本發(fā)明涉及天然氣管道領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將天然氣從開采地或處理廠輸送到城市配氣中心或工業(yè)企業(yè)用戶的管道，又稱輸氣管道。利用天然氣管道輸送天然氣，是陸地上大量輸送天然氣的唯一方式。在世界管道總長中，天然氣管道約占一半。
現(xiàn)有的輸氣管道是由單根管子逐根連接組裝起來的?，F(xiàn)代的集氣管道和輸氣管道是由鋼管經(jīng)電焊連接而成。鋼管有無縫管、螺旋縫管、直縫管多種，無縫管適用于管徑為529毫米以下的管道,螺旋縫管和直縫管適用于大口徑管道。集輸管道的管子橫斷面結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的為內(nèi)涂層-鋼管-外絕緣層－保溫(保冷)層；簡單的則只有鋼管和外絕緣層，而內(nèi)壁涂層及保溫(保冷)層均視輸氣工藝再加確定。
現(xiàn)有的管道特點：輸氣管道系統(tǒng)是個連續(xù)密閉輸送系統(tǒng)；從輸送、儲存到用戶使用，天然氣均處于帶壓狀態(tài)；由于輸送的天然氣比重小，靜壓頭影響遠小于液體,設(shè)計時高差小于200米時，靜壓頭可忽略不計，線路幾乎不受縱向地形限制；不存在液體管道水擊危害；發(fā)生事故時危害性大，波及范圍廣，管道一旦破裂，釋放能量大，撕裂長度較長，排出的天然氣遇有明火，還易釀成火災(zāi)。
現(xiàn)有輸氣管道系統(tǒng)只能在指定位置進行監(jiān)測預(yù)警，由于管道覆蓋面積較廣，如果管道中部遭到人為破壞，無法及時預(yù)警并及時修復(fù)，會造成更為嚴重的環(huán)境污染和危險。同時如果在管道附近密集分布傳感器則會導(dǎo)致成本較高無法普及。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種低成本、大覆蓋率、實時監(jiān)控、迅速準(zhǔn)確定位的天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)。
為實現(xiàn)該技術(shù)目的，本發(fā)明的方案是：一種天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、中央分析處理中心；
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有高敏壓力變送器、流量計、溫度傳感器、MCU，所述高敏壓力變送器、流量計和溫度傳感器分別與MCU電連接，所述高敏壓力變送器設(shè)置在管道內(nèi)，所述流量計一端設(shè)置在管道內(nèi)，管道內(nèi)外均設(shè)置有溫度傳感器；
所述通訊系統(tǒng)包括有無線收發(fā)模塊、通訊線路和無線網(wǎng)絡(luò)模塊，所述通訊線路通過電連接接入有線通訊網(wǎng)絡(luò)與中央分析處理中心通訊連接，所述無線收發(fā)模塊和無線網(wǎng)絡(luò)模塊通過無線電信號與中央分析處理中心通訊連接；
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心，所述中央分析處理中心對數(shù)據(jù)信息進行分析、計算，具體工作流程如下：
第一步，當(dāng)發(fā)生人為破壞，管道破損后，管道內(nèi)會突然形成負壓波動，同時負壓波會沿管道傳播，管道兩側(cè)的高敏壓力變送器監(jiān)測到負壓波的信號時，且壓力和流量變化超過額定閥值，則判定發(fā)生泄漏，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心；
第二步，采用小波變換分析負壓波的傳播規(guī)律，結(jié)合管道內(nèi)的噪聲、水擊波等變換特點，排除噪音干擾；
第三步，通過管道管壁的彈性和液體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算負壓波傳播速度，一般輸送原油的鋼質(zhì)管道而言，負壓波傳播速度約為1000-1200m/s。
第四步，通過測量產(chǎn)生的瞬時負壓波到達兩側(cè)的高敏壓力變送器的時間計算出時間差，將時間差和管道內(nèi)負壓波的傳播速度結(jié)合計算出泄漏點的位置；
第五步，通過流量計的流量變化、溫度和泄漏時間，計算出泄漏量；
第六步，中央分析處理中心將確定泄漏時間、位置和泄漏量反饋給管道附近的工作人員，并在泄露處附近通過廣播和指示牌發(fā)出聲、光報警提示。
作為優(yōu)選，所述管道內(nèi)還設(shè)置有電磁閥，所述電磁閥電連接有繼電器，所述繼電器與MCU電連接。
作為優(yōu)選，所述管道外側(cè)兩端分別設(shè)置有紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊，紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊相對應(yīng)，紅外接收模塊與MCU電連接。
作為優(yōu)選，所述管道外側(cè)還設(shè)置有主麥克和降噪麥克，所述主麥克和降噪麥克分別與MCU電連接。
本發(fā)明的有益效果，本申請安裝成本較低，只需要在管道的首尾設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即可，無需再管道的每處都設(shè)置傳感器，保證低成本、大覆蓋率；本申請的能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)人為破壞，能夠迅速通過高敏壓力變送器確定泄漏時間，同時根據(jù)高敏壓力變送器、流量計和溫度傳感器組合迅速計算出泄露點位置，并及時通過廣播和指示牌發(fā)出聲、光報警提示附近的工作人員，能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)；同時可以實時顯示監(jiān)測管段的壓力、流量等曲線和壓力、流量等數(shù)據(jù)，方便維護。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
本發(fā)明所述的具體實施例為一種天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、中央分析處理中心；
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有高敏壓力變送器、流量計、溫度傳感器、MCU，所述高敏壓力變送器、流量計和溫度傳感器分別與MCU電連接，所述高敏壓力變送器設(shè)置在管道內(nèi)，所述流量計一端設(shè)置在管道內(nèi)，管道內(nèi)外均設(shè)置有溫度傳感器；
所述通訊系統(tǒng)包括有無線收發(fā)模塊、通訊線路和無線網(wǎng)絡(luò)模塊，所述通訊線路通過電連接接入有線通訊網(wǎng)絡(luò)與中央分析處理中心通訊連接，所述無線收發(fā)模塊和無線網(wǎng)絡(luò)模塊通過無線電信號與中央分析處理中心通訊連接；
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心，所述中央分析處理中心對數(shù)據(jù)信息進行分析、計算，具體工作流程如下：
第一步，當(dāng)發(fā)生人為破壞，管道破損后，管道內(nèi)會突然形成負壓波動，同時負壓波會沿管道傳播，管道兩側(cè)的高敏壓力變送器監(jiān)測到負壓波的信號時，且壓力和流量變化超過額定閥值，則判定發(fā)生泄漏，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心；
第二步，采用小波變換分析負壓波的傳播規(guī)律，結(jié)合管道內(nèi)的噪聲、水擊波等變換特點，排除噪音干擾；
第三步，通過管道管壁的彈性和液體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算負壓波傳播速度，一般輸送原油的鋼質(zhì)管道而言，負壓波傳播速度約為1000-1200m/s。
第四步，通過測量產(chǎn)生的瞬時負壓波到達兩側(cè)的高敏壓力變送器的時間計算出時間差，將時間差和管道內(nèi)負壓波的傳播速度結(jié)合計算出泄漏點的位置；
第五步，通過流量計的流量變化、溫度和泄漏時間，計算出泄漏量；
第六步，中央分析處理中心將確定泄漏時間、位置和泄漏量反饋給管道附近的工作人員，并在泄露處附近通過廣播和指示牌發(fā)出聲、光報警提示。同時可以實時顯示監(jiān)測管段的壓力、流量等曲線和壓力、流量等數(shù)據(jù)，方便維護。
為了提高安全性能，方便遠程控制管道的連通或者閉合，所述管道內(nèi)還設(shè)置有電磁閥，所述電磁閥電連接有繼電器，所述繼電器與MCU電連接。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄露十分嚴重時，可以通過繼電器控制電磁閥遠程閉合管道，減少泄露產(chǎn)生的環(huán)境污染。
為了實現(xiàn)提前預(yù)警，所述管道外側(cè)兩端分別設(shè)置有紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊，紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊相對應(yīng)，紅外接收模塊與MCU電連接。當(dāng)紅外線為阻斷時，可以的得知有物體靠近管道表面，通過鳴笛預(yù)警等手段可以驅(qū)逐靠近的物體。
為了進一步提高預(yù)警效果，所述管道外側(cè)還設(shè)置有主麥克和降噪麥克，所述主麥克和降噪麥克分別與MCU電連接。當(dāng)管道發(fā)生細微破裂產(chǎn)生隙縫，由于漏氣量較小，壓力變化不明顯，高敏壓力變送器可能會出現(xiàn)誤判，而此時的漏氣會產(chǎn)生低頻尖銳的空氣波，通過主麥克可以收集到空氣波的變化，進而快速發(fā)現(xiàn)泄露情況，同時通過降噪麥扣除背景音，進一步提高精度。
本申請的天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)以負壓波法為基本方法，利用管道瞬態(tài)模型，采用流量報警、壓力定位，以及流量+壓力綜合分析報警、定位。大幅提高了安全報警的準(zhǔn)確率，同時在較低的成本下保持足夠大的安全監(jiān)控覆蓋率。
當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，由于管道內(nèi)外的壓差，使泄漏處的壓力突降，泄漏處周圍的氣體由于壓差的存在向泄漏處補充，在管道內(nèi)突然形成負壓波動。此負壓波從泄漏點向管道上、下端傳播，并以指數(shù)率衰減，逐漸歸于平靜，這種負壓波和正常壓力波動的態(tài)勢絕然不同，具有比較陡峭的前沿。兩端的高敏壓力變送器接收到該負壓波信號并被采集系統(tǒng)采錄。系統(tǒng)將結(jié)合壓力和流量的變化特征，進行判斷泄漏是否發(fā)生，通過測量泄漏時產(chǎn)生的瞬時壓力波到達上、下端的時間差和管道內(nèi)壓力波的傳播速度計算出泄漏點的位置。為了克服管道噪聲等因素的干擾，采用小波變換和相關(guān)分析負壓波的傳播規(guī)律和管道內(nèi)的噪聲、水擊波等變換特點，并結(jié)合管道管壁的彈性和氣體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算。對于一般輸送天然氣的鋼質(zhì)管道而言，負壓波傳播速度約為1000-1200m/s。本申請高敏壓力變送器對于突發(fā)性泄漏比較敏感，適合監(jiān)視因人為引起的泄漏，但是對于緩慢的腐蝕滲漏不十分敏感。
該系統(tǒng)根據(jù)負壓波響應(yīng)的時間差、管道長度、壓力傳播速度，建立基本的數(shù)學(xué)理論模型。系統(tǒng)又根據(jù)因管道物理參數(shù)、被輸介質(zhì)的理化性質(zhì)以及溫度衰減等因素對壓力波的傳遞速度造成的衰減變化，進行了必要的補償和修正。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。