一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测系统及方法与流程

1.本发明涉及管道输送水技术领域，尤其涉及一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测系统及方法。


背景技术：

2.长距离大管径管道输送业务在国内方兴未艾，由于其有节能环保、损耗低、均衡稳定等优势受到了越来越多的资源业主的欢迎。管道输送比公路运输费用低，可以满足现代工厂连续生产的要求，而管道的运行寿命为30年，所以经济效益比较可观。管道输送费用比公路运输费用大幅度降低，除管道运输系统的自身运营成本费用外，不产生其他费用，管道输送系统通过监控系统实施管道输送系统自动化控制，采用管道输送，提高企业经济效益、降低费用成本的重要举措。
3.在长距离大管径高扬程输调水过程中，管线随地形坡上下起伏，管道由于反复发生的压力瞬变以及腐蚀而不断遭受破坏，压力瞬变可造成埋管、管配件和管附件产生小得看不见的裂纹，甚至会造成严重的管道破裂，主要表现在泵的启动和关闭、快速开关阀门、冲洗操作、排泥阀操作等，管道遭受连续的加载和卸载应力时，超出一定的阈值，微观裂纹就会开始形成，并逐渐蔓延直至管道最终破裂，易形成管壁渗漏，甚至造成爆管，同时由于水锤传播速度非常快速，根据管材等参数的不同，通常在1000米/秒以上，因水锤引发的管道裂痕及管道爆管事故时有发生。
4.而现有的监测技术有无人机监测、感温光纤、热成像探测仪等，这些方法的成本较高，且不能对管道的渗漏以及爆管进行预测，本发明针对以上存在的问题，在输调水系统管路中的高点及次高点位置设置声呐水听器及高频压力传感器，能够有效解决复杂地形长距离输水管道的渗漏及防爆管问题，有效保护了管道，提高了管道输送的工作效率及经济效益。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测系统及方法，在有压输水管道中设置防渗漏防爆管在线监测系统，能够有效解决复杂地形长距离输水管道的软堵塞及堵塞问题，系统采用声学技术分析方法，来判断小漏失事件，有效保护了管道，提高了管道输送的工作效率及经济效益。
6.本发明的技术方案如下：
7.本发明公开一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测系统，包括实时监控平台和监测装置；所述实时监控平台包括信号收集器、控制中心信号分析器和显示台，信号收集器与控制中心信号分析器相连接，控制中心信号分析器与显示台相连接；所述监测装置包括至少一组补排气阀，补排气阀设置在输调水系统管路中的高点位置，高点位置还设置有高频压力传感器和声呐水听器；所述高频压力传感器和声呐水听器分别与信号收集器相连接。
8.以上结构通过实时监控平台和监测装置相连接，及时上传监测数据，经过实时监控平台判断和提醒遗漏点，有效解决了管道渗漏及爆管精确定位技术难题，实现了预防管道渗漏及爆管，已避免事故扩大，造成经济损失
9.进一步地，具体包括水泵房1、第一补排气阀2、第二补排气阀5、第一高频压力传感器3、第一声呐水听器4、第二高频压力传感器6、第二声呐水听器 7和进水池8；所述第一补排气阀2设置在管线最高点，第二补排气阀5设置在管线次高点，在第一补排气阀2所在位置设置有第一高频压力传感器3和第一声呐水听器4，第二补排气阀5所在位置设置有第二高频压力传感器6和第二声呐水听器7；所述第一高频压力传感器3、第一声呐水听器4、第二高频压力传感器6和第二声呐水听器7之间通过分支光缆连接设置有一套信号收集器，信号收集器通过主光缆连接控制中心信号分析器。
10.进一步地，在复杂地形长距离输水管道中设置有多组高频压力传感器及声呐水听器，设置于地形复杂起伏大的高点位置。
11.以上结构，通过在每个补排气阀附近设置高频压力传感器和声呐水听器，因为排气阀的工作会产生压力的瞬变和吸排气的噪音，系统初步分析采集数据，判断排气阀是否正常工作，或者排气阀工作不够及时。例如，由于排气阀不工作而聚集大量空气，水听器采集的声音数据能力强度将明显增强，与正常的水中的背景音明显不同。
12.进一步地，监测系统设置在提水管线和输水管线上。
13.本发明还公开一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测方法，包括如下步骤：s1、利用高频压力传感器和声呐水听器分别采集补排气阀附近的压力数据和吸排气的噪音数据；s2、将s1采集到的数据传输到信号收集器，信号收集器将收集到的信号整合传输至控制中心信号分析器，控制中心信号分析器对数据进行处理、分析；s3、控制中心信号分析器将分析后的数据传输至显示台，通过显示台远程查看管网当前运行状态，显示台后端根据不同时间段传输的数据进行对比，自动分析和判断是否泄露以及泄漏点。
14.进一步地，在s1中，用高频压力传感器收集管道内的压力参数，捕捉瞬时压降，并进行管道泄漏监测与定位；通过声呐水听器收集管道内的声音数据，利用频谱分析技术，监测和判断微小漏失事件。
15.进一步地，用高频压力传感器捕捉瞬时压降并进行管道泄漏监测与定位的方法具体如下：监测4升/秒以上的爆管漏损事件，当管道发生泄漏爆管事件时，利用安装在管道上下游的高频压力传感器监视管道压力参数，捕捉瞬时压降，判断管道泄漏是否发生；根据负压波向上游和下游传递的速度和到达两端压力变送器的时间差，计算出泄漏点的位置。
16.以上方法，通过在线监测系统平台实现负压波法的管道泄漏监测与定位，监测4升/秒以上的爆管漏损事件，当管道发生泄漏爆管事件时，由于管道内外压力不平衡，泄漏点压力突然下降产生负压波，负压波向上、下游传播，并逐渐衰减，利用安装在管道上下游的压力传感器监视管道压力参数，捕捉瞬时压降，可以判断管道泄漏是否发生。
17.进一步地，通过声呐水听器收集声音数据并进行频谱分析的方法具体如下：声呐水听器采集管道内声音数据并将数据传输至信号收集器，信号收集器将收集到的信号整合传输至控制中心信号分析器，通过信号分析识别管网中的异常噪声能量变化及漏水声，判断小漏失事件，实现5升/分以上的微小漏损监测；通过声呐水听器对整条管线长期运行后的声音趋势图进行对比分析，判断管壁渗漏点。
18.以上方法，采用声学技术分析，来判断小漏失事件，通常能够实现5升/ 分以上的微小漏损监测。产生漏失声有三种情况：漏口摩擦声、冲击声、介质碰撞声，漏口摩擦声的产生是由介质带有粘性及流速，漏失时介质摩擦管壁产生声音，摩擦声以波动形式沿管道两侧传播，漏失的声音趋向于较高的频率，通常在300-3000hz之间。采用的声呐水听器能够采集20-20khz的音频数据，通过信号分析及大数据算法识别管网中的异常噪声能量变化及漏水声。
19.进一步地，所述s3中，显示台远程查看管网当前运行状态的同时，内部系统监测和记录平台管网不同区域所承受的不同压力分布和噪声变化规律，通过显示台提示工作人员查看异常问题并及时处置。
20.进一步地，将泵站运行模式、调水模式和排气阀工作模式的变化也纳入内部系统监测和记录过程中。
21.与现有的技术相比本发明的有益效果是：
22.1、本发明利用高频压力传感器和声呐水听器分别采集补排气阀附近的压力数据和吸排气的噪音数据，上传到实时监控平台，通过实时监控平台判断出泄露位置，有效解决了管道渗漏及爆管精确定位技术难题，实现了预防管道渗漏及爆管，已避免事故扩大，造成经济损失。
23.2、本发明通过在复杂地形长距离输水管道中设置有多组高频压力传感器及声呐水听器，能够有效解决复杂地形长距离输水管道的渗漏及防爆管问题，有效保护了管道，提高了管道输送的工作效率及经济效益。
24.3、本发明采用监测系统与高频压力和水听器数据相结合的方式，自动判断管道是否发生遗漏以及遗漏点，通过显示台及时提示工作人员查看异常，进行处置，有效确保了管网系统的安全。
附图说明
25.图1为本发明的实时监控平台结构示意图；
26.图2为本发明的提水管线结构示意图；
27.图3为本发明的输水管线结构示意图。
28.附图标记：1、包括水泵房；2、第一补排气阀；3、第一高频压力传感器；4、第一声呐水听器；5、第二补排气阀；6、第二高频压力传感器；7、第二声呐水听器；8、进水池。
具体实施方式
29.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
30.下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
31.如图1所示，本发明公开一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测系统，包括实时监控平台和监测装置；所述实时监控平台包括信号收集器、控制中心和显示台，信号收集器、控制中心信号分析器和显示台通过光缆连接；所述监测装置包括至少一组补排气阀，补排气阀安装位置设置有高频压力传感器和声呐水听器，补排气阀设置在输调水系统管路中的高点位置；所述高频压力传感器和声呐水听器通过分支光缆连接信号收集器。从显示台远程查看管网当前运行状态，如压力、噪声信号的同时，通过机器学习学得平台管网不同区域所承受的不同压力分布和噪声变化规律，一旦发生模式上的变化，即提示工作人员查看异常问题，及时处置。对于泵站运行模式、调水模式、排气阀工作模式等的变化也将纳入学习过程。
32.如图2所示，本发明应用于提水管线，第一补排气阀位置为管线最高点，第二补排气阀位置为次高点；在第一补排气阀和第二补排气阀安装位置处，各设置1个高频压力传感器、1个声呐水听器，实际运用中可能存在多套组合，在两组传感器附近设置一套信号收集器通过分支光缆连接，再将收集器连接至主光缆，将信号传输至控制中心。
33.如图3所示，本发明应用于输水管线，即重力流管线，依靠海拔高度及水的重力流原理，通过管道将水输送至各需水点，因地形复杂，起伏较大，需爬过山坡、穿越山沟、河道、公路等等，形成了较多的u形管段。与图2类似，第一补排气阀位置为管线最高点，第二补排气阀位置为次高点；在第一补排气阀和第二补排气阀安装位置处，各设置1个高频压力传感器、1个声呐水听器，实际运用中可能存在多套组合，在两组传感器附近设置一套信号收集器通过分支光缆连接，再将收集器连接至主光缆，将信号传输至控制中心。
34.本发明还公开了一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测方法，包括：相邻的高频压力传感器和声呐水听器通过支线光缆连接，并通过光缆将信号传输至信号收集器；信号收集器将收集到的信号通过主光缆传输至控制中心信号分析器，通过系统软件将高频压力传感器和声呐水听器收集到的压力数据和声音数据进行处理；控制中心信号分析器将分析后的数据传输至显示台，通过显示台远程查看管网当前运行状态，显示台后端系统设置有机器学习算法，可自动分析和判断是否泄露以及泄漏点。
35.采用高频采集的压力传感器捕捉此类瞬变信号，通过在线监测系统平台实现负压波法的管道泄漏监测与定位，监测4升/秒以上的爆管漏损事件，当管道发生泄漏爆管事件时，由于管道内外压力不平衡，泄漏点压力突然下降产生负压波，负压波向上、下游传播，并逐渐衰减，利用安装在管道上下游的压力传感器监视管道压力参数，捕捉瞬时压降，可以判断管道泄漏是否发生。根据负压波向上游和下游传递的速度和到达两端压力变送器的时间差，可以计算出泄漏点的位置。当输送管道因材质腐蚀老化产生腐蚀孔，或其他外力作用产生裂纹时，管道内外的压力差使管内流体向外泄漏，及管道发生漏损。管内介质通过腐蚀孔或裂纹向外喷射形式声源，然后与管道相互作用，生源向外辐射能量形成声波。通常这是微小漏失，一般发生过程比较缓慢，不会产生剧烈的压力瞬变现象。因此针对此现象，系统采用声学技术分析，来判断小漏失事件，通常能够实现5升/分以上的微小漏损监测。产生漏失声有三种情况：漏口摩擦声、冲击声、介质碰撞声，漏口摩擦声的产生是由介质带有黏性及流速，漏失时介质摩擦管壁产生声音，摩擦声以波动形式沿管道两侧传播，漏失的声音趋向于较高的频率，通常在300-3000hz之间。采用的声呐水听器能够采集20-20khz 的音频数据，通过信号分析及大数据算法识别管网中的异常噪声能量变化及漏水声，利用频谱分析
技术，及时、有效监测一定程度的微小泄漏或随时间变化逐步发展的泄漏事件。完整、准确掌握供水系统运行状态，帮助用户快速判断给水系统问题，提高水网运行的可靠性、安全性，及时发现运行异常，在提高调度管理的效率和水平等方面起着重要作用。安全监测系统能够通过高频压力和声呐水听器数据相结合的方式，因为排气阀的工作会产生压力的瞬变和吸排气的噪音，系统初步分析采集数据，判断排气阀是否正常工作，或者排气阀工作不够及时。例如，由于排气阀不工作而聚集大量空气，声呐水听器采集的声音数据能力强度将明显增强，与正常的水中的背景音明显不同。
36.本发明一种长距离大管径输调水防渗漏防爆管监测方法，有两种情况下的监测方法，一种是当管网系统发生故障，如管道爆管，设备故障等，当故障发生时压力发生剧烈变化，同时泄漏点声音也发生剧烈变化，通过以上变化在线监测平台，自动分析及判断爆管及爆管低点，及时对设备进行抢修；第二种是在长期运行后的管网系统中，管路上由于水质原因，导致磨损或腐蚀，发生管壁渗漏，因此，在两个高点第一补排气阀和第一补排气阀位置设置声呐水听器及高频压力传感器，管路长期运行后，为防止了发生渗漏，通过声呐水听器水整条管线长期运行后的声音趋势图进行对比分析，从而判断管壁渗漏点，有效确保了管网系统的安全。
37.通过以上技术方案，有效解决了提水管道系统和输水管道系统中管壁渗漏及爆管的技术问题，确保了整个管网系统及设备的安全，促使管网系统安全稳定经济高效地运行。
38.本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。