一种输油管道泄漏监测装置及检测方法与流程

本发明涉及输油管道泄漏特性研究领域，具体为一种输油管道泄漏监测装置及检测方法。

背景技术：

输油管道泄漏不仅会对油气企业带来经济损失，同时也会造成管道周围的环境污染。监测管道泄漏信息并准确检测管道的泄漏点位置，对管道安全运行、环境保护具有重大意义。

目前，针对输油管道泄漏通常通过测量管内机械波的变化特征，如刘胜等报道选择db4～10系列小波函数作为小波变换的小波基，确定小波分解的层数为4层；采用mallat塔式算法，对原始声音信号进行4层离散小波分解，并选择第三尺度和第四尺度的细节信号进行小波重构得到去噪信号；对去噪信号按照时间进行均匀分割，得到分割后的声音信号片段；对每一个分割后的声音片段作短时傅里叶变换，得到变换矩阵；利用变换矩阵制作声音信号的归一化能量图；根据归一化能量图，判断输油管道是否发生微小泄漏(cn201611161812.x)；或者检测沿线管外土壤的温度情况，分析管道泄漏信息，如马跃报道了借助cfd(computationalfluiddynamics)软件建立土壤多孔介质中流固耦合的相变数学模型，对埋地管道上部泄漏热油在冬夏季不同土壤中渗透扩散时，大地温度场的变化进行模拟分析(马跃,王岳,史俊杰,等.热油泄漏对土壤温度场影响的模拟分析[j].节能技术,2012,30(5):439-442.)。

然而，对于许多常温输油管道(如成品油管道、轻质原油管道等)，油品温度与周围环境温度基本一致，通过温度变化难以检测油品泄漏；而由于管道运行过程中的压力波动，通过检测管内机械波的变化分析管道泄漏存在很大误差，特别针对于小流量泄漏或者微渗漏，更难以通过管内机械波的变化进行检测。因此亟需一种新的适用于输油管道泄漏特别是微渗漏的监测、检测方法，同时该方法也适用于热油管道与常温输油管道。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种输油管道泄漏监测装置及检测方法，通过对管外油品量这一输油管道泄漏的最直接参数的检测，从而进一步准确测算管道的泄漏位置，该方法方便准确，其检测参数与管道泄漏速率无关，与油品温度无关，适用于各类输油管道泄漏特别是微渗漏的情况。

具体的，本发明的技术方案如下：

一种输油管道泄漏监测装置，包括：

沿输油管道管壁外侧铺设的电缆，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料，当管道内油品泄漏后，油品使导线外侧的油溶性绝缘材料溶解，进而改变了导线与周围导电颗粒之间的导电性；通过检测导线内的电流信号，获取油品管道的泄漏位置的定位信息；

优选的，所述油溶性绝缘材料包括沥青、松香树脂、达玛树脂、油溶性酚醛树脂、石油树脂或萜烯树脂中的一种或多种，进一步优选的，所述油溶性绝缘材料为沥青，所述沥青造价低廉，具有耐水、耐乙醇和耐化学用品等特性，对酸碱有良好的化学稳定性，因此可以在土壤-水环境体系下保持良好的完整性，而当接触石油等烃类化合物时，能够迅速被溶解，从而暴露内部的导线；

优选的，所述导电颗粒包括金属材料导电颗粒、合金材料导电颗粒及无机非金属材料导电颗粒，进一步优选的，所述导电颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、镁颗粒、锌颗粒、铁颗粒、黄铜颗粒、镍铬合金颗粒、石墨颗粒、碳纤维颗粒，更进一步优选的，所述导电颗粒为镍铬合金颗粒，所述颗粒粒径不小于多孔保护套孔隙的孔径，优选选取为4～6mm，尽管镍铬合金导电性弱于铜、铝、镁等纯金属，但是由于其造价低廉、同时具有强抗腐蚀性，因此非常适合作为导电颗粒。

优选的，所述输油管道泄漏监测装置还包括设置于两条导线之间的欧姆表和常闭开关，所述欧姆表和常闭开关串联连接，常闭开关长期闭合，通过欧姆表测试的电阻值判断管道是否存在泄漏，当电阻值显著下降则说明导线外侧的油溶性绝缘材料受溶解破坏，有油品泄漏风险；

优选的，所述输油管道泄漏监测装置还包括信号发生器、示波器与高通滤波器和常开开关，从所述信号发生器的一个信号通道接出两条信号线，一条信号线与示波器的某一信号接收通道连接，另一条信号线与常闭开关与导线连接处的端点连接，所述常开开关置于两条信号线中的任意一条上；所述欧姆表与导线连接处的端点经过高通滤波器后与示波器的另一信号接收通道连接；高通滤波器可以有效过滤管道沿线的低频杂散电流与直流信号，通过信号发生器发射高频交流信号，通过示波器分别读取一条导线与欧姆表的连接端点位置处的交流信号以及另一条导线与开关的端点位置处的交流信号，根据两端点位置处的交流信号时间差，实现泄漏位置的定位；

优选的，所述输油管道泄漏监测装置由沿输油管道管壁外侧铺设的电缆、欧姆表、常闭开关、信号发生器、示波器、高通滤波器和常开开关组成；

其中，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有沥青，所述导电颗粒为石墨或镍铬合金颗粒，所述颗粒粒径为4～6mm；

所述欧姆表和常闭开关设置于两条导线之间，所述欧姆表和常闭开关串联连接，常闭开关长期闭合；

所述信号发生器的一个信号通道接出两条信号线，一条信号线与示波器的某一信号接收通道连接，另一条信号线与常闭开关与导线连接处的端点连接，所述常开开关置于两条信号线中的任意一条上，所述常开开关长期打开；所述欧姆表与导线连接处的端点经过高通滤波器后与示波器的另一信号接收通道连接。

本发明还公开了上述输油管道泄漏监测装置用于输油管道泄漏的检测方法，沿输油管道管壁外侧铺设电缆，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料，当管道内油品泄漏后，油品使导线外侧的油溶性绝缘材料溶解，进而改变了导线与周围导电颗粒之间的导电性；检测导线内的电流信号，获取油品管道的泄漏位置的定位信息。

优选的，所述检测方法包括：

(1)沿输油管道管壁外侧铺设电缆，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料；

(2)油品泄漏后，油品经多孔保护套孔隙进入电缆内部并溶解导线外部包覆的油溶性绝缘材料，两条导线连通，与两条导线串联连接的欧姆表显示的电阻值r骤降，则管道可能发生了油品泄漏；

(3)打开常闭开关，并闭合常开开关，则此时信号发生器、示波器与高通滤波器连入电路，高通滤波器过滤管道沿线的低频杂散电流与直流信号，通过信号发生器发射高频交流信号，通过示波器分别读取一条导线与欧姆表的连接端点位置处的交流信号以及另一条导线与开关的端点位置处的交流信号，根据两端点位置处的交流信号时间差，准确判定泄漏位置；

优选的，所述油溶性绝缘材料包括沥青、松香树脂、达玛树脂、油溶性酚醛树脂、石油树脂或萜烯树脂中的一种或多种，进一步优选的，所述油溶性绝缘材料为沥青，所述沥青造价低廉，具有耐水、耐乙醇和耐化学用品等特性，对酸碱有良好的化学稳定性，因此可以在土壤-水环境体系下保持良好的完整性，而当接触石油等烃类化合物时，能够迅速被溶解，从而暴露内部的导线；

优选的，所述导电颗粒包括金属材料导电颗粒、合金材料导电颗粒及无机非金属材料导电颗粒，进一步优选的，所述导电颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、镁颗粒、锌颗粒、铁颗粒、黄铜颗粒、镍铬合金颗粒、石墨颗粒、碳纤维颗粒，更进一步优选的，所述导电颗粒为镍铬合金颗粒，所述颗粒粒径为4～6mm，尽管镍铬合金导电性弱于铜、铝等纯金属，但是由于其造价低廉、同时具有强抗腐蚀性，因此优选其作为导电颗粒材料；

本发明还公开了上述监测装置和/或检测方法在输油管道油品泄漏检测中的应用。

本发明的有益效果：

本发明提出沿线铺设电缆设计，特别在电缆中设置两条导线，每条导线外均采用油溶性绝缘材料密封；油溶性绝缘材料不溶于水，因此可以在土壤-水环境体系下保持良好的完整性；两条导线外有多孔保护套，既可以约束导电颗粒，同时保证泄漏油品及时渗入到油溶性绝缘材料周围；而通过在油溶性绝缘材料外侧填充导电颗粒的设计，使得油溶性绝缘材料被油品溶解后，导电颗粒更容易与导线表面接触，更容易实现两条导线之间的联通，从而提高泄漏检测的灵敏度；同时，采用信号发生器、示波器与高通滤波器，通过导线端点交流信号相位差实现泄漏点的定位，可以提高泄漏位置判断的精度。

总之，本发明直接通过对管外油品量这一输油管道泄漏的最直接参数的检测，从而进一步准确测算管道的泄漏位置，方法简单有效，经久耐用，无需大型设备，制备成本低廉，同时能够有效降低误报警现象发生，提高工作效率，实时性强。

附图说明

图1为电缆横截面示意图；

图2为测试线路原理示意图；

图3为泄漏点两导线连通后的电路示意图；

图中，1-导电颗粒，2-导线，3-油溶性绝缘材料，4-多孔保护套，5-示波器，6-信号发生器，7-欧姆表，8-常闭开关与一条导线的连接端点，9-欧姆表与另一条导线的连接端点，10-常闭开关，11-常开开关，12-高通滤波器，13-油品泄漏点。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件或它们的组合。

正如背景资料所介绍，亟需一种新的适用于输油管道泄漏特别是微渗漏的监测、检测方法，同时该方法也适用于热油管道与常温输油管道；

基于此，本发明的一种具体实施方式中，提供一种输油管道泄漏监测装置，包括：

沿输油管道管壁外侧铺设的电缆，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料，当管道内油品泄漏后，油品使导线外侧的油溶性绝缘材料溶解，进而改变了导线与周围导电颗粒之间的导电性；通过检测导线内的电流信号，获取油品管道的泄漏位置的定位信息；

其中，所述油溶性绝缘材料包括沥青、松香树脂、达玛树脂、油溶性酚醛树脂、石油树脂或萜烯树脂中的一种或多种，优选的，所述油溶性绝缘材料为沥青，所述沥青造价低廉，具有耐水、耐乙醇和耐化学用品等特性，对酸碱有良好的化学稳定性，因此可以在土壤-水环境体系下保持良好的完整性，而当接触石油等烃类化合物时，能够迅速被溶解，从而暴露内部的导线；

所述导电颗粒包括金属材料导电颗粒、合金材料导电颗粒及无机非金属材料导电颗粒，进一步优选的，所述导电颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、镁颗粒、锌颗粒、铁颗粒、黄铜颗粒、镍铬合金颗粒、石墨颗粒、碳纤维颗粒，优选的，所述导电颗粒为石墨颗粒，所述颗粒粒径不小于多孔保护套孔隙孔径，粒径优选为4～6mm，尽管镍铬合金导电性弱于铜、铝等纯金属，但是由于其造价低廉、同时具有强抗腐蚀性，因此优选其作为导电颗粒材料。

本发明的又一具体实施方式中，所述输油管道泄漏监测装置还包括设置于两条导线之间的欧姆表和常闭开关，所述欧姆表和常闭开关串联连接，常闭开关长期闭合，通过欧姆表测试的电阻值判断管道是否存在泄漏，当电阻值显著下降则说明导线外侧的油溶性绝缘材料受溶解破坏，有油品泄漏风险；

本发明的又一具体实施方式中，所述输油管道泄漏监测装置还包括信号发生器、示波器与高通滤波器和常开开关，从所述信号发生器的一个信号通道接出两条信号线，一条信号线与示波器的某一信号接收通道连接，另一条信号线与常闭开关与导线连接处的端点连接，所述常开开关置于两条信号线中的任意一条上；所述欧姆表与导线连接处的端点经过高通滤波器后与示波器的另一信号接收通道连接；高通滤波器可以有效过滤管道沿线的低频杂散电流与直流信号，通过信号发生器发射高频交流信号，通过示波器分别读取一条导线与欧姆表的连接端点位置处的交流信号以及另一条导线与开关的端点位置处的交流信号，根据两端点位置处的交流信号时间差，实现泄漏位置的定位；

本发明的又一具体实施方式中，所述输油管道泄漏监测装置由沿输油管道管壁外侧铺设的电缆、欧姆表、常闭开关、信号发生器、示波器、高通滤波器和常开开关组成；

其中，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料(沥青)，所述导电颗粒为镍铬合金颗粒，所述颗粒粒径为4～6mm；

所述欧姆表和常闭开关设置于两条导线之间，所述欧姆表和常闭开关串联连接，常闭开关长期闭合；

所述信号发生器的一个信号通道接出两条信号线，一条信号线与示波器的某一信号接收通道连接，另一条信号线与常闭开关与导线连接处的端点连接，所述常开开关置于两条信号线中的任意一条上，所述常开开关长期打开；所述欧姆表与导线连接处的端点经过高通滤波器后与示波器的另一信号接收通道连接。

本发明的又一具体实施方式中，公开了上述输油管道泄漏监测装置用于输油管道泄漏的检测方法，沿输油管道管壁外侧铺设电缆，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料，当管道内油品泄漏后，油品使导线外侧的油溶性绝缘材料溶解，进而改变了导线与周围导电颗粒之间的导电性；检测导线内的电流信号，获取油品管道的泄漏位置的定位信息。

本发明的又一具体实施方式中，公开了所述检测方法包括：

(1)沿输油管道管壁外侧铺设电缆，所述电缆由外向内依次包括多孔保护套、导电颗粒和并行铺设的两条导线，所述导线表面均包覆有油溶性绝缘材料；

(2)油品泄漏后，油品经多孔保护套孔隙进入电缆内部并溶解导线外部包覆的油溶性绝缘材料，两条导线连通，与两条导线串联连接的欧姆表显示的电阻值r骤降，则管道可能发生了油品泄漏；

(3)打开常闭开关，并闭合常开开关，则此时信号发生器、示波器与高通滤波器连入电路，高通滤波器过滤管道沿线的低频杂散电流与直流信号，通过信号发生器发射高频交流信号，通过示波器分别读取一条导线与欧姆表的连接端点位置处的交流信号以及另一条导线与开关的端点位置处的交流信号，根据两端点位置处的交流信号时间差，准确判定泄漏位置；

其中，所述油溶性绝缘材料包括沥青、松香树脂、达玛树脂、油溶性酚醛树脂、石油树脂或萜烯树脂中的一种或多种，进一步优选的，所述油溶性绝缘材料为沥青，所述沥青造价低廉，具有耐水、耐乙醇和耐化学用品等特性，对酸碱有良好的化学稳定性，因此可以在土壤-水环境体系下保持良好的完整性，而当接触石油等烃类化合物时，能够迅速被溶解，从而暴露内部的导线；

所述导电颗粒包括金属材料导电颗粒、合金材料导电颗粒及无机非金属材料导电颗粒，优选的，所述导电颗粒包括铜颗粒、铝颗粒、镁颗粒、锌颗粒、铁颗粒、黄铜颗粒、镍铬合金颗粒、石墨颗粒、碳纤维颗粒，进一步优选的，所述导电颗粒为镍铬合金颗粒，所述颗粒粒径为4～6mm，尽管镍铬合金导电性弱于铜、铝等纯金属，但是由于其造价低廉、同时具有强抗腐蚀性，因此优选其作为导电颗粒材料；

本发明的又一具体实施方式中，公开了上述监测装置和/或检测方法在输油管道油品泄漏检测中的应用。

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例

电缆横截面如图1所示，本发明采用沿输油管道管壁外侧铺设电缆，电缆内部由两条导线并行敷设，每条导线外包裹有油溶性绝缘材料(3)，双导线外有多孔保护套(4)保护；多孔保护套(4)内剩余空间充满导电颗粒(1)；

两条导线之间设有欧姆表(7)、信号发生器(6)与示波器(5)。具体连接方式如图2所示，欧姆表(7)与常闭开关(10)串联，并连接两条导线的同一侧端点(8)与(9)。从信号发生器(6)一个信号通道接出两条信号线，分别连接示波器(5)的某一通道与导线端点(8)，同时导线端点(9)与示波器(5)的另一信号接收通道连接；

当导线(2)外侧油溶性绝缘材料(3)完好无损时，两条导线之间不连通，欧姆表(7)显示的电阻值r趋于无穷大。当欧姆表(7)显示的电阻值r骤降时，意味着两条导线之间已经连通，导线(2)外侧的油溶性绝缘材料(3)发生溶解破坏，此时管道可能发生了油品泄漏；

当欧姆表(7)显示的电阻值r骤降后，意味着泄漏点附近导线连通。此时，断开常开开关(10)，接通开关(11)，此时的电路原理图如图3所示；

调节信号发生器(6)发出的交流信号频率，通过示波器(5)两通道接受的信号，准确读取导线端点(8)与导线端点(9)之间的交流信号时间差t。交流电信号传播速度c与交流信号时间差t的乘积即是两信号传播的距离之差l。

也就是说，交流电信号经过导线端点(8)传播至泄漏点(13)，并从泄漏点(13)进入另外一根导线，进一步传播至导线端点(9)所经过的距离l＝ct。其中，t为示波器(5)读取的导线端点(8)与导线端点(9)之间的交流信号时间差，单位为s；c为对应交流信号频率条件下的交流信号传播速度，单位为m/s。泄漏点(13)距离导线端点(8)与(9)的距离即为l/2。

对于某一输油管道，假设管道长度为30km，若泄漏点距离测试点恰好为30km，则交流电信号传播的距离为60km。当交流信号的波长λ＝60km时，导线端点(8)与(9)位置处的交流信号曲线恰好重合，且相差一个周期。根据交流电信号速度为3×10⁸m/s，计算对应的交流信号频率为5000hz。测量距离越短，使(8)与(9)位置处的交流信号曲线恰相差一个周期所对应的交流电信号频率越高。而通常情况下，输油管线周围的杂散电流频率远低于5000hz，所以，高通滤波器(12)可以有效过滤杂散电流对测试结果的影响。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。