输油管道泄漏检测与定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种输油管道泄漏检测与定位系统，其主要技术特征在于：包括数据采集模块、信号调理模块、数据处理分析模块、声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块、GSM模块、GPRS网络和监控中心，所述数据采集模块包括压力变送器、次声波传感器和流量计，所述信号调理模块包括电流/电压变换模块、计数模块、模拟滤波模块，所述数据处理分析模块包括控制器，所述数据采集模块连接信号调理模块，所述信号调理模块连接数据处理分析模块，所述声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块和GSM模块连接数据处理分析模块，所述GSM模块通过GPRS网络连接监控中心。本发明泄漏检测的灵敏度高，实时性强，定位准确，且节省大量有线资源。
【专利说明】输油管道泄漏检测与定位系统
【技术领域】
[0001]本发明属于管道监控系统【技术领域】，尤其是一种输油管道泄漏检测与定位系统。【背景技术】
[0002]管道运输是我国原油输送的重要渠道，由于大量的原油输送管道通过人烟稀少的沙漠、沼泽或海底，输油管道泄漏检测技术是当今石油化工领域研究的重要课题。由于腐蚀、地质灾害及人为等因素，经常会有管道泄漏的事故发生，给输油管道的安全运行带来很大隐患。近年来，输油管道泄漏事故不断发生，对国家经济造成了巨大的损失，人员伤害及环境污染，建立管道泄漏检测系统，及时准确报告事故的范围和程度，可以最大限度的减少经济损失和环境污染，这就要求输油管道泄漏检测系统具有以下几个基本特性:泄漏检测的灵敏性，实时性，定位的准确性。
[0003]为了及时检测管线的泄漏情况，减少经济损失，同时打击罪犯，国内外曾研究许多方法进行监测，但效果均不理想，如直接观察法，由有经验的技术人员携带检测仪器设备或经过训练的动物分段对管道进行泄漏检测和定位，通过看、闻、听或其他方式来判断是否有泄漏发生，这类方法具有定位精确度高和较低的误报率的特点，但不能及时发现泄漏，检测只能间断的进行；流量平衡法，这是基于物质守恒定律，正常情况下，入口端流量应等于出口端流量，当发生泄漏时，出口流量就小于入口流量，该方法只适用于大流量泄漏状况，在理论上也有泄漏定位计算公式，但在实践中并没有成功应用；压力差法，就是基于能量守恒定律，在正常情况下，入口压力与出口压力差应为定值，如果压力差发生了较大变化，则说明中间发生了泄漏，但该方法不能进行漏点定位；应力波法，利用流体泄漏时引发的沿管壁传播的应力波来判断泄漏和定位，但由于应力波太弱，检测非常困难；管内探测法，将管内探测球从一端放入管道，顺流而下，利用超声波技术或电磁技术等采集管壁信息，从另一端取出进行数据分析和处理。该方法的造价高，对管道条件要求严，不能长时间连续检测，因而不能实时发现情况并及时处理；
传统的检测和定位方法由于精度较低，导致泄漏点的寻找效率低下。现有的利用负压波法实现输油管道泄漏检测与定位装置，现场运行参数的采集使用工控机，不但价格昂贵，维护不便，而且传输方式采用电话网或工业总线，都会增加施工费用，不适合实际偏远地区输油管道泄漏检测。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于GPRS网络的输油管道泄漏检测与定位系统，本系统可以自动校时，能够实现较高的定位精度，采用无线的数据通信方式，节省了大量有线资源，并可实现偏远地区甚至是无人区的管道泄漏点的检测与定位。
[0005]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种输油管道泄漏检测与定位系统，其主要技术特征在于:包括数据采集模块、信号调理模块、数据处理分析模块、声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块、GSM模块、GPRS网络和监控中心，所述数据采集模块包括压力变送器、次声波传感器和流量计，所述信号调理模块包括电流/电压变换模块、计数模块、模拟滤波模块，所述数据处理分析模块包括控制器，所述数据采集模块连接信号调理模块，所述信号调理模块连接数据处理分析模块，所述声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块和GSM模块连接数据处理分析模块，所述GSM模块通过GPRS网络连接监控中心。
[0006]而且，所述的信号调理模块还包括增益调节模块和电源模块。
[0007]而且，所述的控制器包括CPU和锂电池充电电池。
[0008]而且，所述的GPS全球定位模块包括GPS校时模块。
[0009]而且，所述的监控中心包括GSM模块、PC机和打印机。
[0010]而且，所述的GSM模块包括GSM基带处理器、GSM射频模块、闪存、ZIF连接器和天线连接器，且ZIF连接器连接SIM读卡器,天线连接器连接天线。
[0011 ] 本发明的优点和积极效果是:
1、本发明利用相关分析理论结合负压波法对管道泄漏进行检测并定位的方法，该方法不需要详细了解管道内部流体形状，不需要建立管道正常和故障状态的数学模型，也无需人为从压力变化曲线上去确定端点的压力变化突变点，避免了人为误差，大大的提高了系统的定位精度。
[0012]2、本发明采用的负压波定位技术具有很快的响应速度和较高的定位精度，可迅速检测出突发性的泄漏，自动化程度高，且定位原理简单、适用性较强。本系统中，利用GPS全球定位模块将各监控站系统以世界时为基础校时，以期减少各系统时钟累积误差及由时基不同而带来的系统偏差。
[0013]3、本发明设计合理，提供一种基于GPRS网络的输油管道泄漏检测与定位系统，本系统可以自动校时，能够实现较高的定位精度，采用无线的数据通信方式，节省了大量有线资源，并可实现偏远地区甚至是无人区的管道泄漏点的检测与定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的系统结构框图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
一种输油管道泄漏检测与定位系统，其主要技术特征在于:包括数据采集模块、信号调理模块、数据处理分析模块、声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块、GSM模块、GPRS网络和监控中心，所述数据采集模块包括压力变送器、次声波传感器和流量计，所述信号调理模块包括电流/电压变换模块、计数模块、模拟滤波模块，所述数据处理分析模块包括控制器，所述数据采集模块连接信号调理模块，所述信号调理模块连接数据处理分析模块，所述声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块和GSM模块连接数据处理分析模块，所述GSM模块通过GPRS网络连接监控中心。所述的信号调理模块还包括增益调节模块和电源模块；所述的控制器包括CPU和锂电池充电电池；所述的GPS全球定位模块包括GPS校时模块；所述的监控中心包括GSM模块、PC机和打印机；所述的GSM模块包括GSM基带处理器、GSM射频模块、闪存、ZIF连接器和天线连接器，且ZIF连接器连接SM读卡器，天线连接器连接天线。
[0016]结合图1，阐述本发明的工作原理:
当输油管发生泄漏时，管道内油体在内外压差的作用下迅速流失，会引起管道内该点油体压力降低。油体在泄漏点和与其相邻的两边的区域之间的压力产生差异，并导致泄漏点相邻上、下游区域内的高压油体流向泄漏点处的低压区域，从而又引起与泄漏点相邻区域油体密度减少和压力降低，这种现象从泄漏点处沿管道依次向上、下游方向扩散，形成负压波。沿管道传播的负压波中包含有泄露信息。只要在管道两端安装压力变送器能够捕捉到包含泄漏信息的负压波，就可以检测泄漏的发生，并根据泄漏产生的负压波传播到管道两端的时间差采用信号相关处理方法进行泄漏判定和泄漏定位。
[0017]为了保证管道首末两端数据采集时间的同步，数据处理的实时性，提高泄漏检测的定位精度，本系统采用GPS技术实时校正首末端计算机的系统时间。
[0018]数据采集模块安装于所测输油管道壁上，实现对压力、流量和温度等运行参数的采集与储存，根据运行参数的变化判断运行参数是否异常，并实现与监控中心的数据传输。
[0019]数据采集能力，以获得现场仪表提供的管道运行参数压力、温度和流量；对从现场仪表或传感器输出的信号进行信号调理，以满足后续系统进行信号分析、处理的要求；进行信号本地处理，完成工况分析与报警工作；向监控中心数据分析监控系统提供负压波定位所需的具有高时间精度标志的压力、温度和流量信号；作为长期运行的工控设备，系统具有低功耗、高可靠性的特点；具备实时时钟与时间校准机制；具备数据备份存储功能。
[0020]信号调理模块主要包括电流/电压变换模块、计数模块、模拟滤波模块、增益调节模块和电源模块。现场一次仪表，如压力变送器、温度变送器输出的均为4-20mA的直流电流信号，为后续电路处理方便，将电流信号经电流/电压变换模块转化成电压信号；流量计输出信号为脉冲信号，本系统采用隔离计数器，利用串行通信输出流量信息。
[0021]模拟滤波模块，由于工况现场及系统本身的客观因素，信号中不可避免的含有大量噪音，为此系统中设计了滤波系统，包括抗混叠模拟滤波、与采样的模数转换方法相结合的数字滤波与抽取。
[0022]增益调节模块，信号经模拟器件滤波后，一般需要对插入损耗做补偿，同时为充分利用后续模数转换器件，系统中加入了由运放构成的增益调节电路。为提高系统的可靠性及实现模块整体的低功设计，系统中采用高效率的开关电源作为系统的供电模块。
[0023]GSM无线模块由GSM模块及其外围电路组成。GSM模块，通过ZIF连接器和天线连接器分别连接SM卡读卡器和天线。GSM模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线连接器组成。
[0024]GPS全球定位模块包括GPS校时模块，基于负压波算法的管道泄漏定位方法，要求管道监控站处理系统有相同的时基，以对采集时间进行标记。本系统中时基来自于控制器的内部实时时钟，其经过I天后的误差可能达到I秒，在实际工作应用中，这可能带来I千米左右的定位误差，因此应建立校时机制。通常异地校时的方法可以采用GPS全球定位模块进行校时，以消除系统计时的累计偏差。GPS全球定位模块，利用工作卫星不间断送时间与星历信息。用户可以利用一体化接收机来接收这些信息，以完成系统本地定位与校时。本系统中，利用GPS全球定位模块将各监控站系统以世界时为基础校时，以期减少各系统时钟累积误差及由时基不同而带来的系统偏差。[0025]
【权利要求】
1.一种输油管道泄漏检测与定位系统，其主要技术特征在于:包括数据采集模块、信号调理模块、数据处理分析模块、声光报警模块、显示模块、GPS全球定位模块、GSM模块、GPRS网络和监控中心，所述数据采集模块包括压力变送器、次声波传感器和流量计，所述信号调理模块包括电流/电压变换模块、计数模块、模拟滤波模块，所述数据处理分析模块包括控制器，所述数据采集模块连接信号调理模块，所述信号调理模块连接数据处理分析模块，所述声光报警模块、显不模块、GPS全球定位模块和GSM模块连接数据处理分析模块,所述GSM模块通过GPRS网络连接监控中心。
2.根据权利要求1所述的输油管道泄漏检测与定位系统，其特征在于:所述的信号调理模块还包括增益调节模块和电源模块。
3.根据权利要求1所述的输油管道泄漏检测与定位系统，其特征在于:所述的控制器包括CPU和锂电池充电电池。
4.根据权利要求1所述的输油管道泄漏检测与定位系统，其特征在于:所述的GPS全球定位模块包括GPS校时模块。
5.根据权利要求1所述的输油管道泄漏检测与定位系统，其特征在于:所述的监控中心包括GSM模块、PC机和打印机。
6.根据权利要求1所述的输油管道泄漏检测与定位系统，其特征在于:所述的GSM模块包括GSM基带处理器、GSM射频模块、闪存、ZIF连接器和天线连接器，且ZIF连接器连接SIM读卡器,天线连接器连接天线。
【文档编号】F17D5/06GK103438359SQ201310338738
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】毛振刚, 毛芳芳, 毛佳玮 申请人:毛振刚