[发明专利]用于监测天然气输气管道泄漏的传感器组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测天然气输气管道泄漏的传感器组件，能在感应管道泄漏所发出的声波，属于采气田或输气管道必须安装的安全监测设备领域。

背景技术

天然气输气管道在长期运行过程中，因自身材质缺陷产生裂纹、沙眼，因腐蚀发生腐烂，因外力破坏产生开裂，因盗气发生漏气，给经济建设造成极大损失，给安全运行造成极大危害，给周围环境造成重大破坏。长期以来，国内外对天然气输气管道泄漏在线监测装置投入了大量的人力物力进行研究。一些大专院校、科研院所采用了诸如统计法、分布式光纤法、瞬间模型法、音波法、负压力波法、质量体积平均法等进行了初步探讨。虽研究单位不少，方法众多，但多数仅限于理论研究或试验阶段。现场偶见一两套相关的监测装置，但无论是可行性、准确性、实效性甚微。

经申请人检索发现，中国专利CN201120135726.8“城市天然气泄露警告器”，其选用乙烷传感器作为天然气泄露检测单元，并且乙烷传感器沿天然气管道间隔分布。这种泄漏警告器的探测灵敏度低，容易受干扰，并且探测距离近，因此需要沿管道间隔分布传感器，需要在运输管道上打孔安装，工程量大且容易存在安全隐患，尤其针对正处于运营状态下管道，这种安装改造是十分危险的，因此该方案至今未能被实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种用于监测天然气输气管道泄漏的传感器组件，其能够探测到较远距离的天然气管道泄漏，在天然气管道的首末站分别安装一套传感器组件，再配合监控工控机即可实现天然气管道的泄露在线监测和泄露点精确定位。

为了解决以上技术问题，本用于监测天然气输气管道泄漏的传感器组件，其特征在于：具有一个刚性筒体，筒体内安装有信号放大器，所述筒体下端通过转接头固定有感应频率为0.1Hz～10Hz的压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的信号输出线穿过转接头后与信号放大器相连，所述筒体的筒壁上开设有输出信号电缆接口，信号放大器的信号输出端从该输出信号电缆接口伸出后与监控分机的数据采集卡连接。

进一步的，所述筒体具有上盖、下盖，所述下盖与转接头螺纹连接，所述压电陶瓷传感器焊接在转接头的下端。

本发明选用压电陶瓷传感器作为感应元件，可承受天然气管道内的高压，而且对次声波探测的灵敏度高，适用于天然气输气管道泄漏监测；本发明的压电陶瓷传感器接收音频范围为0.1Hz～10Hz，天然气泄露所产生声音频率中，该频率范围内的次声波具有较强的规律性和抗干扰性，加上次声波具有传递过程中衰减较低的特性，使本组件的传感器能够准确探测到发生在较远距离(最长60公里)的泄露。由于传感器可以探测发生在较远距离处对的泄漏，因此只需在天然气管道的首末站安装传感器即可，不需要破坏沿途的天然气管道，大大降低施工成本和运行成本，且不存在安全隐患。本发明将信号放大器安装于压电陶瓷传感器的后端，其信号传输距离短、无衰减、整体结构紧凑，便于安装、防干扰。

本发明进一步限定的技术方案是：

本组件安装于天然气输气管道上的阀门上。这样可以不破坏原有管道，便于设备安装与后期维护。

由于天然气输气管道的泄漏产生的声信号极其微弱，加之传感器只能安装在输气管道两端的加压站(首末站)内，泄漏声信号在长距离传播时衰减很快，泄漏信号扑捉十分困难。

为解决以上技术问题，本发明根据所需传感器的工作环境的温度，湿度，酸碱性、压力，考虑系统中的中心频率、声压、电路参数、尺寸、厚度、加工精度和表面粗糙度，在磷酸二氢钾、钛酸钡、锆钛酸PZT-P5、铌酸盐、铌镁酸盐、P-51和锆钛酸铅等7中材料中选取锆钛酸PZT-P5(接受型)材料做成压电陶瓷的晶片，提高了压电常数，增强了灵敏度。

此外，本发明将压电陶瓷膜片的直径由12.7mm增大到18mm(国内首创)，面积增加了一倍，大大提高了次声波传感器的灵敏度、信噪比和低频范围，能采集到长距离传输过来的次声波低频信号。

并且，本发明减少压电陶瓷膜片的厚度至0.7mm，增加了膜片的柔顺性，对声压的感受更灵敏。

一般安装在现场的传感器在捕捉到次声波信号后，需要长距离将该信号传输到信号放大器内将电荷信号传换成电流后再进行放大。此种作法的缺陷是，由于长距离传输采集到的相关信号，该信号在传输途中能量消耗、信号减弱直至消失，信号放大器对该信号转换、放大时造成困难。

为此，本组件将信号放大器设置于传感器的后方，并且筒体具有上盖、下盖，所述下盖与转接头螺纹连接，所述压电陶瓷传感器焊接在转接头的下端。