一种基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台

1.本发明属于供热管道泄漏检测领域，尤其涉及一种基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台。


背景技术：

2.随着供热管道使用年限和规模的增大，各地供热管道泄漏故障不断发生，而且泄漏发生的时间和地点随机性很强，对管网运行安全性造成了很大的威胁。不仅会造成停产损失，而且会带来人身伤亡和泄漏物造成的环境污染。
3.目前，国内外在供热管道泄漏检测方面的研究主要以理论分析及仿真分析为主，少有实验验证，即使是已有的实验平台也多是针对单一气体或者液体介质进行实验。并且实验室模拟管道中气体或液体处于室温状态，此类模拟管道无法准确全面的模拟供热管道运行工况，与实际运行工况差距较大。因此，通过研发一套基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台可以弥补当前国内在供热管道泄漏检测方面研究的不足，对供热管道泄漏检测及定位技术的发展具有推动作用。
4.次声波法检测管道泄漏是近年来发展起来的一项新技术，次声波具有频率低、波长长、能量衰减慢、能够在各种介质中传播的优点。该技术利用次声波传感器采集管道泄漏时传播到两端的次声波信号，实现对供热管道泄漏的预警和定位。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台，该实验平台模拟供热管道的泄漏，该实验平台由输水输气装置，水气加热装置与检测装置构成；
7.所述输水装置包括蓄水池、储水罐，通过管道与该储水罐相连的水泵；所述储水罐的上部设置有压力表，蓄水池的上端设置有温度表；所述输气装置包括空气压缩机、空气加热器，通过高温高压软管与空气加热器相连的储气罐。
8.所述水加热装置包括蓄水池、加热棒、保温层，加热棒设置在蓄水池底部，保温层由保温材料构成，包裹在蓄水池周围。所述气加热装置主要是空气加热器，空气加热器两端通过安置高温高压软管分别与空气压缩机和储气罐相连。
9.进一步地，所述蓄水池上安置有温度表，可以实时监控蓄水池内水的温度变化，蓄水池下放置的加热棒将池内水温加热到实验所需温度，储水罐上设置有压力表。
10.进一步地，所述储气罐上设置有压力表、温度计，便于观察罐内压缩气体的温度和压力。
11.所述模拟管道由相同尺寸的管道构成，管道位于同一水平面内，且管道由内圈开始顺时针向外圈环绕，减少了管道的占地面积。
12.进一步地，所述模拟管道上焊接有支管，支管上安装有四分球阀，进行泄漏点的模拟。
13.进一步地，所述模拟管道上设置有温度传感器、压力传感器、次声波传感器，实时获取管道运行中的温度、压力和次声波数据。
14.一种基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台进行实验模拟的方法，该方法包括以下步骤：
15.第一步，启动加热棒，当蓄水池中水的温度达到实验所需温度时停止加热；
16.第二步，打开水泵向储水罐加水，当压力表示数达到实验所需压力时打开第一球阀、第二球阀。通过控制加热棒和水泵转速对供水速度、压力、温度进行调节，使得水系统达到实验所需的条件并保持稳定；
17.第三步，打开空气压缩机向储气罐中供气，当压力表示数达到实验所需压力时打开第三球阀，通过控制空压机排气压力与空气加热装置对供气的温度、压力进行调节，使得气系统达到实验所需条件并保持稳定；
18.进一步地，通过泄漏点处的气体/液体泄漏时传到管道两端次声传感器的次声波信号的波形变化与两次声传感器信号时延，实现模拟供热管道环境下的泄漏检测。
19.本发明的有益效果是：
20.(1)基于次声波传感器的供热管道泄漏检测实验平台，通过管道两端的次声波传感器，采集管道泄漏时产生
21.(2)由于本发明利用水源与气源通过法兰三通并联的方式连接到模拟供热管道，这样就为实验平台模拟水、气介质运行工况创造了条件。
22.(3)由于本发明在管道气源与水源处安置了加热装置、温度表，实现了实验管道内介质加温与温度控制，能够提供热水及热气介质，为模拟现实供热管道运行工况创造了条件。
23.(4)由于在实验管道上设置了四分球阀，通过在四分球阀堵头上钻上不同的孔径与孔形，为模拟不同大小与形状的管道泄漏口创造了条件。
24.(5)国内外针对供热管道泄漏检测的试验系统多为简单的室温水循环管道系统，此类实验管道无法模拟供热管道的运行工况，另一方面现存管道泄漏检测系统只能模拟供水管道或供气管道，模拟条件单一。
附图说明
25.图1是本发明结构示意图。
26.图中，1、第一球阀；2、第一法兰三通；3、第二球阀；4、保温层；5、加热棒；6、蓄水池；7、第一温度传感器；8、水泵；9、储水罐；10、第一压力表；11、第一单向阀；12、第三球阀；13、空气压缩机；14、空气加热器；15、储气罐；16、第二压力表；17、第二温度传感器；18、第二单向阀；19、第四球阀；20、第二法兰三通；21、第三温度传感器；22、第一次声波传感器；23、第一压力传感器；24、模拟泄漏点；25、第二压力传感器；26、第二次声波传感器；27、第四温度传感器；28、模拟供热管道。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的实施作进一步的解释。
28.如图1所示，本发明为一种基于次声波传感器的管道泄漏检测实验平台，包括输水装置、输气装置、水气加热装置和检测装置；其中，输水装置包括蓄水池6、水泵8、储水罐9、第一压力表10、第一单向阀11、第三球阀12、第二法兰三通20、模拟供热管道28、第一法兰三通2、第二球阀3；输气装置包括空气压缩机13、空气加热器14、储气罐15、第二压力表16、第二单向阀18、第四球阀19、第二法兰三通20、模拟供热管道28、第一法兰三通2；水气加热装置包括蓄水池6、加热棒5、保温层4、空气加热器14；检测装置包括温度传感器21、次声波传感器22、压力传感器23、泄漏孔24。
29.第一球阀1与第一法兰三通2相连，第一法兰三通2一侧与第二球阀3相连，第二球阀3通过管路与蓄水池6相连。蓄水池6外侧设有保温层4，内测设有加热棒5，出口设有第一温度传感器7。蓄水池6中的水通过管道与水泵8相连，水泵8与储水罐9相连，储水罐9上方设有第一压力表10，出水口与第一单向阀11相连，第一单向阀11与第三球阀12相连，第三球阀12与第二法兰三通20连接。空气压缩机13与空气加热器14连接，空气加热器14与储气罐15相连，储气罐15上方装有第二压力表16，右侧装有第二温度传感器17，出口处与第二单向阀18相连，第二单向阀18与第四球阀19相连。第一法法兰三通2与第二法兰三通20分别连接在模拟供热管道28的始末端，模拟供热管道上连接有第三温度传感器21、第一次声波传感器22、第一压力传感器23、模拟泄漏点24、第二压力传感器25、第二次声波传感器26、第四温度传感器27。
30.保温层4由保温材料制成，包裹在蓄水池6的外侧，从而减少蓄水池6中热水热量的损耗，节约能源。
31.加热棒5可进行温度调控，对蓄水池6中的水加温到实验所需温度，为模拟供热管道平台提供所需的热水介质。
32.空气加热器14也可进行温度调控，将空气压缩机13中生产的压缩空气加热到实验所需温度，为模拟供热管道平台提供所需热气介质。
33.根据附图1中的结构示意图，现对本发明专利的工作原理进行详细的说明：
34.第一步：关闭所有球阀，打开加热棒5对蓄水池6中的水进行加热，当第一温度传感器示数满足实验所需温度时停止加热，打开水泵8将蓄水池中的热水抽入储水罐。
35.第二步：打开第三球阀12、第二球阀3，储水罐中的热水沿第一单向阀11、第三球阀12、第二法兰三通20注入模拟供热管道28，随后沿着第一法兰三通2、第二球阀3又流回蓄水池6，实现了模拟供热管道的水循环。
36.第三步：通过控制加热棒5的功率和水泵8的转动频率可以对实验管道28中的水流速度、压力、温度进行调节，给出所需的实验工况，工况稳定后打开模拟泄漏点24。
37.第四步：打开模拟泄漏点24后，泄漏处热水喷流而出，同时产生次声波，通过数据采集装置将第一次声波传感器22、第二次声波传感器26采集到的泄漏点次声波数据上传到计算机，由两次声波传感器信号的时延结合互相关方法得到泄漏点的位置。
38.第五步：关闭水泵8，模拟供热管道28中的大部分水会沿着第一法兰三通2、第二球阀3流进蓄水池6中。
39.第六步：关闭第三球阀12，打开空气压缩机13和空气加热器14，将加热后的压缩气
体充入储气罐15中，当压缩气体温度达到实验所需温度时打开第四球阀19，此时压缩气体将沿着第二单向阀18、第四球阀19、第二法兰三通20进入模拟供热管道28，压缩气体推动管道内剩余的水沿着第一法兰三通2、第二球阀3进入蓄水池6中，直至管道内的水排净，实现了管道内水介质到气体介质的转换。
40.第七步：关闭第二球阀3，当模拟供热管道中的气体压力和温度达到实验所需数值时关闭空气压缩机13，待到模拟供热管道中气体稳定，得到气系统静态泄漏模拟，之后测泄漏点方法与第四步相同。
41.第八步：打开空气压缩机13，打开第一球阀1，调节空气压缩机13使模拟供热管道28内气体压力平衡，得到气系统的动态模拟，之后测泄漏点方法与第四步相同。
42.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。