一种天然气管道检测系统和方法
技术领域
本发明是关于一种天然气管道检测系统和方法，属于管道检测技术领域。
背景技术
为满足国民经济和社会工业低碳化发展的要求，天然气产业得到了快速发展，天然气管道的建设、运营、维护和保障逐渐成为能源建设领域的重中之重。在天然气开采、加工和集输过程中，当满足一定的低温和高压条件时，天然气水合物会在天然气管道中形成并凝聚，轻则干扰正常生产，造成天然气管道运输能力下降，重则堵塞井筒、管道、阀门等设备造成停产，甚至可能引起输气管道爆裂，引发安全事故，导致严重的经济、社会和人员损失。另外，由腐蚀或者外界入侵引起的泄漏事件也会造成严重的经济损失及安全事故。
基于以上几点原因，有必要对天然气管道进行深入、系统地分析。由于炼化企业生产装置的工艺越来越复杂，与之相应的供气管道也越来越复杂，采用传统的固定式监测仪在固定点对天然气管道进行检测，主要检测是否有有毒或可燃性气体泄漏，并通过报警器报警。该方法只能对管道上某一个位置进行检测，无法在一定区域内与其他的设备形成联动并统筹处理监测数据，导致要全面反应管道情况必须设置一定密度的监测仪，检测成本高，且监测仪的误报率较高。更为重要的是，当监测仪检测到有毒或可燃性气体时，管道已经发生了比较严重的损坏，已经对影响了天然气管道运输能力，不能对天然气管道问题防患于未然。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种天然气管道检测系统和方法，其基于HAZOP危险评估方法，其明确在天然气管道各传输过程中存在的主要风险、危害因素，找出薄弱环节、确定风险等级，并针对可能导致的后果提前制定预防措施，有效减少安全事故，保障天然气管道的长周期可靠运行。
本发明公开了一种天然气管道检测系统，包括：设置在天然气管道上的泄漏检测模块、环境监测模块、腐蚀检测模块、流量检测模块和HAZOP控制器；泄漏检测模块，用于检测天然气管道是否存在气体泄漏；环境监测模块，用于检测天然气管道的外部环境；腐蚀检测模块，用于检测天然气管道的腐蚀情况；流量检测模块，用于检测天然气管道内气体的流量；泄漏检测模块、环境监测模块、腐蚀检测模块、流量检测模块与HAZOP控制器电连接，HAZOP控制器用于对泄漏检测模块、环境监测模块、腐蚀检测模块、流量检测模块采集的数据进行HAZOP分析。
进一步，泄漏检测模块包括阀门泄露检测单元、行走检测单元和红外检测单元，阀门泄露检测单元包括红外气体分析仪和报警器，红外气体分析仪与HAZOP控制器电连接，并将其采集到的数据发送至HAZOP控制器，HAZOP控制器对数据进行分析，当数据超过阈值时，HAZOP控制器将报警信号传输至报警器。
进一步，行走检测单元包括磁性行走小车和设置在磁性行走小车上的气体检测器，磁性行走小车能沿着天然气管道轴向移动，气体检测器用于检测天然气管道周边的有毒气体或可燃性气体含量，当有毒气体或可燃性气体含量超过阈值时反馈给HAZOP控制器，HAZOP控制器将报警信号传输至报警器。
进一步，红外检测单元包括间隔设置的红外发射器和接收器，红外发射器用于向被测目标发射特定波长的红外激光，接收器用于检测被测目标衰减后的红外光，将其转变成对应的探测电信号，反馈给至数据处理模块，数据处理模块将结果发送至HAZOP控制器。
进一步，腐蚀检测模块包括安装在天然气管道上的探测环，探测环用于向天然气管道发射低频导波，探测环上固定有超声波传感器，当低频导波遇到腐蚀部位时被反射时，反射回来的低频导波再被超声波传感器检测到并传送到HAZOP控制器。
进一步，低频导波包括扭转波、纵波和横波。
进一步，气体流量检测模块包括第一安装法兰、测试管路、气体流量计和第二安装法兰，第一安装法兰和第二安装法兰沿输气方向间隔设置，并分别与天然气管道密封连接，测试管路的一端与第一安装法兰密封连通，测试管路的另一端与第二安装法兰密封连通，气体流量计设于测试管路上，且气体流量计与HAZOP控制器电连接。
进一步，流量检测模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和摄像机，温度传感器、湿度传感器、风速传感器和摄像机均设置在天然气管道的侧壁上，且均与HAZOP控制器电连接。
本发明还公开了一种天然气管道检测方法，包括如下步骤：S1：根据天然气管道的运行维护进行划分节点，将天然气管道的情况分为天然气管道本体情况和周边环境情况；S2：制定各个节点的分析元素，其中，天然气管道本体情况包括阀门泄露情况、管道本体泄露情况、管道本体腐蚀情况和气体流量；周边环境情况包括温度数据、湿度数据、风速数据和周边影响数据；S3：根据天然气管道的运行情况，筛选出能直接引起天然气管道出差错的关键参数；S4：选择引导词形成偏差，从HAZOP引导词库中，选择相应的引导词：将这些引导词与步骤S3中的参数进行结合，形成相应的偏差；S5：针对每一条偏差，分析原因及后果，并针对偏差的原因及后果，提出相应的安全措施；S6：针对偏差引起的后果，结合后果的严重程度和发生频率，确定后果的风险等级；S7：生成分析报告。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本方案通过重点分析在供气管道中关键设备状态参数的变动、操作控制中可能出现的偏差事件、导致这些偏差的原因及这些偏差对天然气管道安全造成的影响，可以明确在这个过程中存在的主要风险、危害因素，找出薄弱环节、确定风险等级，并针对可能导致的后果提前制定预防措施，有效减少安全事故，保障天然气管道的长周期可靠运行。
附图说明
图1是本发明一实施例中天然气管道检测系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例中阀门泄露单元的结构示意图；
图3是本发明一实施例中腐蚀检测模块的结构示意图；
图4是本发明一实施例中气体流量检测模块的结构示意图。
1-泄漏检测模块；11-阀门泄露检测单元；111-红外气体分析仪；112-报警器；12-行走检测单元；13-红外检测单元；2-环境监测模块；21-温度传感器；22-湿度传感器；23-风速传感器；24-摄像机；3-腐蚀检测模块；31-探测环；32-超声波传感器；33-检测主机；4-流量检测模块；41-第一安装法兰；42-测试管路；43-气体流量计；44-第二安装法兰；5-HAZOP控制器
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例公开了一种天然气管道检测系统，如图1所示，包括：设置在天然气管道上的泄漏检测模块1、环境监测模块2、腐蚀检测模块3、流量检测模块4和HAZOP控制器5；泄漏检测模块1，用于检测天然气管道是否存在气体泄漏；环境监测模块2，用于检测天然气管道的外部环境；腐蚀检测模块3，用于检测天然气管道的腐蚀情况；流量检测模块4，用于检测天然气管道内气体的流量；泄漏检测模块1、环境监测模块2、腐蚀检测模块3、流量检测模块4与HAZOP控制器5电连接，HAZOP控制器5用于对泄漏检测模块1、环境监测模块2、腐蚀检测模块3、流量检测模块4采集的数据进行HAZOP分析。本装置通过重点分析在供气管道中关键设备状态参数的变动、操作控制中可能出现的偏差事件、导致这些偏差的原因及这些偏差对天然气管道安全造成的影响，可以明确在这个过程中存在的主要风险、危害因素，找出薄弱环节、确定风险等级，并针对可能导致的后果提前制定预防措施，有效减少安全事故，保障天然气管道的长周期可靠运行
其中，泄漏检测模块1包括阀门泄露检测单元11、行走检测单元12和红外检测单元13。阀门泄露检测单元11包括红外气体分析仪111和报警器112。如图2所示，红外气体分析仪111的气体入口连接有朝向天然气管道阀门的喇叭口，且红外气体分析仪111与HAZOP控制器5电连接，并将其采集到的数据发送至HAZOP控制器5，HAZOP控制器5对数据进行分析，当数据超过阈值时，HAZOP控制器5将报警信号传输至报警器112。HAZOP控制器5也可以与智能终端通讯连接，将红外气体分析仪111的检测结果传输至智能终端，方便工作人员或用户对天然气管道的状况进行实时监控，及时方向天然气管道的安全隐患，防患于未然。此处的智能终端包括但不限于笔记本电脑、平板电脑、手机、显示屏和遥控器等。
行走检测单元12包括磁性行走小车和设置在磁性行走小车上的气体检测器，磁性行走小车能沿着天然气管道轴向移动，气体检测器用于检测天然气管道周边的有毒或可燃性气体的含量，超过当有毒或可燃性气体超过阈值时反馈给的HAZOP控制器5，HAZOP控制器5将报警信号传输至报警器112。此处检测的主要气体是甲烷，所以也可以用甲烷检测器代替气体检测器进行检测。但气体检测器不限于甲烷传感器，也可以包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器或者如电子鼻等综合传感器阵列。
红外检测单元13包括间隔设置的红外发射器和接收器，红外发射器用于向被测目标发射特定波长的红外激光，接收器用于检测被测目标衰减后的红外光，将其转变成对应的探测电信号，反馈给至数据处理模块，数据处理模块将结果发送至HAZOP控制器5。
环境检测模块用于检测天然气管道周边的环境数据，并将检测结果反馈至控制器。流量检测模块4包括温度传感器21、湿度传感器22、风速传感器23和摄像机24，温度传感器21、湿度传感器22、风速传感器23和摄像机24均设置在天然气管道的侧壁上，且均与HAZOP控制器5电连接。优选温度传感器21选择型号为YCHSM-100的温度传感器21，温度传感器21的探头紧贴在天然气管道的侧壁上。优选湿度传感器22选择型号为AM2301A的湿度传感器22。优选风速传感器23选择型号为JZ-FS的风速传感器23。
腐蚀检测模块3设置在天然气管道上，用于检测天然气管道的腐蚀情况，并将检测结果反馈至控制器；其包括安装在天然气管道上的探测环31，探测环31用于向天然气管道发射低频导波，探测环31上固定有超声波传感器32，如图3所示，超声波传感器32通过导线与检测主机33电连接，检测主机33通过无线发射模块与智能终端通信，当低频导波遇到腐蚀部位时被反射时，反射回来的低频导波再被超声波传感器32检测到并传送到检测主机33，检测主机33将检测结果发送至HAZOP控制器5。该腐蚀检测模块3中，低频导波传播主要依赖于声波的频率和材料的厚度，超声波传感器32根据频率变化和曲线的形状，来判断被腐蚀位置的大小和方位，并通过检测主机33中预设的分析模块将检测结果显示出来。本实施例中腐蚀检测模块3检测方式简单，便于后续HAZOP分析。其中，低频导波包括但不限于扭转波、纵波和横波等。
流量检测模块4设置在天然气管道上，用于检测天然气管道的流量情况，并将检测结果反馈至控制器；流量检测模块4可以通过安装法兰将气体流量计43直接设置于天然气管道中进行检测，也可以通过以下方式实现：本实施例中流量检测模块4包括第一安装法兰41、测试管路42、气体流量计43和第二安装法兰44，第一安装法兰41和第二安装法兰44沿输气方向间隔设置，并分别与天然气管道密封连接，测试管路42的一端与第一安装法兰41密封连通，测试管路42的另一端与第二安装法兰44密封连通，气体流量计43设于测试管路42上，且气体流量计43与HAZOP控制器5电连接。该流量检测模块4中，天然气管道流经的天然气一部分通过测试管路42流经气体流量计43，气体流量计43能够实时监测检测管道的流量情况，并将结果反馈至HAZOP控制器5，HAZOP控制器5根据天然气管道与测试管路42的直径比，计算出天然气管道的实时流量，并将结果发送给智能终端，作为一个风险节点便于后续HAZOP分析。本实施例中的气体流量计43优选为YK-LWQ型气体流量计43。
上述各模块之间的数据传输可以采用有线连接和无线连接，优选采用无线通讯模块，包括但不限于WIFI、GPRS、蓝牙等。
实施例二
本实施例公开了一种天然气管道检测方法，包括如下步骤：
S1：划分节点：根据天然气管道的运行维护进行划分节点，将天然气管道的情况分为天然气管道本体情况和周边环境情况；
S2：确定分析元素：根据各个分析节点，制定各个节点的分析元素，其中，天然气管道本体情况包括阀门泄露情况、管道本体泄露情况、管道本体腐蚀情况和气体流量；周边环境情况包括温度数据、湿度数据、风速数据和周边影响数据；
S3：选择关键参数：根据天然气管道的运行情况，筛选出能直接引起天然气管道出差错的关键参数；
S4：选择引导词形成偏差，从HAZOP引导词库中，选择相应的引导词：如无，空白(NO)，多(MORE)，少(LESS)，伴随(AS WELL AS)，相反(REVERSE)，异常(OTHER THAN)等；将这些引导词与步骤S3中的参数进行结合，形成相应的偏差；
S5：分析原因及后果：针对每一条偏差，分析原因及后果，并针对偏差的原因及后果，提出相应的安全措施；
S6：确定风险等级：针对偏差引起的后果，结合后果的严重程度和发生频率，确定后果的风险等级；
S7：生成分析报告：分析报告要准确记录各个偏差的分析情况，系统分析出天然气管道运行的薄弱环节，针对这些薄弱环节，分析原因、后果，确定风险等级，提出完善天然气管道结构，保障天然气管道的长周期可靠运行。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
