥(7)、調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)、激光驅(qū)動單元(9)、氣體檢測管(15)、光電接收處理單元(16)、第五真空電磁閥(13)和過濾器(14)，其特征在于:所述穩(wěn)壓真空泵(I)與流量計(2)相連，所述流量計(2)與甲烷檢測儀(3)相連，所述甲烷檢測儀(3)通過真空電磁閥(4、5、6、7)與調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)相連，所述調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)與氣體檢測管(15)的一端相連，所述氣體檢測管(15)的另一端與光電接收處理單元(16)相連，所述光電接收處理單元(16)通過第五真空電磁閥(13)與過濾器(14)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，其特征在于:所述調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)的另一端還連接有一激光驅(qū)動單元(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，其特征在于:所述激光驅(qū)動單元(9)由溫度和電流控制電路、掃描和調(diào)制信號電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，其特征在于:所述激光驅(qū)動單元(9)采用雙頻驅(qū)動對調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)進(jìn)行操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，其特征在于:所述光電接收處理單元(16)由光電探測器(11)和鎖相放大器(12)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的裝置，其特征在于:所述第一真空電磁閥(4)、第二真空電磁閥(5)、第三真空電磁閥(6)、第四真空電磁閥(7)采用并聯(lián)的方式連接。
7.一種采用權(quán)利要求1所述裝置對多條并列埋地天然氣管道泄漏監(jiān)測的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)真空電磁閥打開，開啟穩(wěn)壓真空泵(1)，待真空泵開啟時間到達(dá)規(guī)定時間Tc時結(jié)束，電磁真空閥關(guān)閉，穩(wěn)壓真空泵(I)停轉(zhuǎn)； (2)PLC控制器(10)控制調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)、激光驅(qū)動單元(9)、光電接收處理單元(16)開啟，若天然氣管道泄漏，泄漏氣體可以進(jìn)入氣體檢測管(15)中，光電接收處理單元(16)就可以檢測到氣體泄漏，將檢測信號傳輸?shù)絇LC控制器(10)計算出管道內(nèi)天然氣的濃度，PLC控制器(10)開始計時，真空電磁閥打開，其他真空電磁閥保持關(guān)閉狀態(tài)，穩(wěn)壓真空泵(I)開啟，當(dāng)滲透進(jìn)入檢測管的天然氣流經(jīng)甲烷檢測儀(3)時，PLC控制器(10)結(jié)束計時，PLC控制器(10)將采集到的時間、天然氣濃度、氣體流量組成的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行聲光報警，實現(xiàn)首次的泄漏監(jiān)測，隨后將系統(tǒng)運行過程中記錄的時間、氣體濃度和氣體流量信息通過PLC控制器(10)預(yù)先設(shè)定的分析程序分析處理后，可實現(xiàn)泄漏點定位和對泄漏情況的判斷； (3)當(dāng)調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)和光電接收處理單元(16)監(jiān)測管道內(nèi)的天然氣濃度低于規(guī)定濃度C，且甲烷檢測儀(3)檢測管內(nèi)天然氣濃度低于規(guī)定值Ce時，真空電磁閥關(guān)閉，穩(wěn)壓真空泵(I)停轉(zhuǎn)； 若調(diào)制半導(dǎo)體激光器(8)和光電接收處理單元(16)再次檢測到檢測管內(nèi)天然氣濃度超過規(guī)定濃度C，則重復(fù)進(jìn)行步驟(I)到(3)。
【文檔編號】F17D5/02GK103629533SQ201310560995
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】王樹立, 孫少立, 周詩崠, 李恩田, 張永飛, 蔣偉, 趙煜 申請人:常州大學(xué)