一种基于声信号测量的供热管道泄漏监测系统

1.本实用新型涉及一种基于声信号测量的供热管道泄漏监测系统，属于供热安全运行技术领域。


背景技术：

2.城市供热管网是城市重要基础设施之一，随城市集中供热迅速发展，供热管网规模和管径也越来越大。截至2020年底，我国集中供热管道长度42.6万公里，最大管径达dn1600。随供热管道运行年代逐年增长，早期建成的供热管道已趋于老化，加之管道腐蚀与水击压力突变，以及地震等自然灾害影响，诱发供热管道泄漏事故逐年攀升。但现有供热管道泄漏监测技术不成熟，导致供热管道泄漏后无法及时预警和修复，造成热量和水资源的浪费，甚至造成地面塌陷，严重影响城市供热和人民生命财产安全。
3.目前管道泄漏监测技术研究主要围绕石油和燃气管道，热水供热管道相比输油管道泄漏检测难，热水黏度低、声阻抗大、纵波小，声信号强度低；声信号幅值随距离增大呈指数衰减，管径大、水温高、水压高，频率低声信号衰减慢。此外，供热管道具有保温层厚、焊接点和阀件部位多，水质波动大以及供热闭环循环等特点，且不同地区直埋供热管道埋深和土壤吸声特性各异大，供热管道的管壁和管内输送热水的声音传播速度随温度时刻变化。现有技术缺少针对供热管道输送介质温度压力变化实时修正，亟需采用声波监测并辅助温度压力修正，加强供热管网安全运行监测。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对热水供热管道现有监测技术的不足，提供一种基于声信号测量的供热管道泄漏监测系统，采用声波监测供热管道并辅助温度压力修正。本实用新型的具体技术方案如下。
5.一种基于声信号测量的供热管道泄漏监测系统，供热管道包括供水管和回水管，供热管道设有第一检查井和第二检查井，该系统包括声信号采集器、温度压力采集器、供电模块和监测显示平台；在第一检查井和第二检查井内部都设置有声波传感器、压力变送器和温度传感器；声波传感器连接声信号采集器；压力变送器和温度传感器均嵌入式安装在供热管道内，并与温度压力采集器相连；声信号采集器和温度压力采集器通过有线或无线网络与监测显示平台相连接；供电模块与声信号采集器、温度压力采集器和监测显示平台通过电线相连接。
6.优选地，所述声波传感器为加速度传感器，采集供热管道的管壁振动信号，并将振动信号转化为电信号传输给声信号采集器。
7.优选地，所述声波传感器的下部设有磁座，依靠磁铁吸力贴附在供热管道外壁。
8.设置在第一检查井的一个声波传感器和第二检查井的另一个声波传感器构成一组传感器，通过一组声波传感器可以实现泄漏定位，多组声波传感器可以相互校准、提高定位精度。优选地，布置在每根供热管道上的声波传感器为1组以上。
9.优选地，所述声信号采集器设有4个以上的声波动态信号采集通道，通道采样率为51.2~128khz/通道，可同步采集4组以上的声波传感器信号，对声波信号进行分析处理。
10.优选地，所述监测显示平台设有显示模块，实时显示声信号采集器采集的声信号和温度压力采集器采集的温度信号和压力信号。
11.优选地，所述监测显示平台设有数据存储和导出模块，能够存储和导出声信号采集器采集的声信号数据和温度压力采集器采集的温度信号和压力信号数据。
12.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：通过在供热管道上安装声波传感器、压力变送器和温度传感器，可监测供热管道运行状况，特别是声波传感器用于监测供热管道运行异动，并辅以温度和压力修正。自动化程度高，操作便捷，减少了人工巡检和供热管道运行排查难度。监测数据可以导出和储存，形成供热管网安全运行大数据库，为供热管网智慧升级提供了数据基础。
附图说明
13.图1为本实用新型的结构示意图。
14.图中：1a-供水管；1b-回水管；2-声波传感器；3-压力变送器；4-温度传感器；5-声信号采集器； 6-温度压力采集器；7-供电模块；8-监测显示平台。
具体实施方式
15.下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型的保护范围。
16.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。
17.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
18.图1为一种基于声信号测量的供热管道泄漏监测系统的结构示意图，供热管道包括供水管1a和回水管1b，该系统包括声信号采集器5、温度压力采集器6、供电模块7、监测显示平台8、第一检查井9和第二检查井10；第一检查井9和第二检查井10都设置有声波传感器2、压力变送器3和温度传感器4；声波传感器2连接声信号采集器5；压力变送器3和温度传感器4均安装在供热管道内，并与温度压力采集器6相连；声信号采集器5和温度压力采集器6通过有线或无线网络与监测显示平台8相连接；供电模块7与声信号采集器5、温度压力采集
器6和监测显示平台8通过电线相连接。
19.声波传感器2为加速度传感器，采集供热管道的管壁振动信号，并将振动信号转化为电信号传输给声信号采集器5。
20.压力变送器3和温度传感器4分别用于采集供热管道内的压力和温度信号；温度压力采集器6将压力信号和温度信号上传至监测显示平台8。
21.声信号采集器5设有4个以上的声波动态信号采集通道，通道采样率为51.2~128khz/通道，可同步采集4组以上的声波传感器2的声波信号。
22.监测显示平台8为声波信号、温度信号和压力信号的显示监测平台，设有显示模块、数据存储和导出模块，可实时显示供热管道运行的声波信号、温度信号和压力信号的数字和波形，并具有数据导出和储存功能。
23.本实用新型的工作过程如下：
24.供热管道间隔一定距离设置检查井，在检测段内相邻的每个检查井内分别布置声波传感器2、压力变送器3和温度传感器4。供水管1a和回水管1b的监测方法相同，下面以供水管1a监测过程为例：
25.（1）声波传感器2采集管壁声波电压信号，将声波电压信号通过无线或有线方式上传至声信号采集器5，声信号采集器5将采集信号经过滤波处理转化为数字信号，将数字信号通过有线或无线信号传输至监测显示平台8；
26.（2）压力变送器3采集供热管道内输送介质压力信号，温度传感器4采集供热管道内输送介质温度信号，采集的压力信号和温度信号通过有线方式传输至温度压力采集器6，温度压力采集器6将温度和压力信号过有线或无线信号传输至监测显示平台；
27.（3）监测显示平台8对第一检查井9和第二检查井中10采集的两组声波信号、温度信号和压力信号分别进行显示，并与监测显示平台8中储存的历史数据进行对比，判断是否存在异常；
28.（4）监测显示平台8对监测数据和对比结果进行分类储存，形成新的历史数据库，便于与后续实时监测数据进一步比对；
29.（5）监测显示平台8在声波信号、温度信号和压力信号出现异常时进行报警，便于检测工作人员及时处理，指导现场人员排查。
30.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。