CN102330887A - 一种管道声波检漏定位装置及清管器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种管道声波检漏定位装置及清管器，该装置包括：声波检漏探头，用于检测管道内的噪音信号；里程计量单元，用于计量管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；数据存储单元，用于存储噪音信号和距离数据；数据传输单元，用于将噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；微处理器，用于控制声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作；管内移动器，用于承载声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元、数据传输单元和微处理器在被测管道内移动。以解决长距离管道和埋地管道的泄漏检测和定位的问题。

Description

一种管道声波检漏定位装置及清管器

技术领域

本发明关于管道检测技术，特别是关于海底管道或双层管道泄漏检测的技术，具体地讲是一种管道声波检漏定位装置及清管器。

背景技术

在管道的建设施工期间，由于腐蚀、材料缺陷以及焊缝缺陷等原因，会导致管壁穿孔、裂缝和管内介质泄漏等问题。在管道的运行期间，也会因为老化、第三方破坏以及腐蚀等因素，而导致管壁穿孔、裂缝和管内介质泄漏等问题。因此，油气管道的泄漏检测和定位技术是保证管道及时检修的关键技术。

在现有技术中，常用的管道泄漏检测方法包括：光纤光栅传感器检测法和管外检测法。其中，(一)光纤光栅传感器检测法，是利用埋覆在长输油气管道外壁的光纤光栅传感器，配合光纤网络信号传输***，对管道的应力、应变、流速、流量、腐蚀、裂缝以及油气泄漏等参量实现多点分布、实时在线、永久动态的检测法。(二)管外检测法，该方法主要包括负压波检测法和声发射检测法。负压波检测法能够快速地判断管道泄漏的发生并准确定位，但对诊断实时性有非常高的要求，即诊断***必须能及时捕捉泄漏刚发生时产生的负压波信号。声发射检测法，是在管道外部安装对泄漏噪声敏感的传感器，通过分析管道应力波信号功率谱的变化即可检测出管内介质的泄漏。

然而，现有的管道泄漏检测方法存在以下弊端：(一)光纤光栅传感器检测法需要沿长输油气管道埋覆光纤光栅传感器，因此造价高、难以维护、易遭受外界损坏并且数据易受噪音干扰，其不适合于海底管道的泄漏检测；已建成油气管道需要重新沿长输油气管道埋覆光纤光栅传感器，工程较大、可行性不强。(二)在管外检测法中，负压波检测法无法发现缓慢泄漏或没有明显负压波的泄漏，而且易受外部工况变化的干扰，容易误报警；声发射检测法，由于管道泄漏产生的声发射信号是一种广义的声发射信号，声发射信号极易衰减，因此声发射检测法也不适于长距离管道和埋地管道的泄漏检测；在海底管道尤其是海底双层管道泄漏时，噪音信号远超过油气泄漏信号，利用管外检测法的效率和精度较差，海底深水管道泄漏的管外检测法几乎难以实现。

发明内容

本发明实施例提供了一种管道声波检漏定位装置及清管器，以解决长距离管道和埋地管道的泄漏检测和定位的问题。

本发明的目的之一是，提供一种管道声波检漏定位装置，该装置包括：声波检漏探头，用于检测管道内的噪音信号；里程计量单元，用于计量管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；数据存储单元，用于存储噪音信号和距离数据；数据传输单元，用于将噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；微处理器，用于控制声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作；管内移动器，用于承载声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元、数据传输单元和微处理器在被测管道内移动。

本发明的目的之一是，提供一种管道声波检漏定位清管器，该清管器包括：清管器本体；该清管器还包括：多个声波检漏探头，周向阵列式安装在清管器的外壁，用于检测管道内的噪音信号；里程计量单元，安装于清管器内，用于计量管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；数据存储单元，安装于清管器内，用于存储噪音信号和距离数据；数据传输单元，安装于清管器内，用于将噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；微处理器，安装于清管器内，用于控制声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作。

本发明的有益效果在于：通过本发明实施例提供的管道声波检漏定位装置和清管器可知，可以利用清管器作业提取泄漏信号和详细位置，并根泄漏信号的强度大小和离线分析上位机的后期处理，得到泄漏大小和精确的位置。使用本发明实施例提供的管道声波检漏定位装置和清管器进行油气管道泄漏检测和定位，结构简单，成本较低，有利于推广应用，泄漏检测和定位装置可搭载于普通清管器、内检测器和管道机器人，应用于海底管道或双层管道，实现目前的管外检测所无法完成的作业和泄漏检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例管道声波检漏定位装置结构框图；

图2为本发明实施例管内移动器示意图；

图3为本发明实施例管道声波检漏定位清管器结构框图；

图4为本发明实施例管道声波检漏定位清管器示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的管道声波检漏定位装置包括：声波检漏探头101，用于检测管道内的噪音信号；里程计量单元102，用于计量管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；数据存储单元103，用于存储噪音信号和距离数据；数据传输单元104，用于将噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；微处理器105，用于控制所述声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作；管内移动器106(如图2所示)，用于承载声波检漏探头101、里程计量单元102、数据存储单元103、数据传输单元104和微处理器105在被测管道内移动。

如图2所示，里程计量单元可以为里程轮或加速计。里程轮采集的管内移动器106在被测管内移动的里程数据经过预处理后，传输至微处理器105，并保存在数据存储单元103内。管内移动器106可以是清管器、内检测器或管道机器人。

在管内移动器106(如：清管器)上安装加速度计的定位方法包括：

利用牛顿定律：

$v\left(t\right)={\∫}_0^{t}a\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$S\left(t\right)={\∫}_0^{t}v\left(t\right)\mathrm{dt}={\∫}_0^t{\∫}_0^{t}a\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

在式(1)和式(2)中，S(t)是运动的位移，v(t)是瞬时运动速度，a(t)是瞬时加速度。

已知管道结构之后，清管器发送进入管道之后，利用加速度的二次积分得到位移，不断进行累积就得到总体的运行位移。只需确定清管器的起始点和运动距离，就可以计算出清管器在被测管道中的位移。当声波检漏探头101检测到缺陷时，加速度计的位移(定位数据)同时被记录。当清管器收球之后，可以离线分析缺陷数据的精确位置。

清管器发送进入管道之后，加速度计可以实时记录下清管器在前进方向的加速度a_n(t)，结合采样时钟(采样率为f₁)，在已知清管器的初始速度值v₀的前提下，就可以确定清管器任意时刻t_n在管道内的位置S(t_n)：

$S\left(t_n\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}v\left(t_k\right)\frac{1}{f_1}=\frac{1}{f_1}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[v_0+\underset{l=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}a\left(t_1\right)\frac{1}{f_1}]=\frac{{\mathrm{nv}}_0}{f_1}+\frac{1}{{f_1}^2}(n-k+1)\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}a\left(t_k\right)---\left(3\right)$

其中，加速度a_n(t)由加速度计测量和记录。

数据传输单元104可以是USB传输接口。通过USB传输接口将噪音信号和距离数据传输给外部的上位机进行分析处理，最终得出管道的泄漏信息及泄漏位置信息。

本发明实施例的优点在于在搭载了所述声波检漏装置、里程轮装置的清管器载体，进行常规清管作业时，可以长期在管道中稳定工作，大大减少了现有管道作业装备存在的安全隐患。

实施例2

如图3和图4所示，本实施例的管道声波检漏定位清管器包括：清管器本体；多个声波检漏探头21，周向阵列式安装在清管器的外壁，用于检测管道内的噪音信号；里程计量单元(31，32)，安装于清管器内，用于计量管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；数据存储单元225，安装于清管器内，用于存储噪音信号和距离数据；数据传输单元226，安装于清管器内，用于将噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；微处理器224，安装于清管器内，用于控制声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作。

如图4所示，该管道声波检漏定位清管器包括清管器载体1、声波检漏装置部分2、里程轮装置部分3、电池4。

清管器载体1的工作环境是在管道内，主要是由筒形骨架和数个皮碗(也可以是数个支撑轮，本实施例用皮碗进行说明)组成结构，筒形骨架内形成圆柱形空腔，可以安装仪表、电路等，而皮碗是可以将筒形骨架支撑在管道内，这样清管器载体1就可以搭载所述的声波检漏装置部分2、里程轮装置部分3、电池4等，置于管道内并在管道内受流体驱动行进。

在清管器载体1筒形骨架内安装声波检漏装置2，用于采集和存储清管器运行时管道内各种噪音信号。声波检漏装置2，包括声波检漏探头21、声波数据处理和存储单元22。其中，声波检漏探头21周向阵列式安装在清管器载体1筒形骨架的外部，以采集管道内各种噪音信号。声波数据处理和存储单元22利用密封的金属壳体，安装在清管器载体1筒形骨架内。

在清管器载体1筒形骨架尾部，安装里程轮装置3，包括周向布置的多个里程轮31、安装在密封的金属壳体内的里程数据存储电路32。

里程轮装置3中，由里程轮31采集的里程脉冲数据经过32的预处理后，传输至微处理器224，并保存在信号存储电路225内。其中里程轮31采集清管器速度的算法为：

假设Δt时间范围内，信号存储电路225所记录的脉冲总数为n，得到Δt时间内：

式(4)中，n为Δt时间内信号存储电路225所记录的脉冲总数，m为里程轮装置3中里程轮31的计数齿轮齿数，D为里程轮31的直径。

由式(4)可知，提高定位数据采集精确的措施包括：(一)减少某时间间隔Δt内的里程脉冲数n的误差；提高信号存储电路225的精度；保持里程轮31与管壁的合适的摩擦力(如：利用合适的预紧弹簧和预紧机构)，以防止里程轮31打滑导致的里程脉冲数n的误差。(二)减少里程轮31的磨损或变形，以减少里程轮31的直径(D)的误差，可以选择合适的里程轮材料，例如可选择硬度较大的铝合金、塑料或钢材制成里程轮31，并可在里程轮31上加工滚花齿形。

电池4利用密封的金属壳体，安装在清管器载体1筒形骨架内。用于向所述的声波检漏装置2、里程轮装置3供电。

如图3所示，声波检漏装置2包括：声波检漏探头21、声波数据处理和存储单元22，其中，声波检漏探头21周向阵列式安装在清管器载体1筒形骨架的外部，以采集管道内各种噪音信号。声波数据处理和存储单元22利用密封的金属壳体，安装在清管器载体1筒形骨架内。

声波检漏装置2还包括：声波检漏探头21、前置放大器221、A/D转换器222、信号滤波223、微处理器224、信号存储电路225、USB传输接口226、离线分析上位机227。其中，声波检漏探头21与前置放大器221的输入端相连接，前置放大器221的输出端经电平抬高电路与A/D转换器222的输入端相连接，A/D转换器的输出信号经过滤波电路223的滤除后，与微处理器224的输入端相连接，微处理器224的输出端与信号存储电路225输入端相连接。同时，里程轮装置3由里程轮31采集的里程数据经过32的预处理后，传输至微处理器224，并保存在信号存储电路225内。最后，当清管器载体1作业完毕在收球筒内被取回后，利用离线分析上位机227，控制微处理器224读取信号存储电路225内的声波数据与里程数据，经USB传输接口226，读取至离线分析上位机227内，进行声波数据和对应里程数据的融合。

通过本实施例提供的基于声波的海底管道或双层管道泄漏检测定位装置可知，本发明实施例所述的海底管道或双层管道泄漏检测定位装置可以利用清管器或内检测器的作业提取泄漏信号和详细位置，并根泄漏信号的强度大小和离线分析上位机的后期处理，得到泄漏大小和精确的位置。使用该装置进行油气管道泄漏检测和定位，结构简单，成本较低，有利于推广应用，泄漏检测和定位装置可搭载于普通清管器、内检测器和管道机器人，应用于海底管道或双层管道，实现目前的管外检测所无法完成的作业和泄漏检测。

本发明实施例中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围和材料上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种管道声波检漏定位装置，其特征是，所述的装置包括：

声波检漏探头，用于检测管道内的噪音信号；

里程计量单元，用于计量所述的管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；

数据存储单元，用于存储所述的噪音信号和距离数据；

数据传输单元，用于将所述的噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；

微处理器，用于控制所述声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作；

管内移动器，用于承载所述的声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元、数据传输单元和微处理器在被测管道内移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的里程计量单元包括：里程轮，用于采集所述管内移动器在被测管内移动的里程数据。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的里程计量单元包括：加速度计，用于根据所述管内移动器的加速度值生成所述管内移动器在被测管内移动的距离数据。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的管内移动器包括：清管器或内检测器或管道机器人。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的数据传输单元包括：USB传输接口。

6.一种管道声波检漏定位清管器，所述的清管器包括：清管器本体；其特征是，所述的清管器还包括：

多个声波检漏探头，周向阵列式安装在所述清管器的外壁，用于检测管道内的噪音信号；

里程计量单元，安装于所述的清管器内，用于计量所述的管道声波检漏定位装置在管道内移动的距离数据；

数据存储单元，安装于所述的清管器内，用于存储所述的噪音信号和距离数据；

数据传输单元，安装于所述的清管器内，用于将所述的噪音信号和距离数据传输到外部设备进行管道的检漏和定位处理；

微处理器，安装于所述的清管器内，用于控制所述声波检漏探头、里程计量单元、数据存储单元和数据传输单元的工作。

7.根据权利要求6所述的清管器，其特征是，所述的里程计量单元包括：里程轮装置，所述的里程轮装置包括：

多个里程轮，周向安装在所述清管器的一端，并与被测管道的内壁相接触，用于计量所述的清管器在管道内移动的距离数据；

里程数据存储电路，安装于所述清管器的内腔，用于存储所述的距离数据。

8.根据权利要求6所述的清管器，其特征是，所述的里程计量单元包括：加速度计，安装于所述清管器的内腔，用于根据所述清管器的加速度值生成所述清管器在被测管内移动的距离数据。

9.根据权利要求6所述的清管器，其特征是，所述的数据传输单元包括：USB传输接口。

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