技术领域
[0001] 本实用新型属于管道泄漏监测技术领域，特别是涉及一种基于次声波监测管道泄漏的装置。
背景技术
[0002] 随着工业的高速发展和人们生活要求的不断提高，石油、
天然气的使用越来越广泛，随之产生的是输送石油、天然气的管道也分布的越来越广泛，2016年底，我国陆上长输
油气管道总里程12.3×104km，规划2030年将超过20×104km；石油、天然气管道在长期运行过程中，因自身材质
缺陷产生裂纹、沙眼，因
腐蚀发生腐烂，因外
力破坏产生开裂，因盗气发生漏气等，给经济建设造成极大损失，给安全运行造成极大危害，给周围环境造成重大破坏。
[0003] 据统计，国内外均有大量油气管道事故的发生；统计分析2010年以来美国432起油品管道事故和238起天然气管道事故，排名前三位的失效原因分别为：腐蚀(107起、占25％)、管体/
焊缝材料失效(96起、占22％)和设备失效(75起、占17％)；管体/焊缝材料失效(56起、占24％)、开挖损伤(52起、占22％)和腐蚀(43起、占18％)。加拿大
原油、天然气管道失效原因按比例高低均分别为：内腐蚀、第三方破坏和外腐蚀；其中，原油管道失效原因占比分别为21％、20％、16％；天然气管道失效原因占比分别为53％、15％、12％。英国管道主要失效原因包括外腐蚀、外部干扰和环焊缝缺陷。中国自2006～2015年共发生管道泄漏事件134起，打孔盗油是最主要的失效因素，制造缺陷次之，施工
质量居第三位，占比分别为
50％、19％、10％，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。如：2010年4月20日，英国石油公司租赁的位于墨西哥湾的“深
水地平线“钻井平台爆炸起火，在海底1500米处，原油从破裂的油管喷涌而出，油井自24日起漏油不止并引发大规模原油污染。2011年5月4日，加拿大和平河东北部，石油泄漏造成污染，从4月29日起，经过当地的管道已泄露了原油约28000桶，造成森林大面积死亡，并殃及森林中的各种动
植物。2011年夏，埃克森美孚石油公司一条穿越蒙大拿州的
输油管道突然发生爆裂事故，导致估计有4.2万加仑的原油污染了河水涨满的黄石河。
[0004] 所以，为减少甚至避免管道泄漏带来的人员伤亡和经济损失，国内外均对天然气输气管道泄漏在线监测装置投入了大量的人力物力进行研究，比如采用统计法、分布式光纤法、瞬间模型法、音波法、
负压力波法、质量体积平均法等，方法众多，但可行性、准确性、实效性均效果甚微。现有采用次声波监测管道泄漏的技术，在需检测的管道上设置上游检测点和下游检测点，在上游检测点和下游检测点处分别安装至少一个次声波
传感器，且传感器与管道垂直安放并与管道内
流体充分
接触，传感器通过
阀门和连接
法兰安装在管道内，在管道的任何一处发生泄漏时，次声波传感器采集到的由于管道泄漏产生的次声波
信号输入到信号采集分析系统，通过分析计算算出泄漏发生的具体
位置，以确保及时发现管道泄漏的发生。
[0005] 但是，现有的管道泄漏监测技术上下游检测点之间的监测距离受限、会导致成本增加、故障率也相应增加，监测灵敏度不高、轻微泄漏无法
感知，且安装繁琐，安全性能较差。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种检测距离远、灵敏度高、安装简单方便、且成本低的基于次声波监测管道泄漏的装置。
[0007] 一种基于次声波监测管道泄漏的装置，设置于油气管道，包括紧固机构、次声波传感器、
信号处理器、时间同步
服务器、通讯模
块和终端服务器，所述紧固机构箍设于所述油气管道，在需监测的油气管道的上游监测点和下游监测点均设置有紧固机构、信号处理器和时间同步服务器，所述次声波传感器设置于所述紧固机构内壁，且所述次声波传感器与信号处理器线连接，所述信号处理器与终端服务器经通讯模块通讯连接。
[0008] 在一个
实施例中，所述紧固机构包括箍圈和
锁紧件，所述箍圈箍设于所述油气管道，所述锁紧件设置于所述箍圈
接口处、且锁紧所述箍圈。
[0009] 在一个实施例中，所述次声波传感器为压电
薄膜传感器。
[0010] 在一个实施例中，所述通讯模块包括
中继器和无线通讯单元，所述中继器与所述信号处理器线连接、且设置于压电薄膜传感器周边，所述中继器与终端服务器之间经无线通讯单元通讯连接。
[0011] 在一个实施例中，所述油气管道的上游监测点和下游监测点之间的间距为3千米～5千米。
[0012] 在一个实施例中，所述信号处理器包括滤波放大
电路、A/D转换电路和微
控制器，所述滤波放大电路对接收的次声波信号进行信号识别、滤除
干扰信号、并进行放大，所述A/D转换电路转换为
数字信号发送给所述
微控制器，所述微控制器内存储有分析
算法，所述微控制器根据存储的算法计算油气管道泄漏点。
[0013] 在一个实施例中，还包括
太阳能供电模块，所述太阳能供电模块设置于所述通讯模块上、且为所述信号处理器、时间同步服务器和通讯模块供电。
[0014] 在一个实施例中，所述次声波传感器的
频率范围为0.01Hz～20Hz。
[0015] 上述基于次声波监测管道泄漏的装置至少具有以下优点：
[0016] 在油气管道上游监测点和下游监测点均通过紧固机构紧固次声波传感器于管道，采用压电薄膜传感器感知油气管道泄漏时产生的次声波信号，并经信号处理器、时间同步服务器分析处理后，计算得出管道泄漏点；压电薄膜传感器对动态
应力非常敏感，灵敏度非常高，可在泄漏初期、泄漏量非常低的情况下，监测到泄漏情况；同时，上、下游检测点之间的距离也可达到3～5km，监测距离远，降低了同样管道上监测装置的成本；而且，采用紧固机构箍设于油气管道的方式固定，无需在油气管道上打孔、
螺纹或采用其他与管道内油气接触的方式，安装简单方便，且对油气管道不造成损坏。
附图说明
[0017] 图1是本实用新型基于次声波监测管道泄漏的装置的结构示意图；
[0018] 图2是本实用新型基于次声波监测管道泄漏的装置的局部结构示意图；
[0019] 图3是本实用新型基于次声波监测管道泄漏的装置的结构
框图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本实用新型做进一步详述：
[0021] 一种基于次声波监测管道泄漏的装置，设置于油气管道10，包括紧固机构20、次声波传感器30、信号处理器40、时间同步服务器50、通讯模块60和终端服务器70，紧固机构20箍设于油气管道10，在需监测的油气管道10的上游监测点和下游监测点均设置有紧固机构20、信号处理器40和时间同步服务器50，次声波传感器30设置于紧固机构20内壁，且次声波传感器30与信号处理器40线连接，信号处理器40与终端服务器70经通讯模块60通讯连接。
[0022] 具体的，次声波传感器30为压电薄膜传感器。
[0023] 一条油气管道10的全长可长达几千公里，根据监测需要，一条油气管道10上需设置无数个监测点，且每两个监测点设置监测装置形成一组，以油气管道10的上游监测点和下游监测点设置监测装置形成一组为例。在油气管道10的上游监测点和下游监测点均经紧固机构20紧固次声波传感器30与管道，且次声波传感器30采用压电薄膜传感器，采用压电薄膜传感器感知油气管道10泄漏时产生的次声波信号，压电薄膜传感器感知到泄漏次声波信号时，将感知到的信号发送给信号处理器40；同时，时间同步服务器50记录对应的压电薄膜传感器感知到泄漏次声波信号的时间，并发送给信号处理器40；信号处理器40将接收到的次声波信号和对应时间进行分析处理后，将结果经通讯模块60发送给终端服务器70，终端服务器70接收相应的结果、并发出警报提示。
[0024] 具体的，信号处理器40包括滤波放大电路42、A/D转换电路44和微控制器46，滤波放大电路42对接收的次声波信号进行信号识别、滤除干扰信号、并进行放大，A/D转换电路44转换为数字信号发送给微控制器46，微控制器46内存储有分析算法：
其中，式①中：X为泄漏点距油气管
道10上游监测点的距离，单位m；L为管道全长，单位m；V为管输介质中音波的传播速度，单位m/s；Δt为上、下游监测点传感器接收压力波的时间差，单位s。式②中：K为油气管道10内介质的体积弹性系数；ρ为介质的
密度，单位kg/m3；E为管材的弹性；D为管道直径，单位m；e为管壁厚度，单位m；C1为与管道约束条件有关的修正系数。根据微控制器46内存储的算法及时间同步服务器50记录的时间，可计算出油气管道10每个监测段的泄漏点，可根据泄漏点自动
定位，且定位误差小，误差小于100米。
[0025] 信号处理器40将分析处理后得到的结果经通讯模块60发送给终端服务器70，其中，通讯模块60包括中继器62和无线通讯单元64，中继器62与信号处理器40线连接、且设置于压电薄膜传感器周边，中继器62可设置在压电薄膜传感器周边0～5米范围内；中继器62与终端服务器70之间经无线通讯单元64通讯连接，如GPRS。
[0026] 因压电薄膜传感器对动态应力非常敏感，灵敏度非常高；当拉伸或弯曲一片压电薄膜(聚偏氟乙烯PVDF高分子膜)时，压电薄膜上、下
电极表面之间就会产生一个
电信号，并且同拉伸或弯曲的形变成比例；一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对压电薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多；因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10～15mV/微应变。所以，油气管道10上、下游监测点之间一定距离内对信号的衰减不会影响压电薄膜传感器对信号的接收，油气管道10的上游监测点和下游监测点之间的间距为3千米～5千米时，压电薄膜传感器也能感知到次声波信号。压电薄膜传感器的压力平稳灵敏度可达0.5％，且抗干扰能力强，通过物理抗干扰和信号滤波，可在泄漏初期、泄漏量非常低的情况下，监测到泄漏情况。
[0027] 次声波传感器30的
频率范围为0.01Hz～20Hz。
[0028] 采用紧固机构20紧固压电薄膜传感器于油气管道10，紧固机构20包括箍圈22和锁紧件24，箍圈22箍设于油气管道10，锁紧件24设置于箍圈22接口处、且锁紧箍圈22；无需在油气管道10上打孔、螺纹或采用其他与管道内油气接触的方式，对油气管道10不造成损坏，也不会因需与管道内油气接触而采用的连接方式泄漏增加泄漏几率，且安装简单方便。因无需在原有的油气管道10上做任何变动，其对地理环境的适应性强，可适应浅海海底管道泄漏监测、沙漠戈壁管道泄漏监测、内地平原管道泄漏监测、内地水网管道泄漏监测、丘陵地带管道泄漏监测等。当然，油气管道10能输送的介质可包括原油、成品油、天然气、轻
烃、稠油等。
[0029] 基于次声波监测管道泄漏的装置还包括太阳能供电模块，太阳能供电模块设置于通讯模块60上、且为信号处理器40、时间同步服务器50和通讯模块60供电，满足信号处理器40、时间同步服务器50和通讯模块60的用电需求。
[0030] 上述基于次声波监测管道泄漏的装置至少具有以下优点：
[0031] 在油气管道10上游监测点和下游监测点均通过紧固机构20紧固次声波传感器30于管道，采用压电薄膜传感器感知油气管道10泄漏时产生的次声波信号，并经信号处理器40、时间同步服务器50分析处理后，计算得出管道泄漏点；压电薄膜传感器对动态应力非常敏感，灵敏度非常高，可在泄漏初期、泄漏量非常低的情况下，监测到泄漏情况；同时，上、下游检测点之间的距离也可达到3～5km，监测距离远，降低了同样管道上监测装置的成本；而且，采用紧固机构20箍设于油气管道10的方式固定，无需在油气管道10上打孔、螺纹或采用其他与管道内油气接触的方式，安装简单方便，且对油气管道10不造成损坏。
[0032] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本
说明书记载的范围。
[0033] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
