专利名称：输油管道微泄漏检测方法
技术领域：
本发明涉及一种输油管道微泄漏检测方法。属于检测管道泄漏技术领域。
背景技术：
随着管道运输业的飞速发展，管线的增多，管龄的增长，管道本身的制造缺陷、施工缺陷和腐蚀以及人为的破坏等，管道事故频频发生，给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁，因此，管道泄漏的及时发现和定位具有重要的现实意义。目前，国内外出现的各种管道泄漏检测与定位方法中主要有两类一类是检测因泄漏而引起的流量、压力、声音等物理参数发生变化的外部检测法，此类方法中应用较多的是负压波检漏法。当管线破裂发生泄漏时，泄漏点压力突降产生的瞬态负压波沿管壁由泄漏处向上、下游传播，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置，再利用相关分析、小波变换、模式识别等数据处理方法，可准确识别泄漏并精准定位。对于大于I. 5%总流量的突发性泄漏，负压波检漏法灵敏准确，但由于微小泄漏产生的负压波在长距离传输后衰减严重，压力变送器对其不敏感，对于微小泄漏该方法效果不明显，经常出现漏报。另一类是基于磁通、超声、涡流、录像等技术的管内检测法，管道内检测技术是通过装有无损检测设备及数据采集、处理和存储系统的智能清管器在管道中运行，完成对管体的逐级扫描，达到对缺陷大小、位置的检测目的。此类方法中应用较多的是基于漏磁技术的管道漏磁检测装置(磁通管道猪)，文献“杨理践.智能化管道漏磁检测装置的研究(J).无损检测，2002，24 (3) : 100-102”中所述的检测装置外观呈圆柱状，长度在I. 5m 3m，两端是橡胶皮碗，皮碗直径略大于被测管径，整个检测装置靠管道内油的推力前进，在检测装置行进的过程中，装置内部的电子设备会记录被磁化的管道表面的漏磁通，探测完成后对存储器中数据进行分析处理，可以判断管道内的腐蚀、损伤等缺陷。该方法检测准确，精度较高，缺点是检测不同直径管道时需要更换相应直径的管道内检测器，体积庞大，阻塞甚至损坏管道的风险大，而且检测成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输油管道微泄漏检测方法，该方法具有低成本、微功耗、检测灵敏度高、定位准确、不易堵塞和使用安全方便的优点。本发明是通过以下技术方案加以实现的一种输油管道微泄漏检测方法，该方法所采用的装置为检测输油管道泄漏的球形内检测器，该球形内检测器，包括球形承压铝壳体及铝壳体内的电子装置，球形承压铝壳之外是聚氨酯泡沫层，其上开设锥形孔，壳体内设置接口电路板、核心电路板、电源电路板；在接口电路板上设置电子器件，包括Mini USB接口以及上电和断电机械开关、状态指示灯；在核心电路板上设置有ARM处理器，与该处理器连接的电子器件是頂U惯性测量单元，该惯性测量单元内含三轴加速度计、三轴磁力计与三轴陀螺仪，A/D模数转换器，晶体振荡器，USB接口，SDRAM内存，NAND Flash存储器，MicroSD存储卡，其中在A/D模数转换器之前依次是抗混叠低通滤波器、前置放大器和驻极体电容传声器；接口电路板与核心电路板通过6芯排线实现电气连接；在电源电路板设置有可充电锂电池及电源模块；电源电路板通过8芯排线与核心电路板实现电气连接；检测输油管道微泄漏的方法，其特征在于包括以下过程I)在管道沿线设置的里程桩下方的输油管道左右两侧设置N极、S极相对的强磁
铁，并对设置的每组强磁铁进行编号，分别为Mtl, M1, M2......Mk, k为设置标记点的个数，记
录各编号强磁铁与各编号里程桩的对应关系；2)将上好电的球形内检测器放入待检测管段首端的清管器发球筒内，按照清管器发球流程发球，将球形内检测器发射到管道内，球形内检测器在管内油品的推动下滚动，在滚动过程中，在同一时刻开始，由球形内检测器的驻极体电容传声器采集沿线的声音信号，由加速度计采集球形内检测器滚动的加速度信号，由磁力计采集球形内检测器滚动过程中其周围的磁信号，由时间芯片记录时间信息，将采集到的上述四种信息存储至Micro SD存储器中；3)根据管道内油品的平局流速及管道长度，推算球形内检测器到达输油管道待检测末端的时间，当球形内检测器通过设在待检测管道末端收球筒上的球通过指示器时，由清管器收球筒回收该球形内检测器；4)打开回收的球形内检测器的密封头，通过USB线缆连接球形内检测器内接口电路板上的Mini USB接口与计算机，传输球形内检测器内Micro SD存储器所记录的声音、加速度、磁及时间数据；5)利用上位机程序处理分析采集到的数据，确定输油管道的泄漏点及其位置，具体步骤如下(I)对磁信号进行滤波、降噪处理，得到磁信号的幅值与时间的关系图，其中在强磁铁处磁信号突现尖峰，各尖峰时刻分别记为Ttl, T1, T2……Tn，相邻两个尖峰时刻的时间差表示相邻两个里程桩的距离。(2)对声音信号进行滤波、降噪处理，得到声信号的幅值与时间的关系图，分析确定泄漏引起的声音异常信号，所述的声音异常信号是在平稳的声音信号中突现的尖峰幅值声音信号，提取该声音异常信号所对应的时间点，并对其进行编号，分别为V t1；t2.....tm，m为检测到的声音异常信号的数目，对比声信号与时间关系图和磁信号与时间关系图，确定某声音异常信号时刻\位于哪两个磁尖峰信号时刻TpTs之间，并确定该声音异常信号时刻ti与磁尖峰信号时刻L或Ts时间差较小的一个磁尖峰信号时刻；(3)对三维加速度信号进行滤波、降噪和矢量合成，得到合成加速度信号的幅值与时间的关系图，合成的加速度信号呈现出周期性的变化，加速度信号的一个周期对应球形内检测器在管道内滚动一周，计算声音异常信号时刻ti与Tp Ts时间差较小的一个磁尖峰信号时刻之间的加速度信号的周期数T，已知球形内检测器的周长S，根据公式X = TS可确定该声音异常信号ti距离某磁铁标记点Mj或Ms的距离，也即某泄漏点与磁铁标记点Mj或Ms对应的里程桩号之间的距离X。本发明的优点本方法采用的球形内检测器在管道内滚动的过程中，其内设置的声音传感器与泄漏声源距离近，因此可感测微小泄漏声信号，检测灵敏度高；由于本方法所采用的内检测器是外径小于管道内径的球形结构，使得该装置在检测管道内不易发生卡堵CN 102927451 A
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的现象；本方法采用的里程桩处设置强磁铁作为标记点进行辅助定位，使用方便，定位准确；本方法中，利用现有的清管器收发设备，可以方便、快速的发射与接收本方法中所采用的球形内检测器。
图I为本发明所采用的球形内检测器的结构示意图。图2为本发明所采用的球形内检测器的内部电路结构框图。图3为利用清管器收发球筒发射、回收球形内检测器的示意图。图4为球形内检测器滚动至里程桩正下方时输油管道横截面的示意图。图中1-发球筒快开盲板；2_发球筒；3_球形内检测器；4_首端支线阀；5-首端主阀；6_首端发球阀；7_管道里程桩；8_强磁铁；9_泄漏点；10_末端主阀；11_末端支线阀；12-末端收球阀；13-球通过指不器；14-收球筒；15_收球筒快开盲板；16-输油管道；17-管道内油品。图5为理论上采集到的磁标记信号示意图。图6为理论上采集到的泄漏声信号示意图。图7为理论上采集到的加速度周期信号示意图。图8为本发明实施例所采集到的磁标记信号。图9为本发明实施例所采集到的泄漏声信号。图10为本发明实施例所采集到的加速度周期信号。
具体实施例方式下面结合某次现场试验及附图对本发明输油管道微泄漏检测方法作进一步说明。本发明使用检测输油管道泄漏的球形内检测器作为检测装置，该球形内检测器，包括球形承压铝壳体及铝壳体内的电子装置，铝球壳外径Φ 100mm，壁厚8mm，设计耐压^ 5MPa ;球形承压铝壳之外是聚氨酯泡沫层，该泡沫层厚度为30mm，其上开设8个上大下小的锥形孔；在球壳内设置接口电路板、核心电路板和电源电路板，在接口电路板上设置有Mini USB接口、控制上电和断电拨动机械开关及多色状态指示灯；在核心电路板上设置有ARM处理器S3C2440，与该处理器连接的电子器件是MU惯性测量单元ADIS16405，该惯性测量单元内含三轴加速度计、三轴磁力计与三轴陀螺仪；A/D模数转换器AD7934-6，设定采样率为44. IKHz ； 12MHz晶体振荡器；Mini USB接口 ；SDRAM内存MT48LC16M16A2，容量为64Mbit ；NAND Flash 存储器 K9F2G08U0A，容量为 256MB ;Micro SD 存储卡，容量为 4GB ;其中在A/D模数转换器之前依次是抗混叠低通滤波器MAX7424，截止频率设为22KHz ;前置放大器MAX9814，具有自动增益控制(AGC)及最大60dB的增益；驻极体电容传声器WM-61B，该传感器灵敏度为_35dB，频响范围为20 20KHz ;接口电路板与核心电路板通过6芯排线实现电气连接；在电源电路板上设置有9. 8Ah容量的可充电锂电池及负责电压变换的电源模块；电源电路板通过8芯排线与另一半球铝壳内的核心电路板实现电气连接。利用上述球形内检测器在廊坊中石油管道科技研究中心的泄漏检测试验管道进行了多次模拟泄漏检测试验，该试验管道全场2. 5Km，管道内径168mm，水介质，在管道首末端安装有用于发射及接收清管器的收、发球筒，所述的清管器(Pig)是在管道内输送介质
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的推动下前进，用于清洁管壁及监测管道内部状况的工具，在距始点500m、1000m、1500m、2000m处设有4座阀井，阀井内有流量调节阀，用于模拟泄漏，在距始点100m、280m、460nr··2080、2260m、2440m处设有14座里程桩，编号分别为1#、2#、3#、4#、5#等。在该试验管道进行的某次泄漏检测模拟试验的步骤如下I)如图4所示，在泄漏检测模拟试验前，在14座里程桩下方的管道左右两侧设置N极、S极相对的两块强磁铁8,并对设置的每组磁铁进行编号，分别为Mtl, M1, M2......M14 ；2)图3为利用清管器收发球筒发射、回收上述球形内检测器的示意图。正常情况下，输送介质从上游经由首端干线通过首端主阀5与末端主阀10经由末端干线流向下游，首端支线阀4、末端支线阀11、首端发球阀6、末端收球阀12均处于关闭状态；发球时打开发球筒快开盲板I，将上好电的球形内检测器3推入发球筒2内顶紧，关闭快开盲板，打开首端支线阀，平衡首端发球阀两端的压力，打开首端发球阀后关闭首端主阀，该球形内检测器在管道内液体的推动下开始滚动，记下此时时间为16:49，在该时刻，由球形内检测器的驻极体电容传声器、加速度计、磁力计同时采集数据信号；发球完成后，打开首端主阀，关闭首端支线阀和首端发球阀；在进行发球操作的同时，在距离始点500m的1#阀井内，打开流量调节阀模拟泄漏，实测泄漏量为lL/min ；3)根据首端流量计显示瞬时流量为146. 6m3/h，则流速为I. 83m/s,计算得该球形内检测器到达末端的时间约为17:11，在17:05时，在管道末端准备收球，按顺序打开末端收球阀15，末端支线阀门14，将末端主阀门13部分或全部关闭，待球通过指示器13检测到球通过信号，表明该球形内检测器已进入收球筒14，记下此时的时间为17:10，打开末端主阀10，关闭末端收球阀12及末端支线阀11，打开收球筒快开盲板15，取出上述球形内检测器，关闭收球筒快开盲板；4)通过USB线缆连接球形内检测器内接口电路板上的Mini USB接口与计算机，传输球形内检测器内Micro SD存储卡所记录的数据到计算机，利用上位机程序处理分析采集到的数据，确定泄漏点的位置，其具体步骤如下(I)对驻极体电容传声器采集到的声音数据进行滤波、去噪、归一化等处理，得到归一化的声信号的幅值与时间的关系图，其中在295s 302s时间段内发现泄漏声音异常信号，如图9所示，整个过程声信号幅值呈现梭形变化，从图中可以看出梭形泄漏信号的最大值点出现在298s处附近；(2)对磁力计采集到的磁信号进行分滤波、降噪处理，得到磁信号强度与时间的关系图，截取起始点到530s之间的磁信号得到图8，从图中可以看出，在该段信号中出现5个尖峰磁异常信号，这5个磁异常信号分别对应1# 5#里程桩处的磁标记点，从图中可以看出，出现在298s附近的泄漏声信号位于3#与4#磁异常信号之间，也即3#与4#里程桩之间，与298s附近的泄漏声信号时间距离较近的是3#磁异常信号，该磁异常信号出现在275s ；(3)对加速度计采集到的加速度信号进行滤波、降噪、矢量合成，得到合成的加速`度信号在幅值上与时间的关系图，截取275s 298s之间的加速度数据得到图10，图中可以看出合成的加速度数据呈现出周期性的变化，提取该段加速度数据中的峰值点，经计算该段加速度数据峰值点数也即周期数T为107个，已知球形内检测器周长S为O. 408m,则模拟泄漏点距离3#里程桩的距离X = ST = 43. 656m,已知3#里程桩距离管道始点460m，那么
7该模拟泄漏点距离管道始点为503. 656m,而实际的1#阀井泄漏点距离管道始点为500m,相对误差在1%之内，并且对于该次试验中lL/min(占总泄漏量的O. 04% )的微小泄漏比较敏感，该方法大大提高了输油管道泄漏检测的灵敏度与定位精度。
权利要求
1.一种输油管道微泄漏检测方法，该方法所采用的装置为检测输油管道泄漏的球形内检测器，该球形内检测器，包括球形承压铝壳体及铝壳体内的电子装置，球形承压铝壳之外是聚氨酯泡沫层，其上开设锥形孔，壳体内设置接口电路板、核心电路板、电源电路板；在接口电路板上设置电子器件，包括Mini USB接口以及上电和断电机械开关、状态指示灯；在核心电路板上设置有ARM处理器，与该处理器连接的电子器件是:IMU惯性测量单元，该惯性测量单元内含三轴加速度计、三轴磁力计与三轴陀螺仪，A/D模数转换器，晶体振荡器， USB接口，SDRAM内存，NAND Flash存储器，Micro SD存储卡，其中在A/D模数转换器之前依次是抗混叠低通滤波器、前置放大器和驻极体电容传声器；接口电路板与核心电路板通过 6芯排线实现电气连接；在电源电路板设置有可充电锂电池及电源模块；电源电路板通过8 芯排线与核心电路板实现电气连接；检测输油管道微泄漏的方法，其特征在于包括以下过1)在管道沿线设置的里程桩下方的输油管道左右两侧设置N极、S极相对的强磁铁，并对设置的每组强磁铁进行编号，分别为Mtl, M1, M2......Mk，k为设置标记点的个数，记录各编号强磁铁与各编号里程桩的对应关系；2)将上好电的球形内检测器放入待检测管段首端的清管器发球筒内，按照清管器发球流程发球，将球形内检测器发射到管道内，球形内检测器在管内油品的推动下滚动，在滚动过程中，在同一时刻开始，由球形内检测器的驻极体电容传声器采集沿线的声音信号，由加速度计采集球形内检测器滚动的加速度信号，由磁力计采集球形内检测器滚动过程中其周围的磁信号，由时间芯片记录时间信息，将采集到的上述四种信息存储至Micro SD存储器中；3)根据管道内油品的平局流速及管道长度，推算球形内检测器到达输油管道待检测末端的时间，当球形内检测器通过设在待检测管道末端收球筒上的球通过指示器时，由清管器收球筒回收该球形内检测器；4)打开回收的球形内检测器的密封头，通过USB线缆连接球形内检测器内接口电路板上的Mini USB接口与计算机，传输球形内检测器内Micro SD存储器所记录的声音、加速度、磁及时间数据；5)利用上位机程序处理分析采集到的数据，确定输油管道的泄漏点及其位置，具体步骤如下(1)对磁信号进行滤波、降噪处理，得到磁信号的幅值与时间的关系图，其中在强磁铁处磁信号突现尖峰，各尖峰时刻分别记为Ttl, T1, T2……Tn，相邻两个尖峰时刻的时间差表示相邻两个里程桩的距离。(2)对声音信号进行滤波、降噪处理，得到声信号的幅值与时间的关系图，分析确定泄漏引起的声音异常信号，所述的声音异常信号是在平稳的声音信号中突现的尖峰幅值声音信号，提取该声音异常信号所对应的时间点，并对其进行编号，分别为h，t1；t2. . . . . tm，m为检测到的声音异常信号的数目，对比声信号与时间关系图和磁信号与时间关系图，确定某声音异常信号时刻\位于哪两个磁尖峰信号时刻η_、Ts之间，并确定该声音异常信号时刻 \与磁尖峰信号时刻L或Ts时间差较小的一个磁尖峰信号时刻；(3)对三维加速度信号进行滤波、降噪和矢量合成，得到合成加速度信号的幅值与时间的关系图，合成的加速度信号呈现出周期性的变化，加速度信号的一个周期对应球形内检2测器在管道内滚动一周，计算声音异常信号时刻\与Tp Ts时间差较小的一个磁尖峰信号时刻之间的加速度信号的周期数T，已知球形内检测器的周长S，根据公式X = TS可确定该声音异常信号ti距离某磁铁标记点Mj或Ms的距离，也即某泄漏点与磁铁标记点Mj或Ms对应的里程桩号之间的距离X。
全文摘要
本发明公开了一种输油管道微泄漏检测方法。该方法过程包括在管道沿线里程桩处设置强磁铁；在待检测管段首端将球形内检测器发射到管道内；在预定的时间内，在待检测管道末端收球；传输球形内检测器内存储器所记录的声音、加速度、磁及时间数据到计算机；分别处理磁信号、声音信号、加速度信号得到信号的幅值与时间的关系图，提取声音异常信号确定泄漏点出现的时刻，根据球形内检测器的周长及泄漏点时刻与某个磁尖峰信号时刻之间加速度信号的周期数，确定泄漏点与某个里程桩之间的距离。本发明的优点本方法检测灵敏度高，不易发生卡堵，使用方便，定位准确。
文档编号F17D5/06GK102927451SQ201110402320
公开日2013年2月13日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者陈世利, 郭世旭, 靳世久, 李一博, 李健 申请人:天津大学