一种压力管道测漏装置及使用方法与流程

1.本发明涉及一种压力管道测漏装置及使用方法，属于压力管道风险监测预警技术领域。


背景技术：

2.压力管道漏点检查，是发现管道泄漏、预防爆管有效方法，对保障管道安全运营、降低管道漏损率意义重大。所述管道包括引调水、供水、供热等行业既有压力管道。现有的听漏仪、相关仪等检测仪器，利用声音传感器在埋地压力管道外壁或管道上方的路面检测泄漏时发出的声音进行泄漏点查找。由于外界环境背景噪声、特别是马路上车辆发出的噪声，严重影响检测准确度和效率。另外，由于埋地管道是线性的，而听漏仪、相关仪等传统传感器是点式的，检测效率低，而且就算发现某一段管道有漏点，也不能对漏点进行精确定位。传统的查漏方法需要大量的工人在深夜沿马路查漏，不但危险，辛苦程度高，还非常依赖工人的经验，查漏准确性不高。
3.中国发明专利“cn105351756b-一种基于声波成像的管道泄漏识别和定位系统及方法”该发明其主要技术特点是：该识别和定位系统包括管道次声波传感器、数字化仪、直流稳压电源和监测服务器；所述管道次声波传感器分别设置在被测管道两端且其敏感头通过被测管道上的开孔与管道内的介质完全接触并沉浸在介质中，管道次声波传感器均通过数字化仪将测量信号上传给监测服务器；监测服务器根据两个数字化仪上传的测量信号计算出两个管道次声波传感器之间管道内的声压分布的声像图，从声像图上识别泄漏声源的位置和强度。本发明利用泄漏声音的宽频带特点，从声图像的稳定性上识别泄漏，提高对泄漏识别的准确率，准确率达到95％以上，误报率低于5％，而且能够反映泄漏过程，估计泄漏流量。
4.上述方法是在管道的两头打孔，各放入一只传感器，采集的是漏点声音经管道内的介质传播到两只传感器的声音。
5.由于管道输送过程中输送介质自身发出的噪声和管道外环境背景噪声的存在，会给对比方法分析处理数据带来很大的困扰，再加上每一段能够检测的距离是很有限的，只能将长距离管道分为很多段来检测，否则信号在介质传递过程中不断的衰减，最终影响测量的准确率。更为重要的是，如果埋地管道的长度大于该系统能够检测和定位的最大距离，在实际操作过程中，就需要一段一段的开挖露出埋地管道，然后开孔安装传感器，这是不现实的，局限性特别大，尤其是有些环境是不让挖的。再加上，其根据声音经管道介质传播到达两个传感器的时间差来定位，而声音在介质的传播速度本身就不稳定，跟管道压力、温度、管道内壁的糙度、介质的粘稠度密切相关，如果漏点在两个传感器之间，必然有一段声音要逆流传播到上游的传感器。所以，计算出来的漏点位置误差就大多了，而且是不可复核的。另外，如果采用听漏仪查找漏点，在夜里马路上车少的时候检测，一是减少噪声，二是避开车流人员更安全，局限性较大。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种压力管道测漏装置及使用方法，具体技术方案如下：
7.一种压力管道测漏装置，用来对压力管道进行测漏，包括光纤传感器，所述压力管道的侧壁设置有用来供光纤传感器进出的圆孔，所述圆孔处设置有用来密封光纤传感器与圆孔之间的间隙的密封件；所述光纤传感器包括传感光纤、将传感光纤完全包裹的光纤保护套管，所述光纤保护套管的首端封闭，所述光纤保护套管的尾端与传感光纤密封连接，所述光纤保护套管的内部设置有气压大于大气压的加压腔。
8.作为上述技术方案的改进，所述密封件包括内螺纹管、位于内螺纹管内部的弹性密封圈、与内螺纹管螺纹连接的中通螺柱、设置在圆孔外侧的圆环状挡板，所述挡板与压力管道的侧壁密封连接，所述内螺纹管的末端与挡板密封连接，所述中通螺柱、弹性密封圈、挡板均套设在光纤传感器的外部，所述弹性密封圈位于中通螺柱与挡板之间。其中，中通螺柱是轴向为中空结构的螺柱。
9.内螺纹管的下部不设螺纹，将所述内螺纹管满焊焊接在挡板处，保持所述内螺纹管与压力管道连通，将焊接好内螺纹管的挡板焊接到压力管道所开的圆孔。将所述中通螺柱拧进内螺纹管后，中通螺柱挤压弹性密封圈，使得弹性密封圈与光纤传感器之间由间隙配合变为过盈配合，从而完成光纤传感器与内螺纹管之间的密封。
10.作为上述技术方案的改进，所述中通螺柱的末端固定连接有把手。可通过把手转动中通螺柱。
11.作为上述技术方案的改进，所述中通螺柱的末端设置有凸部，所述中通螺柱与凸部构成中通螺栓。其中，中通螺栓是轴向为中空结构的螺栓。
12.作为上述技术方案的改进，所述加压腔内的气压为0.4～0.8mpa。
13.一种压力管道测漏装置，通过光纤传感器采集压力管道泄漏发出的声音来查找漏点，并通过采集到泄漏声音对应于传感光纤上的长度来初步确定压力管道漏点的位置，通过在漏点上方敲击地面来判定漏点的实际位置：如果敲击地面时发出的振动信号在漏点后面，往前移动敲击位置；如果敲击信号在漏点信号前面，则往后移动敲击位置；如果敲击信号和漏点信号重合，则判断漏点就在敲击处下方。
14.一种压力管道测漏装置的使用方法，包括以下步骤：
15.步骤一、从压力管道的首端开始，划定压力管道的待检测管段，对待检测管段进行测漏，待检测管段长度范围两端存在位于上游的阀门a和位于下游的阀门b，先将阀门a关闭，将待检测管段泄压后，在临近阀门a处且朝向阀门b的一侧设置圆孔，将光纤传感器的首端穿过圆孔并内置到待检测管段的内部，并采用密封件将光纤传感器与圆孔之间的间隙给密封，光纤传感器的尾端外接分布式光纤振动或声音信号解调仪；
16.步骤二、开启阀门a，关闭阀门b，给待检测管段加压，当待检测管段内压力达到压力管道运行压力时保压，开启分布式光纤振动或声音信号解调仪，检测待检测管段全线的声音数据并绘制成全线声波曲线；
17.如果发现管道某点(c点)的振动或声音信号强于管道沿途，或者管道某点(c点)的振动或声音信号比之前的强，即可判断该点(c点)发生了泄漏；在管道上方敲击地面，不断调整敲击的位置，如果敲击处和漏点(c点)处重合，说明漏点就在敲击处的下方。
18.其中，需要解释说明的是：在某些应用场景下，如果发现管道某点的振动或声音信号超过管道沿途正常数据的5％，可以判断发生了泄漏或者存在第三方施工破坏。“5％”仅是举例说明，在实际应用场景中，包括但不限于“5％”。
19.作为上述技术方案的改进，在将待检测管段泄压时，直至待检测管段内压力为常压时停止，无需放空管道内的全部介质。
20.作为上述技术方案的改进，所述光纤传感器在待检测管段内时，所述光纤传感器借助待检测管段内介质的浮力至待检测管段的顶部。
21.本发明的有益效果：
22.本发明通过检测压力管道泄漏发出的声音振动，来查找漏点并精确定位。在所述被查管道泄压但无需排空情况下，给压力管道开孔，创造性的将所述光纤传感器置入压力管道内部，最大限度的减少光纤传感器在管道外测漏时环境背景噪声的干扰。然后通过给所述待检测管段加压后，这对管道泄漏声音又有放大效果；另外，给光纤保护套管内的加压腔内加压，也将提高传感光纤对泄漏声音的敏感性。
23.本发明只需将压力管道泄压到常压即可，无需将压力管道内的介质排空，不但节约资源，还节能环保，节约排空所需的时间。
24.本发明的灵活性好，既可以临时检测，也可以将光纤传感器长期置于管道内实施长期的管道泄漏监测和开挖施工破坏及爆管预警，施工的便利性好。
25.本发明采集管道安全健康的实时数字信号，可通过分析泄漏事件的频域和时域、强度信号来确定泄漏量。
26.本发明适用于引调水、供水、供热等行业的压力管道测漏，为解决埋地的压力管道的测漏提供了简便、经济、高效的装置和方法。
附图说明
27.图1为本发明所述光纤传感器、压力管道的分布示意图；
28.图2为本发明所述压力管道测漏装置的结构示意图；
29.图3为本发明所述压力管道的结构示意图；
30.图4为本发明所述光纤传感器的结构示意图；
31.图5为本发明所述中通螺柱连接有把手时的示意图；
32.图6为本发明所述密封件的内部示意图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例1
37.如图1～4所示，所述压力管道测漏装置，用来对压力管道10进行测漏，包括光纤传感器20，所述压力管道10的侧壁设置有用来供光纤传感器20进出的圆孔11，所述圆孔11处设置有用来密封光纤传感器20与圆孔11之间的间隙的密封件30；所述光纤传感器20包括传感光纤21、将传感光纤21完全包裹的光纤保护套管22，所述光纤保护套管22的首端封闭，所述光纤保护套管22的尾端与传感光纤21密封连接，所述光纤保护套管22的内部设置有气压大于大气压的加压腔23。
38.在初始阶段，基于保护传感光纤21的目的，设置光纤保护套管22；通过设置加压腔23能够使得光纤保护套管22避免被“压扁”。如果光纤保护套管22内为常压，管内的介质压力、冲击会会产生大量异常的波动，从而干扰检测结果。
39.在本发明中，所述圆孔11只需要设置有一个即可。
40.所述压力管道测漏装置的使用方法，包括以下步骤：
41.步骤一、从压力管道10的首端开始，划定压力管道10的待检测管段，对待检测管段进行测漏，待检测管段长度范围两端存在位于上游的阀门a和位于下游的阀门b，先将阀门a关闭，将待检测管段泄压后，在临近阀门a处且朝向阀门b的一侧设置圆孔11，将光纤传感器20的首端穿过圆孔11并内置到待检测管段的内部，并采用密封件30将光纤传感器20与圆孔11之间的间隙给密封，光纤传感器20的尾端外接分布式光纤振动(声音)信号解调仪；其中，光在光纤中传播时，如果某处发生振动，该振动会调制该处光纤中光的相位。分布式光纤振动(声音)信号解调仪通过对光的相位的变化，实现对振动事件的监测。根据光在光纤中传播的速度乘以光到达振动位置的时间，即为振动点在光纤长度上的位置。
42.步骤二、开启阀门a，关闭阀门b，给待检测管段加压，当待检测管段内压力达到压力管道10运行压力时保压，开启分布式光纤振动(声音)信号解调仪，检测待检测管段全线的声音数据并绘制成全线声波曲线。
43.如果发现管道某点(c点)的振动或声音信号强于管道沿途，或者管道某点(c点)的振动或声音信号比之前的强，即可判断该点(c点)发生了泄漏；在管道上方敲击地面，不断调整敲击的位置，如果敲击处和漏点(c点)处重合，说明漏点就在敲击处的下方。
44.在本实施例中，在将待检测管段泄压时，直至待检测管段内压力为常压时停止。
45.由于只是将管道泄为常压，管内的介质无需放空，即可从圆孔11处置入光纤传感器，避免完全放空管内的介质所造成的资源浪费。
46.在本实施例中，所述光纤传感器20在待检测管段内时，所述光纤传感器20借助待检测管段内介质的浮力至待检测管段的顶部。
47.由于设置光纤保护套管22和加压腔23，使得光纤传感器20为空心结构，这也就导致光纤传感器20能够浮在管内介质的液面，可大大降低往管道内推送光纤传感器的静摩擦
力，以便人工或者输送机长距离置入光纤传感器。再加上，如此设置，由于管内的浮力存在，促使光纤传感器20能够始终紧贴压力管道10的管壁，从而保证管道漏点位置处的振动最大限度传递给光纤传感器20，从而有效提高检测准确率。
48.在一些实施例中，可以将大长度的压力管道10通过阀门分为n段，连续从上游往下测漏。待检测管段可以选择在两个阀门或者三个以上阀门之间，距离可以为数百米至40km之间；当为三个以上阀门时，可将位于中间的阀门全部打开即可。
49.采用光纤传感器20测漏的优点是对被监测的压力管道10实现空间和时间的无盲区监测，光纤传感器具有大带宽、高速率的特性，系统会每分每秒不停的从头到位采集成千上万的声音数据并绘制声波曲线，然后从空间和时间维度不停的分析管道沿途的声音特征。如果管道某处的声音明显大于和管道全线的声音，可能该段管道发生了泄漏；如果该处的声音慢慢变大而且不会移动且持续发出声音，说明不是环境噪声，则判断该处管道发生了泄漏，因为管道一旦发生泄漏，泄漏声音会持续存在并且漏点会不断扩大。
50.本发明通过检测压力管道泄漏发出的声音振动，来查找漏点并精确定位。在所述被查管道泄压但无需排空情况下，给压力管道开孔，创造性的将所述光纤传感器20置入压力管道内部，最大限度的减少光纤传感器20在管道外测漏时环境背景噪声的干扰。然后通过给所述待检测管段加压后，这对管道泄漏声音又有放大效果；另外，给所述加压腔23内加压，也将提高传感光纤21对泄漏声音的敏感性。
51.相对于将光纤传感器20置于压力管道10内的空腔处来说(放空后不再加压)，将所述光纤传感器20置于压力管道10的管壁处，对声音信号更敏感。
52.由于设置光纤保护套管22和加压腔23，在管内介质的浮力作用下，将导致所述光纤传感器20贴近压力管道10内壁顶部，这有助于加强管道壁发出的泄漏信号和光纤传感器的耦合效果。在一些实施例中，如果管内介质是气体，可让光纤传感器20贴于压力管道10内壁底部，这有助于加强管道壁发出的泄漏信号和光纤传感器的耦合效果。
53.本发明只需将压力管道10泄压到常压即可，无需将压力管道10内的介质排空，不但节约资源，还节能环保，节约排空所需的时间。
54.可通过人工或牵引机推送光纤传感器进入压力管道10内，施工的便利性好。
55.其中，所述加压腔23内的气压优选为0.4～0.8mpa。当加压腔23内的气压太大时，光纤保护套管22易爆开；当加压腔23内的气压太小时，就失去了增敏的效果了。
56.所述压力管道测漏装置有效的解决了既有听漏仪、相关仪等点式传感产品查找线性埋地管道(压力管道10)漏点存在的速度慢、效率低、漏点定位难、成本高的实际问题。本发明适用于引调水、供水、供热等行业的压力管道测漏，为解决埋地的压力管道的测漏提供了简便、经济、高效的装置和方法。
57.实施例2
58.如图5、6所示，所述密封件30包括内螺纹管31、位于内螺纹管31内部的弹性密封圈32、与内螺纹管31螺纹连接的中通螺柱33、设置在圆孔11外侧的圆环状挡板35，所述挡板35与压力管道10的侧壁密封连接，所述内螺纹管31的末端与挡板35密封连接，所述中通螺柱33、弹性密封圈32、挡板35均套设在光纤传感器20的外部，所述弹性密封圈32位于中通螺柱33与挡板35之间。
59.通过拧紧中通螺柱33挤压弹性密封圈32从而完成密封。
60.实施例3
61.在一些实施例中，为方便安装，所述中通螺柱33的末端固定连接有把手34。
62.在一些实施例中，所述中通螺柱33的末端设置有凸部36，所述中通螺柱33与凸部36构成中通螺栓。
63.实施例4
64.在一些实施例中，为满足一些恶劣的检测条件，所述光纤保护套管22优选采用耐高、低温、耐腐蚀的材料制作。所述传感光纤21优选耐高、低温光纤。
65.在上述实施例中，与背景技术中相比，本发明是一根与压力管道10一样长的光纤传感器20，漏点处声音振动经管道壁或管内介质直接传递给了离漏点最近的那一段光纤，稳定性高。而本发明一次最大检测距离单向达到40km，双向达到80km，而且能够同时发现多处漏点。本发明只需要开孔一个，无需一段一段的开挖露出埋地管道。本发明可满足一次检测数百米到80km之间的压力管道10，极大的提高测漏效率，降低测漏的成本。
66.本发明根据光到达漏点的时间乘以光在光纤中的传播速度(常数200000km/s)来定位，精度很高，在2
‰
以内；而且，定位的漏点可以通过在管道上方的地面敲击的方法加以确认，敲击处和漏点处重合，说明漏点就是敲击的下方。
67.在本发明中，所述压力管道测漏装置及使用方法的报警准确率≥97％，漏报率≤1％。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。