CN108591834A - 一种管道监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管道监测***，解决现有***实时监测困难、信息获取不全面不准确、运维成本高的问题。所述***，包含电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、主控模块、电源模块；电阻探针安装在管道内部、外壁表面，用于监测管道长期腐蚀损耗量；温度传感器根据管道轴心沿管壁四周均匀分布；湿度传感器沿管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测管道腐蚀风险；电位传感器沿管道中心线均匀分布在管壁周围，用于监测管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；主控模块用于获取电阻探针，温度、湿度、电位传感器回传数据，并进行监测；电源模块用于给主控模块供电。本发明实现的管道监测***有效解决管道腐蚀状况实时监测困难的问题。

Description

一种管道监测***

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种管道监测装置和***。

背景技术

随着石油化工工业的发展以及城市化进程的加快，地下管网的规模也在逐渐扩大，由于管道大都埋于地下，受管道内输送介质、土壤、地下水以及杂散电流的腐蚀，管壁会因腐蚀而逐渐变薄，甚至发生穿孔泄漏，不仅造成巨大的经济损失，也给市民的生命财产安全带来很大威胁。目前国内外对管道腐蚀的研究主要集中在防腐涂料的研制、缓蚀剂的开发、管道内腐蚀的监测、腐蚀预测模型的建立，无法实现对管道腐蚀程度的有效监测，现有管道腐蚀监测设备仅能监测平均腐蚀速率，不能对整个管道的腐蚀状况给出准确全面的诊断，无法对热力管道和高温输油管道等高风险易腐蚀管道腐蚀状态进行监测。

发明内容

本发明提供一种管道监测***，解决现有易腐蚀管道腐蚀状况实时监测困难、腐蚀状况信息获取不全面不准确、数据传输困难、设备待机时间短、运维成本高的问题。

本发明提供一种管道监测***，用于监测管道腐蚀情况，包含电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、主控模块、电源模块；所述电阻探针安装在所述管道内部、外壁的表面，用于监测所述管道长期腐蚀损耗量；所述温度传感器根据所述管道轴心沿管壁四周均匀分布，用于测量所述管道外表面温度；所述湿度传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测所述管道腐蚀风险；所述电位传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，且与所述温度传感器、湿度传感器相互错开，用于监测所述管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；所述主控模块用于获取所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器回传的数据，并进行监测；所述电源模块用于给所述主控模块供电。

进一步地，所述***还包含振动传感器；所述振动传感器沿所述管道走向分布，用于获取所述管道渗漏噪声，并将所述噪声数据回传给所述主控模块。

优选地，所述电阻探针的个数为2个，所述温度传感器个数的4个，所述湿度传感器个数为6个，所述电位传感器个数为6个。

优选地，所述温度传感器在有保温层的所述管道的顶部、底部保温层内外呈对称分布。

进一步地，所述振动传感器个数为2个，且距离大于20cm。

进一步地，所述***还包括传输模块、服务器；所述服务器用于根据所述传输模块获取所述主控模块的数据，并向所述主控模块下发指令。

优选地，所述管道监测***，还包括电源管理模块；所述电源管理模块用于接收所述电源模块供电，并对所述主控模块各功能单元单独供电。

优选地，所述传输模块为中继器。

优选地，所述传输模块的传输方式为无线传输。

进一步地，所述主控模块位于所述管道附近，所述主控模块与所述电源模块采用防水插头连接，所述防水插头等级满足IP68。

本发明有益效果包括：本发明一种管道监测***采用多种传感器组合测量，对管道内壁与外壁腐蚀状况、腐蚀风险、渗漏风险等进行全面监测和预警，时刻为管道听诊把脉，保证了数据的准确性、全面性。此外，采用自组网通信与无线中继的思想解决了无线通信不可靠的问题，能够满足恶劣环境下准确可靠预警的使用需求，为市民生命财产安全提供有效保障。低功耗设计延长了设备电池续航时间，大大降低设备运维的成本和恶劣天气下设备失效风险，对产品推广和城市地下管线信息化建设有着重要的推动作用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为一种管道监测***实施例；

图2为一种包含振动传感器的管道监测***实施例；

图3为一种包含传输模块的管道监测***实施例；

图4为一种包含电源管理模块的管道监测***实施例；

图5为一种有保温层管道温度传感器位置分布实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

据有关统计，每年腐蚀损失远远大于自然灾害和其它各类事故损失的总和；例如，2014年我国腐蚀损失超过2万亿，为自然灾害的4倍。平均每个中国人每年都要承担人民币1000元以上的腐蚀损失。再如2013年山东省青岛东黄输油管道泄漏***，造成62人遇难，136人受伤，直接经济损失7.5亿元，就是由“输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂”导致的。身边的例子也很多，北京每年到供暖季都会发生多起管道腐蚀泄漏事故，轻则导致居民取暖受到影响，重则导致人员伤亡，所以腐蚀并不遥远，而是时刻潜伏在我们的身边，一旦发生，就会危害我们的生命，给国家造成巨大的经济损失。因此，研制一款管道腐蚀状况监测预警设备，时刻为埋藏于我们脚下的管道听诊把脉，保障管道安全运行刻不容缓。

地下管线种类很多，因腐蚀泄漏危害比较大的管道主要包括热力管道、输油管道和燃气管道，其中，燃气管道和输油管道一般均采用阴极保护避免或延缓管道腐蚀，相关权属单位也会定期派人巡检，所以相对比较安全。而城市热力管网和一些高温输油管道由于管道外包裹有较厚的保温层，施加阴极保护比较困难，在高温潮湿环境下很容易发生腐蚀，但是这类管道的腐蚀状况却很少有人关注，因此，因热力管网泄漏导致的伤人事故时有发生，现场应急抢修成为常态，热力管网运行的安全性也逐渐引起了人们的高度关注。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为一种管道监测***实施例。本发明实施例提供一种管道监测***，用于监测管道腐蚀情况，包含电阻探针1、温度传感器2、湿度传感器3、电位传感器4、主控模块5、电源模块6。

所述电阻探针安装在所述管道内部、外壁的表面，用于监测所述管道长期腐蚀损耗量；所述温度传感器根据所述管道轴心沿管壁四周均匀分布，用于测量所述管道外表面温度；所述湿度传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测所述管道腐蚀风险；所述电位传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，且与所述温度传感器、湿度传感器相互错开，用于监测所述管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；所述主控模块用于获取所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器回传的数据，并进行监测；所述电源模块用于给所述主控模块供电。

需要说明的是，所述电阻探针对管道内壁和外壁的平均腐蚀速率进行监测，并综合管道内壁和外壁的平均腐蚀速率或腐蚀减薄率和管壁厚度、建设年限、管道正常运行的温度和压力等参数计算管道剩余可靠工作时间。

对于平均腐蚀速率监测覆盖不到的局部快速腐蚀的情形，分别采用温度传感器阵列、电位传感器阵列以及湿度传感器阵列，对引发管道快速腐蚀的高风险因素进行监测和预警；设备一旦监测到高风险因素的存在，会立即发出报警提示，提醒工作人员到现场勘查和维护，并结合传感器安装位置对局部区域的腐蚀速率进行修正，使数据更加准确可靠。

优选地，所述电阻探针的个数为2个，所述温度传感器个数的4个，所述湿度传感器个数为6个，所述电位传感器个数为6个。

需要说明的是，所述电阻探针、所述温度传感器、所述湿度传感器、所述电位传感器的个数可以是本发明实施例中的2个、4个、6个、6个，也可以是其他数量，这里不做特别限定。

进一步地，所述主控模块位于所述管道附近，所述主控模块与所述电源模块采用防水插头连接，所述防水插头等级满足IP68。

需要说明的是，为了便于电池和传感器更换，所述主控模块安装于被测管道附近，通过电池组供电。为了防止所述***因进水而损坏，所述主控模块与所述电源模块之间，所述电阻探针、所述温度传感器、所述湿度传感器、所述电位传感器与所述主控模块之间使用防水插头进行连接，防水插头防护等级需满足IP68。

优选地，所述电源模块具有电池电量监测功能，以便于在电池电量耗尽之前进行电池更换和设备维护。

进一步地，考虑到野外冬季温度很低，为了保证设备可以在我国北部地区冬季依然可以稳定可靠运行，所述电源模块电池组采用一次性锂电池加工而成，电池电量不足时直接更换即可。

本发明实施例提供的管道检测***采用多种传感器组合测量，对管道内壁与外壁腐蚀状况、腐蚀风险、渗漏风险等进行全面监测和预警，时刻为管道听诊把脉，保证了数据的准确性、全面性。

图2为一种包含振动传感器的管道监测***实施例。本发明实施例提供的管道监测***包含振动传感器，一种管道监测***，包含电阻探针1、温度传感器2、湿度传感器3、电位传感器4、主控模块5、电源模块6、振动传感器7。

所述电阻探针安装在所述管道内部、外壁的表面，用于监测所述管道长期腐蚀损耗量；所述温度传感器根据所述管道轴心沿管壁四周均匀分布，用于测量所述管道外表面温度；所述湿度传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测所述管道腐蚀风险；所述电位传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，且与所述温度传感器、湿度传感器相互错开，用于监测所述管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；所述振动传感器沿所述管道走向分布，用于获取所述管道渗漏噪声，并将所述噪声数据回传给所述主控模块；所述主控模块用于获取所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器回传的数据，并进行监测；所述电源模块用于给所述主控模块供电。

优选地，所述振动传感器个数为2个，且距离大于20cm。

需要说明的是，所述振动传感器的个数可以是本实施例中的2个，也可以是其他数量，这里不做特别限定。

优选地，所述振动传感器可以对管道泄漏状况进行全面监测，在管道发生轻微泄漏时可以提供预警，以便于管理人员及时组织抢修，能在事故发生前将问题解决。

图3为一种包含传输模块的管道监测***实施例。本发明实施例提供一种管道监测***，包含传输模块，所述***包含，电阻探针1、温度传感器2、湿度传感器3、电位传感器4、主控模块5、电源模块6、振动传感器7、传输模块8、服务器9。

所述电阻探针安装在所述管道内部、外壁的表面，用于监测所述管道长期腐蚀损耗量；所述温度传感器根据所述管道轴心沿管壁四周均匀分布，用于测量所述管道外表面温度；所述湿度传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测所述管道腐蚀风险；所述电位传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，且与所述温度传感器、湿度传感器相互错开，用于监测所述管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；所述振动传感器沿所述管道走向分布，用于获取所述管道渗漏噪声，并将所述噪声数据回传给所述主控模块；所述主控模块用于获取所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器回传的数据，并进行监测；所述电源模块用于给所述主控模块供电；所述服务器用于根据所述传输模块获取所述主控模块的数据，并向所述主控模块下发指令。

优选地，所述传输模块为中继器。

优选地，所述传输模块的传输方式为无线传输。

需要说明的是，所述传输模块可以采用中继器，也可以采用无线传输方式，也可以采用其他传输方式，这里不做特别限定。

所述传输模块采用无线自组织网络传输数据的优势是，所述管道监测***可以动态入网，网络可重构性好，可靠性高，数据传输方便，穿透能力强、通信距离远，解决了移动信号覆盖薄弱区域通信不可靠的问题。同时，可以采用定时侦听技术，在较低***功耗的前提下解决了所述***响应实时性的问题，实现了设备永久在线，可以随时查询传感器数据和所述***状态。此外，用户可以根据需要对传输数据进行加密处理，为数据和通信的安全性提供了有力保障。

进一步地，所述管道监测***可以通过无线中继将所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、振动传感器的数据上传至后台服务器，由于无线模块传输距离较远，多台终端管道监测***可以共用一台中继，大大降低了移动运营成本，减少了设备部署和维护的投入。

优选地，为了防止多台设备传输数据时发生碰撞和数据丢失问题，所述传输方式可以采用时隙编码、智能排队以及LBT技术相结合的方法，大大降低了发生碰撞的概率，保证了数据的完整性。

优选地，所述管道监测***具有开机自检功能，并根据采集到的所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、振动传感器的数据判断所述传感器是否工作正常，一旦检测到故障发生，所述主控模块可以通过所述传输模块立即向所述服务器发所述管道故障报警信息，提醒工作人员及时到现场维护。

进一步地，所述服务器可以用图形化界面在电脑或者移动终端展现出来，为用户了解现场状况、开展工作部署和应急抢修提供极大便利。

进一步地，所述主控模块与所述服务器的通信方式为：所述主控模块对所电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、振动传感器的数据进行数据处理分析后，按照预先设定的通信协议将所述处理分析结果通过所述传输模块上传至所述服务器，所述服务器接收到所述处理分析结果后通过所述传输模块向所述主控模块发送应答确认帧，如果所述主控模块在规定时间内成功接收到所述应答确认帧，所述数据传输成功，立即终止本次数据传输，如果设备在规定时间内未接收到服务器应答帧，说明数据传输失败，所述主控模块重发上次传输的数据。

进一步地，所述服务器下发的应答确认帧包含校时信息，每次数据上报以后均进行一次时间校准，保证所述主控模块与所述服务器时间同步。所述主控模块重新长传数据，可以重新配置参数，包括：重传次数、数据采集开始时间、数据采集间隔、数据采集次数，用户可以根据不同的需求灵活调节所述主控模块数据采集上报频率，配置参数存储于所述主控模块的片外存储模块中，如片外Flash，保证在设备掉电是配置参数不丢失。

为了便于设备维护，本发明实施例还实现了设备自诊断和故障报警功能，通过开机自检和传感器数据采集时应答数据分析，在故障发生时可以快速定位，并根据协议要求发送特定的故障编码到所述服务器，提醒工作人员更换和维修，大大减少了工作人员现场诊断的成本。此外，为了方便维修人员现场对设备故障进一步诊断，工作人员可以使用无线通信模块唤醒现场设备，使用管理员访问通道可以将设备切换到调试模式，无线连接调试线缆仅仅通过无线模块即可将设备运行状态看得清清楚楚，为设备现场调试提供极大便利。

为了降低***功耗，所述主控模块与服务器之间通信可以通过中继器转发，无线中继安装在被测管道附近的路灯杆或者立杆上，采用太阳能电池板为其供电，可以实现长时间免维护工作。网内所有管道监测***的数据通过无线自组织网络接入，并通过3G网络或者4G网络将数据上传到后台服务器，通过无线中继，后台服务器与井下设备之间可以实时互动。同一个中继器下可以接入多台设备，同时同一台设备也可以挂在不同中继器下，通过设备自动搜索入网功能实现设备动态组网，即根据设备无线通信模块与中继之间通信的接收信号强度，选择信号最强的中继器作为路由，当之前确定的路由发生故障时，设备又可以重新搜索其他临近中继器并作为新的路由，由于该设备的无线通信距离超过1km，网络可重构型很好，***可靠性大大增强。

优选地，所述管道监测***的数据上报频率支持远程配置，也可以工作在自动切换模式，即在密集上报和松散上报两种状态下自动切换。由用户预先设定阈值，设备采集完数据以后，将当前数据和设定阈值做比较，当前数据高于预设阈值时，设备工作在密集上报状态，数据上报频率较高，保证数据的实时性；当前数据低于设定阈值时自动切换到松散上报状态，数据上报频率较低，降低***功耗。

本发明实施例采用自组网通信与无线中继的思想解决了无线通信不可靠的问题，能够满足恶劣环境下准确可靠预警的使用需求，为市民生命财产安全提供有效保障。低功耗设计延长了设备电池续航时间，大大降低设备运维的成本和恶劣天气下设备失效风险，对产品推广和城市地下管线信息化建设有着重要的推动作用。

图4为一种包含电源管理模块的管道监测***实施例。本发明实施例提出的管道监测***可以有效降低功耗，包含传输模块，所述***包含，电阻探针1、温度传感器2、湿度传感器3、电位传感器4、主控模块5、电源模块6、振动传感器7、传输模块8、服务器9、电源管理模块10。

所述电阻探针安装在所述管道内部、外壁的表面，用于监测所述管道长期腐蚀损耗量；所述温度传感器根据所述管道轴心沿管壁四周均匀分布，用于测量所述管道外表面温度；所述湿度传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测所述管道腐蚀风险；所述电位传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，且与所述温度传感器、湿度传感器相互错开，用于监测所述管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；所述振动传感器沿所述管道走向分布，用于获取所述管道渗漏噪声，并将所述噪声数据回传给所述主控模块；所述主控模块用于获取所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器回传的数据，并进行监测；所述电源模块用于给所述主控模块供电；所述服务器用于根据所述传输模块获取所述主控模块的数据，并向所述主控模块下发指令；所述电源管理模块用于接收所述电源模块供电，并对所述主控模块各功能单元单独供电。

优选地，所述电源管理模块采用多路隔离式电源管理方案，各部分电源独立可控，所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、振动传感器仅在采集数据时才上电工作，在不采数时电源断开，实现更低的***功耗；所述主控模块数据采集频率支持远程配置，也可以工作在自动切换模式下，用户预先设定阈值，设备采集完数据以后和设定阈值比较，高于预设阈值时，设备工作在密集上报状态，保证数据的实时性，当数据低于设定阈值时自动切换到松散上报状态，降低***功耗。

优选地，所述电源模块采用库仑计对电池剩余电量进行实时准确监测，避免设备因电池电量不足而停止工作，保证数据的完整性；在电池电量偏低时发送报警信息，提醒工作人员及时更换电池。

为了降低***功耗，主控单元在空闲时段处于休眠状态，仅在需要工作时才上电，通过电源管理单元统一协调；为了最大化降低功耗，所述传输模块处于定时侦听状态，所述传输模块支持远程唤醒，当所述传输模块监听到有数据传输时，所述主控单元进行数据接收和解析。

图5为一种有保温层管道温度传感器位置分布实施例。本发明实施例提供的温度传感器位置分布方式基于管道内有保温层的情况。

优选地，所述温度传感器在有保温层的所述管道的顶部、底部保温层内外呈对称分布。

需要说明的是，对具有保温层的管道，对称分布的温度传感器阵列，不仅可以为管道腐蚀状况评估提供必要的参数，还可以对保温层保温效果进行指示。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种管道监测***，用于监测管道腐蚀情况，其特征在于，包含电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器、主控模块、电源模块；

所述电阻探针安装在所述管道内部、外壁的表面，用于监测所述管道长期腐蚀损耗量；

所述温度传感器根据所述管道轴心沿管壁四周均匀分布，用于测量所述管道外表面温度；

所述湿度传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，用于检测所述管道腐蚀风险；

所述电位传感器沿所述管道中心线均匀分布在管壁周围，且与所述温度传感器、湿度传感器相互错开，用于监测所述管道外壁吸氧腐蚀和外部杂散电流腐蚀；

所述主控模块用于获取所述电阻探针、温度传感器、湿度传感器、电位传感器回传的数据，并进行监测；

所述电源模块用于给所述主控模块供电。

2.如权利要求1所述管道监测***，其特征在于，所述***还包含振动传感器；

所述振动传感器沿所述管道走向分布，用于获取所述管道渗漏噪声，并将所述噪声数据回传给所述主控模块。

3.如权利要求1所述管道监测***，其特征在于，所述电阻探针的个数为2个，所述温度传感器个数的4个，所述湿度传感器个数为6个，所述电位传感器个数为6个。

4.如权利要求1～3任一项所述管道监测***，其特征在于，所述温度传感器在有保温层的所述管道的顶部、底部保温层内外呈对称分布。

5.如权利要求2所述管道监测***，其特征在于所述振动传感器个数为2个，且距离大于20cm。

6.如权利要求1所述的管道监测***，其特征在于，还包括传输模块、服务器；

所述服务器用于根据所述传输模块获取所述主控模块的数据，并向所述主控模块下发指令。

7.如权利要求1所述的管道监测***，其特征在于，还包括电源管理模块；

所述电源管理模块用于接收所述电源模块供电，并对所述主控模块各功能单元单独供电。

8.如权利要求6所述的管道监测***，其特征在于，所述传输模块为中继器。

9.如权利要求6所述的管道监测***，其特征在于，所述传输模块的传输方式为无线传输。

10.如权利要求1所述的管道监测***，其特征在于，所述主控模块位于所述管道附近，所述主控模块与所述电源模块采用防水插头连接，所述防水插头等级满足IP68。