本發(fā)明涉及天然氣管道領域，具體涉及一種天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)。
背景技術：
將天然氣從開采地或處理廠輸送到城市配氣中心或工業(yè)企業(yè)用戶的管道，又稱輸氣管道。利用天然氣管道輸送天然氣，是陸地上大量輸送天然氣的唯一方式。在世界管道總長中，天然氣管道約占一半。
現(xiàn)有的輸氣管道是由單根管子逐根連接組裝起來的?，F(xiàn)代的集氣管道和輸氣管道是由鋼管經電焊連接而成。鋼管有無縫管、螺旋縫管、直縫管多種，無縫管適用于管徑為529毫米以下的管道,螺旋縫管和直縫管適用于大口徑管道。集輸管道的管子橫斷面結構，復雜的為內涂層-鋼管-外絕緣層－保溫(保冷)層；簡單的則只有鋼管和外絕緣層，而內壁涂層及保溫(保冷)層均視輸氣工藝再加確定。
現(xiàn)有的管道特點：輸氣管道系統(tǒng)是個連續(xù)密閉輸送系統(tǒng)；從輸送、儲存到用戶使用，天然氣均處于帶壓狀態(tài)；由于輸送的天然氣比重小，靜壓頭影響遠小于液體,設計時高差小于200米時，靜壓頭可忽略不計，線路幾乎不受縱向地形限制；不存在液體管道水擊危害；發(fā)生事故時危害性大，波及范圍廣，管道一旦破裂，釋放能量大，撕裂長度較長，排出的天然氣遇有明火，還易釀成火災。
現(xiàn)有輸氣管道系統(tǒng)只能在指定位置進行監(jiān)測預警，由于管道覆蓋面積較廣，如果管道中部遭到人為破壞，無法及時預警并及時修復，會造成更為嚴重的環(huán)境污染和危險。同時如果在管道附近密集分布傳感器則會導致成本較高無法普及。
技術實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種低成本、大覆蓋率、實時監(jiān)控、迅速準確定位的天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)。
為實現(xiàn)該技術目的，本發(fā)明的方案是：一種天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)，包括數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)據通訊系統(tǒng)、中央分析處理中心；
所述數(shù)據采集系統(tǒng)包括有高敏壓力變送器、流量計、溫度傳感器、MCU，所述高敏壓力變送器、流量計和溫度傳感器分別與MCU電連接，所述高敏壓力變送器設置在管道內，所述流量計一端設置在管道內，管道內外均設置有溫度傳感器；
所述通訊系統(tǒng)包括有無線收發(fā)模塊、通訊線路和無線網絡模塊，所述通訊線路通過電連接接入有線通訊網絡與中央分析處理中心通訊連接，所述無線收發(fā)模塊和無線網絡模塊通過無線電信號與中央分析處理中心通訊連接；
所述數(shù)據采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心，所述中央分析處理中心對數(shù)據信息進行分析、計算，具體工作流程如下：
第一步，當發(fā)生人為破壞，管道破損后，管道內會突然形成負壓波動，同時負壓波會沿管道傳播，管道兩側的高敏壓力變送器監(jiān)測到負壓波的信號時，且壓力和流量變化超過額定閥值，則判定發(fā)生泄漏，數(shù)據采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心；
第二步，采用小波變換分析負壓波的傳播規(guī)律，結合管道內的噪聲、水擊波等變換特點，排除噪音干擾；
第三步，通過管道管壁的彈性和液體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算負壓波傳播速度，一般輸送原油的鋼質管道而言，負壓波傳播速度約為1000-1200m/s。
第四步，通過測量產生的瞬時負壓波到達兩側的高敏壓力變送器的時間計算出時間差，將時間差和管道內負壓波的傳播速度結合計算出泄漏點的位置；
第五步，通過流量計的流量變化、溫度和泄漏時間，計算出泄漏量；
第六步，中央分析處理中心將確定泄漏時間、位置和泄漏量反饋給管道附近的工作人員，并在泄露處附近通過廣播和指示牌發(fā)出聲、光報警提示。
作為優(yōu)選，所述管道內還設置有電磁閥，所述電磁閥電連接有繼電器，所述繼電器與MCU電連接。
作為優(yōu)選，所述管道外側兩端分別設置有紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊，紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊相對應，紅外接收模塊與MCU電連接。
作為優(yōu)選，所述管道外側還設置有主麥克和降噪麥克，所述主麥克和降噪麥克分別與MCU電連接。
本發(fā)明的有益效果，本申請安裝成本較低，只需要在管道的首尾設置數(shù)據采集系統(tǒng)即可，無需再管道的每處都設置傳感器，保證低成本、大覆蓋率；本申請的能夠實現(xiàn)實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)人為破壞，能夠迅速通過高敏壓力變送器確定泄漏時間，同時根據高敏壓力變送器、流量計和溫度傳感器組合迅速計算出泄露點位置，并及時通過廣播和指示牌發(fā)出聲、光報警提示附近的工作人員，能夠實現(xiàn)快速響應；同時可以實時顯示監(jiān)測管段的壓力、流量等曲線和壓力、流量等數(shù)據，方便維護。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
本發(fā)明所述的具體實施例為一種天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)，包括數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)據通訊系統(tǒng)、中央分析處理中心；
所述數(shù)據采集系統(tǒng)包括有高敏壓力變送器、流量計、溫度傳感器、MCU，所述高敏壓力變送器、流量計和溫度傳感器分別與MCU電連接，所述高敏壓力變送器設置在管道內，所述流量計一端設置在管道內，管道內外均設置有溫度傳感器；
所述通訊系統(tǒng)包括有無線收發(fā)模塊、通訊線路和無線網絡模塊，所述通訊線路通過電連接接入有線通訊網絡與中央分析處理中心通訊連接，所述無線收發(fā)模塊和無線網絡模塊通過無線電信號與中央分析處理中心通訊連接；
所述數(shù)據采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心，所述中央分析處理中心對數(shù)據信息進行分析、計算，具體工作流程如下：
第一步，當發(fā)生人為破壞，管道破損后，管道內會突然形成負壓波動，同時負壓波會沿管道傳播，管道兩側的高敏壓力變送器監(jiān)測到負壓波的信號時，且壓力和流量變化超過額定閥值，則判定發(fā)生泄漏，數(shù)據采集系統(tǒng)將收集的數(shù)據通過通訊系統(tǒng)傳輸給中央分析處理中心；
第二步，采用小波變換分析負壓波的傳播規(guī)律，結合管道內的噪聲、水擊波等變換特點，排除噪音干擾；
第三步，通過管道管壁的彈性和液體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算負壓波傳播速度，一般輸送原油的鋼質管道而言，負壓波傳播速度約為1000-1200m/s。
第四步，通過測量產生的瞬時負壓波到達兩側的高敏壓力變送器的時間計算出時間差，將時間差和管道內負壓波的傳播速度結合計算出泄漏點的位置；
第五步，通過流量計的流量變化、溫度和泄漏時間，計算出泄漏量；
第六步，中央分析處理中心將確定泄漏時間、位置和泄漏量反饋給管道附近的工作人員，并在泄露處附近通過廣播和指示牌發(fā)出聲、光報警提示。同時可以實時顯示監(jiān)測管段的壓力、流量等曲線和壓力、流量等數(shù)據，方便維護。
為了提高安全性能，方便遠程控制管道的連通或者閉合，所述管道內還設置有電磁閥，所述電磁閥電連接有繼電器，所述繼電器與MCU電連接。當發(fā)現(xiàn)泄露十分嚴重時，可以通過繼電器控制電磁閥遠程閉合管道，減少泄露產生的環(huán)境污染。
為了實現(xiàn)提前預警，所述管道外側兩端分別設置有紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊，紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊相對應，紅外接收模塊與MCU電連接。當紅外線為阻斷時，可以的得知有物體靠近管道表面，通過鳴笛預警等手段可以驅逐靠近的物體。
為了進一步提高預警效果，所述管道外側還設置有主麥克和降噪麥克，所述主麥克和降噪麥克分別與MCU電連接。當管道發(fā)生細微破裂產生隙縫，由于漏氣量較小，壓力變化不明顯，高敏壓力變送器可能會出現(xiàn)誤判，而此時的漏氣會產生低頻尖銳的空氣波，通過主麥克可以收集到空氣波的變化，進而快速發(fā)現(xiàn)泄露情況，同時通過降噪麥扣除背景音，進一步提高精度。
本申請的天然氣管道泄漏監(jiān)測管理安全系統(tǒng)以負壓波法為基本方法，利用管道瞬態(tài)模型，采用流量報警、壓力定位，以及流量+壓力綜合分析報警、定位。大幅提高了安全報警的準確率，同時在較低的成本下保持足夠大的安全監(jiān)控覆蓋率。
當管道發(fā)生泄漏時，由于管道內外的壓差，使泄漏處的壓力突降，泄漏處周圍的氣體由于壓差的存在向泄漏處補充，在管道內突然形成負壓波動。此負壓波從泄漏點向管道上、下端傳播，并以指數(shù)率衰減，逐漸歸于平靜，這種負壓波和正常壓力波動的態(tài)勢絕然不同，具有比較陡峭的前沿。兩端的高敏壓力變送器接收到該負壓波信號并被采集系統(tǒng)采錄。系統(tǒng)將結合壓力和流量的變化特征，進行判斷泄漏是否發(fā)生，通過測量泄漏時產生的瞬時壓力波到達上、下端的時間差和管道內壓力波的傳播速度計算出泄漏點的位置。為了克服管道噪聲等因素的干擾，采用小波變換和相關分析負壓波的傳播規(guī)律和管道內的噪聲、水擊波等變換特點，并結合管道管壁的彈性和氣體的物理參數(shù)、物理特性進行分析、處理、計算。對于一般輸送天然氣的鋼質管道而言，負壓波傳播速度約為1000-1200m/s。本申請高敏壓力變送器對于突發(fā)性泄漏比較敏感，適合監(jiān)視因人為引起的泄漏，但是對于緩慢的腐蝕滲漏不十分敏感。
該系統(tǒng)根據負壓波響應的時間差、管道長度、壓力傳播速度，建立基本的數(shù)學理論模型。系統(tǒng)又根據因管道物理參數(shù)、被輸介質的理化性質以及溫度衰減等因素對壓力波的傳遞速度造成的衰減變化，進行了必要的補償和修正。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發(fā)明技術方案的保護范圍之內。