一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置及方法
【专利摘要】本发明一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置及方法，该装置包括稳压真空泵、流量计、甲烷检测仪、第一至五真空电磁阀、调制半导体激光器、激光驱动单元、气体检测管、光电接收处理单元、和过滤器，若天然气管道泄漏，泄漏气体进入气体检测管中，光电接收处理单元检测到气体泄漏，将信号传输到PLC控制器计算天然气的浓度，PLC控制器开始计时，漏气管道的真空电磁阀打开，其他真空电磁阀保持关闭状态，稳压真空泵开启，渗透进入气体检测管的天然气流经甲烷检测仪，PLC控制器结束计时，将采集到的数据进行处理分析，根据设定程序进行声光报警，实现首次的泄漏监测。本发明的操作方便，结构简单，灵敏度高，使用周期长。
【专利说明】一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气安全工程领域，特指一种用于复杂埋地天然气管道泄漏监测的装置及方法。
【背景技术】
[0002]天然气是危险化学品，具有易燃易爆的特性，爆炸极限为5%?15%，若天然气泄漏，则极易形成爆炸性气体，遇到明火就会引发爆炸；因此，天然气管道泄漏监测和定位技术作为确保管道安全运行的技术越来越受到重视；随着中国天然气管网逐步扩大，运行年限不断增加，因为腐蚀、老化、第三方破坏等原因引起的管道泄漏事故不断发生，管道泄漏不仅污染环境、浪费资源，而且对人民的生命财产安全都是巨大的威胁；因此无论是从安全因素还是经济因素出发，开发合适的天然气管道泄漏监测和定位方法，维护管道的正常运行，保障人民生命财产安全，都有十分重要的意义。
[0003]检测管道泄漏的角度将各种检测方法分为直接检漏法和间接检漏法。直接检漏法是利用安装在管道外边的检测器，直接检测泄漏到管外的输送液体或其挥发的气体，从而达到检测泄漏的目的。本系统直接检测泄漏气体，根据对记录的泄漏发生的时间、浓度、管内气体流速等参数的分析来实现泄漏检测和定位。
[0004]对天然气管道泄漏检测方法的研究已有几十年的历史；但由于问题的复杂性，如管道输送介质的多样性、管道所处环境的多样性、泄漏形势的多样性等原因，目前还没有一种方法能满足所有泄漏检测的最优要求。
[0005]《光谱学与光谱分析》第29卷第3期的“基于菲涅耳透镜开放光路天然气泄漏检测系统设计研究”公开了一种基于可调谐半导体激光吸收光谱与谐波探测的开放式长光程的用于天然气泄漏监测的实验系统，并在室外进行了管道泄漏的模拟实验。
[0006]上述技术检测泄漏时处于在室外环境中，极易受到环境变化的影响(如大气湍流、天气变化、环境温度变化)，抗干扰能力较差，且设备在户外易受损坏，使检测精度和设备使用寿命大打折扣；且激光照射范围有限，若天然气因某些原因没有接触到激光，则无法检测出泄漏的发生。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是发明一种适用于多条并列埋地天然气管道泄漏检测的基于激光技术的高灵敏性、高定位精度、高可靠性的泄漏检测系统。
[0008]为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，所述装置利用多个检测通道，用于检测多条埋地天然气管线，包括稳压真空泵、流量计、甲烷检测仪、第一真空电磁阀、第二真空电磁阀、第三真空电磁阀、第四真空电磁阀、调制半导体激光器、激光驱动单元、气体检测管光电接收处理单元、第五真空电磁阀和过滤器，所述稳压真空泵与流量计相连，所述流量计与甲烷检测仪相连，所述甲烷检测仪通过真空电磁阀与调制半导体激光器相连，所述调制半导体激光器与气体检测管相连，所述气体检测管与光电接收处理单元相连，所述光电接收处理单元通过第五真空电磁阀与过滤器相连。
[0009]所述调制半导体激光器的另一端还连接有一激光驱动单元。
[0010]所述激光驱动单元由温度和电流控制电路、扫描和调制信号电路组成。
[0011]上述方案中所述激光驱动单元采用双频驱动对调制半导体激光器进行操作。
[0012]所述光电接收处理单元由光电探测器和锁相放大器组成。
[0013]所述第一真空电磁阀、第二真空电磁阀、第三真空电磁阀、第四真空电磁阀采用并联的方式连接。
[0014]本发明的发明人提出一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的方法，包括以下步骤:
[0015](I)真空电磁阀打开，开启真空泵，待真空泵开启时间到达规定时间Tc时结束，电磁真空阀关闭，真空泵停转；
[0016](2)PLC控制器控制调制半导体激光器、激光驱动单元、光电接收处理单元开启，若天然气管道泄漏，泄漏气体可以进入检测管中，光电接收处理单元就可以检测到气体泄漏，将检测信号传输到PLC控制器计算出管道内天然气的浓度，PLC控制器开始计时，真空电磁阀打开，其他真空电磁阀保持关闭状态，真空泵开启，当渗透进入检测管的天然气流经甲烷检测仪时，PLC控制器结束计时，PLC控制器将采集到的时间、天然气浓度、气体流量组成的数据进行处理分析，根据设定程序进行声光报警，实现首次的泄漏监测，随后将系统运行过程中记录的时间、气体浓度和气体流量信息通过PLC控制器预先设定的分析程序分析处理后，可实现泄漏点定位和对泄漏情况的判断；
[0017](3)当调制半导体激光器和光电接收处理单元监测管道内的天然气浓度低于规定浓度C，且甲烷检测仪检测管内天然气浓度低于规定值Ce时，真空电磁阀关闭，真空泵停转。若调制半导体激光器和光电接收处理单元再次检测到检测管内天然气浓度超过规定浓度C，则重复进行步骤(I)到(3)。
[0018]本发明的有益效果是:基于这种结构的埋地天然气管道泄漏检测装置，因为其激光发射和接收装置都处于地下，设备不易受到损坏，发射和接收激光在地下的检测管中进行，不受外界环境变化的影响，实现了多条埋地天然气管道在线实时监测；激光技术的灵敏性和检测精度远高于传统技术，半渗透检测管可以将土壤中的天然气吸收进检测管内，增加激光可检测到天然气的范围和检测管内天然气的浓度，进一步提高了检测灵敏性和检测精度，实现了在地下环境中激光泄漏监测技术的使用，并设置了自动化控制单元，实现了系统全自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]以下结合附图对本发明作进一步的描述。
[0020]图1为本发明的多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置示意图；
[0021]图中:1稳压真空泵，2流量计，3甲烷检测仪，4第一真空电磁阀，5第二真空电磁阀，6第三真空电磁阀，7第四真空电磁阀，8调制半导体激光器，9激光驱动单元，10PLC控制器，11光电探测器，12锁相放大器，13第五真空电磁阀，14过滤器，15气体检测管，16光电接收处理单元。【具体实施方式】
[0022]如附图1所示，本发明提供了一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置及方法，从左到右依次包括稳压真空泵1、流量计2、甲烷检测仪3、第一真空电磁阀4、第二真空电磁阀5、第三真空电磁阀6、第四真空电磁阀7、调制半导体激光器8、激光驱动单元9、气体检测管15、光电接收处理单元16、第五真空电磁阀13和过滤器14，所述稳压真空泵I与流量计2相连，所述流量计2与甲烷检测仪3相连，所述甲烷检测仪3通过真空电磁阀4、5、
6、7与调制半导体激光器8相连，所述调制半导体激光器8与气体检测管15相连，所述气体检测管15与光电接收处理单元16相连，所述光电接收处理单元16通过第五真空电磁阀13与过滤器14相连。
[0023]所述调制半导体激光器8的另一端还连接有一激光驱动单元9。
[0024]上述方案中所述激光驱动单元9由温度和电流控制电路、扫描和调制信号电路组成。
[0025]上述方案中所述激光驱动单元9采用双频驱动对调制半导体激光器进行操作。
[0026]所述光电接收处理单元16由光电探测器11和锁相放大器12组成。
[0027]所述第一真空电磁阀4、第二真空电磁阀5、第三真空电磁阀6、第四真空电磁阀7采用并联的方式连接。
[0028]本发明的发明人提出一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的方法，包括以下步骤:
[0029]一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的方法，步骤如下:真空电磁阀4、5、6、7、13打开，开启稳压真空泵1，待稳压真空泵I开启时间到达规定时间10分钟时结束，电磁真空阀4、5、6、7、13关闭，稳压真空泵I停转。
[0030]PLC控制器10控制调制半导体激光器8、激光驱动单元9、光电接收处理单元16开启，若天然气管道泄漏，泄漏气体可以进入气体检测管15中，光电接收处理单元16就可以检测到气体泄漏，将检测信号传输到PLC控制器10计算出管道内天然气的浓度，PLC控制器10开始计时，假设第一真空电磁阀4所在管道泄漏，则第一真空电磁阀4打开，其他真空电磁阀保持关闭状态，稳压真空泵I开启，当渗透进入气体检测管15的天然气流经甲烷检测仪3时，PLC控制器10结束计时，PLC控制器10将采集到的时间、天然气浓度、气体流量组成的数据进行处理分析，根据设定程序进行声光报警，实现首次的泄漏监测，随后将系统运行过程中记录的时间、气体浓度和气体流量信息通过PLC控制器10预先设定的分析程序分析处理后，可实现泄漏点定位和对泄漏情况的判断。当调制半导体激光器8和光电接收处理单元16监测管道内的天然气浓度低于规定浓度20ppm，且甲烷检测仪3检测管内天然气浓度低于规定值IOppm时,第一真空电磁阀4关闭,稳压真空泵I停转。若调制半导体激光器8和光电接收处理单元16再次检测到气体检测管15内天然气浓度超过规定浓度20ppm，则重复进行此步骤。
【权利要求】
1.一种多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，从左到右依次包括稳压真空泵(I)、流量计(2)、甲烷检测仪(3)、第一真空电磁阀(4)、第二真空电磁阀(5)、第三真空电磁阀(6)、第四真空电磁阀(7)、调制半导体激光器(8)、激光驱动单元(9)、气体检测管(15)、光电接收处理单元(16)、第五真空电磁阀(13)和过滤器(14)，其特征在于:所述稳压真空泵(I)与流量计(2)相连，所述流量计(2)与甲烷检测仪(3)相连，所述甲烷检测仪(3)通过真空电磁阀(4、5、6、7)与调制半导体激光器(8)相连，所述调制半导体激光器(8)与气体检测管(15)的一端相连，所述气体检测管(15)的另一端与光电接收处理单元(16)相连，所述光电接收处理单元(16)通过第五真空电磁阀(13)与过滤器(14)相连。
2.根据权利要求1所述的多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，其特征在于:所述调制半导体激光器(8)的另一端还连接有一激光驱动单元(9)。
3.根据权利要求2所述的多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，其特征在于:所述激光驱动单元(9)由温度和电流控制电路、扫描和调制信号电路组成。
4.根据权利要求2所述的多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，其特征在于:所述激光驱动单元(9)采用双频驱动对调制半导体激光器(8)进行操作。
5.根据权利要求1所述的多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，其特征在于:所述光电接收处理单元(16)由光电探测器(11)和锁相放大器(12)组成。
6.根据权利要求1所述的多条并列埋地天然气管道泄漏监测的装置，其特征在于:所述第一真空电磁阀(4)、第二真空电磁阀(5)、第三真空电磁阀(6)、第四真空电磁阀(7)采用并联的方式连接。
7.一种采用权利要求1所述装置对多条并列埋地天然气管道泄漏监测的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)真空电磁阀打开，开启稳压真空泵(1)，待真空泵开启时间到达规定时间Tc时结束，电磁真空阀关闭，稳压真空泵(I)停转； (2)PLC控制器(10)控制调制半导体激光器(8)、激光驱动单元(9)、光电接收处理单元(16)开启，若天然气管道泄漏，泄漏气体可以进入气体检测管(15)中，光电接收处理单元(16)就可以检测到气体泄漏，将检测信号传输到PLC控制器(10)计算出管道内天然气的浓度，PLC控制器(10)开始计时，真空电磁阀打开，其他真空电磁阀保持关闭状态，稳压真空泵(I)开启，当渗透进入检测管的天然气流经甲烷检测仪(3)时，PLC控制器(10)结束计时，PLC控制器(10)将采集到的时间、天然气浓度、气体流量组成的数据进行处理分析，根据设定程序进行声光报警，实现首次的泄漏监测，随后将系统运行过程中记录的时间、气体浓度和气体流量信息通过PLC控制器(10)预先设定的分析程序分析处理后，可实现泄漏点定位和对泄漏情况的判断； (3)当调制半导体激光器(8)和光电接收处理单元(16)监测管道内的天然气浓度低于规定浓度C，且甲烷检测仪(3)检测管内天然气浓度低于规定值Ce时，真空电磁阀关闭，稳压真空泵(I)停转； 若调制半导体激光器(8)和光电接收处理单元(16)再次检测到检测管内天然气浓度超过规定浓度C，则重复进行步骤(I)到(3)。
【文档编号】F17D5/02GK103629533SQ201310560995
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】王树立, 孙少立, 周诗岽, 李恩田, 张永飞, 蒋伟, 赵煜 申请人:常州大学