一种油气管道安全状态智能监测设备及方法技术

本发明专利技术公开一种油气管道安全状态智能监测设备及方法，属于长输油气管道监测预警领域。数据采集模块采集油气管道本体的应变数据和油气管道周边环境的多种环境参数数据，微处理器基于采集的油气管道本体的应变数据和油气管道周边环境的多种环境参数数据，对油气管道安全状态进行诊断和失效预警，实现了油气管道的综合风险评价和预警。道的综合风险评价和预警。道的综合风险评价和预警。

【技术实现步骤摘要】
一种油气管道安全状态智能监测设备及方法


[0001]本专利技术涉及长输油气管道监测预警领域，特别是涉及一种油气管道安全状态智能监测设备及方法。

技术介绍

[0002]长输油气管道线路长、管径大、设计压力高，管道沿途地形、地质条件异常复杂，山岭隧道穿越次数多，故，在管道沿线地质灾害段常采用在线管道安全监测技术，对监控管道安全管理具有重要意义。
[0003]目前，常见的管道安全监测设备以管道本体应力监测为主，通过标准的管道应力监测设备获取管道本体的应变模数，然后将监测数据回传到服务器进行解算处理得到管道应力，再由服务器根据数据处理结果和各类相关阈值参数，进行预警信息的生成和管理。这类现场监测装置只具有基础数据的采集和传输功能，无数据清洗、解算、分析、评价或预警功能。现有监测系统采用集中处理数据的做法，可利用服务器系统的强大计算能力，统一处理所有监测点位的信息，大幅降低了对现场采集设备的性能需求，但是，采用这种后端服务器集中解算的最大问题是，现场监测设备必须依靠后台服务器的支持，否则无法及时对所采集到的数据进行分析判断，并且这种依赖远程数据传输的模式也存在信号不佳时导致信息处理滞后的隐患，这就会造成现场无法自动和及时识别风险进而自动调整监测状态，造成漏掉状态突变数据而漏报预警信息。同时，为了尽可能的避免原始数据丢失和提到数据处理的实时性，只能增加数据传输频率并尽可能保持设备实时在线，通过将数据实时传到服务器解算以及时识别风险，而这又势必造成现场供电和通讯消耗大幅的增加。
[0004]随着管道安全监测技术不断发展，多元化监测成为必然，除现有标准应变设备能够实现的管道本体应力监测外，管道本体应变、场地变形（如地表及深部位移监测、裂缝监测）、土压力、渗水压、降雨量等也已成为当前管道风险监测的重要内容。目前，尚无兼容上述各类管道周边环境参数监测的多功能数据采集设备能够满足各类数据统一采集和分析评价需求，实际工作中，只能根据需要独立配备各类专业监测设备分别采集后独立上传数据，导致现场采集终端、通讯设备及配套供电设施重复建设，服务器需要同时对接各类设备端口等问题突出。
[0005]现有的管道安全监测设备如下：
[0006]公开号为CN202582800U的中国专利中提供一种长输油气管道应力应变监测装置，采用光纤光栅技术监测长输油气管道的应力应变情况，能够安全、精确、长期地监测长输油气管道的应力应变数据。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警评估结果。
[0007]公开号为CN202065683U的中国专利中提供一种在役长输油气管道应力应变无损监测装置，可获取管道的应力应变数据，其安装和数据采集过程完全满足严格的在役管道安全规范的相关要求。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警。
[0008]公开号为CN201293693Y的中国专利中提出了一种基于光纤光栅传感技术的滑坡
内管道应力监测装置。这种装置采用光纤光栅传感技术，对滑坡影响下的管道进行管道应变监测，实现了数据的实时自动采集、远程传输和自动分析。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警。
[0009]公开号为CN203037388U的中国专利一种基于光纤光栅的管道应力监测系统，该光纤光栅管道应力监测系统包括硬件系统和软件系统两部分，光纤光栅解调仪通过以太网连接计算机，计算机安装有后台数据库。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警。
[0010]公开号为CN204903055U的中国专利提供一种大管径集中供热管道应力远程在线监测装置，通过应变片测量供热管道的应变量，将应变片测量的数据通过应变仪转化成数字信号，数据采集模块与GPRS数据传输单元相互传输数据，并通过无线网路传输给监控中心，通过监控中心处理分析。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警。
[0011]公开号为CN107063515A的中国专利申请涉及管道应力在线监测
，具体公开了一种集成式管道应力监测桩，其主控制器与数个智能采集模块连接，每个智能采集模块与1个管道监测截面上的应力传感器连接以采集该管道监测截面上的应力数据。可安装在管道附近，经应变和应力的转换计算，实时在线测量管道应力，并计算出管道线性形变区的最大环向应力和轴向应力，根据最大应力值进行报警；该装置通过计算得出了线性形变区的最大环向应力和轴向应力，但是并未根据管道特性及管道初始应力确定的报警阈值进行报警级别评价和报警输出。
[0012]公开号为CN207379537U的中国专利公开了油气管道应力应变检测装置，属于油气集输
，包括安装于管道上的环形的应力应变片，应力应变片的主体由内层的粘附层和外层的应变片本体组成，下方设有开口，开口上带有卡扣，应力应变片内埋设有感应片和数据线，地上数据筒内设有数据处理器，顶部设有数据发送器，通过卫星反馈到中控室中。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警。
[0013]公开号为CN109883484A的中国专利申请提供一种一体化在役输油管道应力检测及安全运营系统，包括主壳体、主控单元、显示屏、感应线圈、磁力探头、电源模块、蜂鸣报警器、报警指示灯、输入键，所述显示屏和输入键镶嵌在主壳体外部，所述主控单元、电源模块设置在主壳体内部，所述蜂鸣报警器和报警指示灯也设置在主壳体外部，所述主壳体侧面设有感应线圈电源接口，感应线圈通过感应线圈电源接口实现与电源模块的连接，所述电源模块与主控单元连接，且主控单元通过D/A转换器控制外加磁场的强度，所述磁力探头通过磁场测量器与主控单元连接，所述主控单元还与蜂鸣报警器、报警指示灯、显示屏连接，所述磁场测量器、主控单元由电源模块供电，所述磁场测量器通过导线与磁力探头连接。在磁
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力耦合应力检测技术理论的基础上，以应力检测技术及应力失效判据为核心，构建磁通量
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应力模型曲线，并将其关系以算法的形式写入中控单元中，建立了传感、通讯、控制、报警及数据传输等协同，集成在役输油管道安全运营健康监测系统，使得在役管道实现提前防护和安全运营。
[0014]公开号为CN110031134A的中国专利申请提供了一种管道应力监测系统、方法、装置、存储介质及电子装置，在发生突发状况时，通过应变片触发装置触发唤醒管道应力检测控制器的低功耗模式，以采集位于所述管道上的振弦传感器的振动频率，并上报给服务器，
由服务器基于振动频率获取当前管道应力，并控制管道应力检测控制器进入低功耗状态。该装置只能提供应力应变数据，无法实现本地数据解算或预警。
[0015]公开号为CN112924080A的中国专利申请、公开号为CN212228573U的中国专利中提出了一种管道应力监测系统及方法，通过磁感应装置采集当前时刻待测管道周围的磁场，输出模拟电信号，并将模拟电信号发送到控制部件。控制部件用于接收模拟电信号，并将模拟电信号转换为数字信号，还用于根据数字信号，计算出待测管道的应力数据，并将应力数据发送到终端。该装置只能提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气管道安全状态智能监测设备，其特征在于，所述监测设备包括：数据采集模块和微处理器；所述数据采集模块用于采集油气管道本体的应变数据和油气管道周边环境的多种环境参数数据；所述微处理器用于将所述应变数据转换为油气管道应力，并根据油气管道应力和多种环境参数数据进行油气管道安全状态的诊断和失效预警。2.根据权利要求1所述的油气管道安全状态智能监测设备，其特征在于，所述数据采集模块包括：振弦信号采集电路、模拟量采集电路、数字量采集电路、开关量采集电路、多通道采集控制电路和多通道采集切换模块；多通道采集控制电路的输入端与微处理器连接，多通道采集控制电路的输出端与多通道采集切换模块的控制端连接；振弦信号采集电路的输入端通过多通道采集切换模块与油气管道本体上的多支振弦传感器连接；振弦信号采集电路的输出端与微处理器连接；所述多通道采集控制电路用于在微处理器的控制下通过多通道采集切换模块对各支振弦传感器进行轮巡切换；所述振弦信号采集电路用于逐个采集振弦传感器的正弦波受激信号，将正弦波受激信号转换为振动频率信号，继而将振动频率信号转换为应变数据后传入微处理器；模拟量采集电路的输入端分别与油气管道本体上测量油气管道本体应变量的模拟量监测信号的设备和油气管道周边环境中用于测量环境参数的模拟量传感器连接；所述模拟量采集电路用于采集油气管道本体应变量的模拟量监测信号，并将所述模拟量监测信号转换为应变数据后传入微处理器；所述模拟量采集电路还用于采集油气管道周边环境中环境参数的模拟量，并将环境参数的模拟量传入微处理器；数字量采集电路的输入端分别与油气管道本体上测量油气管道本体应变量的数字量监测信号的设备和油气管道周边环境中用于测量环境参数的数字量传感器连接；所述数字量采集电路用于采集油气管道本体应变量的数字量监测信号，并将所述数字量监测信号转换为应变数据后传入微处理器；所述数字量采集电路还用于采集油气管道周边环境中环境参数的数字量，并将环境参数的数字量传入微处理器；开关量采集电路的输入端与油气管道周边环境中用于测量环境参数的开关量传感器连接，开关量采集电路的输出端与微处理器连接；所述开关量采集电路用于采集油气管道周边环境中环境参数的开关量，并将环境参数的开关量传入微处理器。3.根据权利要求2所述的油气管道安全状态智能监测设备，其特征在于，所述振弦信号采集电路包括：振弦信号放大器、振频激励放大电路、激励控制模块、振弦传感器驱动电路、振弦激励拾取控制模块、振频拾取放大电路、振弦信号滤波电路和多个激励线圈；微处理器的输出端分别与振弦信号放大器的输入端和激励控制模块的输入端连接，振弦信号放大器的输出端与振频激励放大电路的输入端连接，激励控制模块的输出端与振频激励放大电路的控制端连接；振频激励放大电路的输出端与振弦传感器驱动电路的第一输入端连接；振弦传感器驱动电路的第一输出端通过多通道采集切换模块与多个激励线圈连接；微处理器输出激励方波经振弦信号放大器放大后，进入振频激励放大电路，振频激励放大电路输出激励波形，经振弦传感器驱动电路和多通道采集切换模块传输到激励线圈进
行激励；激励完成后，由激励控制模块接收微处理器的控制指令关断振频激励放大电路的激励波形输出；多通道采集切换模块还与振弦传感器驱动电路的第二输入端连接，振频拾取放大电路的输入端与振弦传感器驱动电路的第二输出端连接，振频拾取放大电路的输出端与振弦信号滤波电路的输入端连接，振弦信号滤波电路的输出端与微处理器的输入端连接；振弦激励拾取控制模块的输入端与微处理器的输出端连接，振弦激励拾取控制模块的输出端与振频拾取放大电路的控制端连接；激励结束后，微处理器输出启动指令到振弦激励拾取控制模块控制振频拾取放大电路开始工作；而振弦传感器在停止激励后的余振继续切割激励线圈磁力线产生正弦波受激信号，正弦波受激信号通过多通道采集切换模块经振弦传感器驱动电路滤波后到达振频拾取放大电路进行放大，由振弦信号滤波电路将放大后的正弦波受激信号转化为应变数据，并输入至微处理器。4.根据权利要求3所述的油气管道安全状态智能监测设备，其特征在于，所述模拟量采集电路包括：模拟信号滤波电路和模拟信号处理电路；模拟信号处理电路分别与模拟信号滤波电路和微处理器连接；所述数字量采集电路包括：数字信号保护电路和数字信号转换器；数字信号转换器分别与数字信号保护电路和微处理器连接；所述开关量采集电路包括：开关信号滤波电路和开关信号放大电路；开关信号放大电路分别与开关信号滤波电路和微处理器连接。5.根据权利要求4所述的油气管道安全状态智能监测设备，其特征在于，所述监测设备还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：席莎，张自强，赵秀芳，许雷阁，赵中锋，杨璐，郭晓栋，吕春鹏，田永春，
申请(专利权)人：北京科力华安地质灾害监测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：