一种天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统及方法与流程

1.本发明属于天然气管道安全技术领域，具体涉及一种天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统及方法。


背景技术：

2.天然气长输管道作为一种重要的运输方式，具有管道长、管径大、压力高、输量大等特点，在实际生产运行中，由于设备维修、管线改造、动火作业、腐蚀泄漏以及应急保护等原因，时常需要进行紧急放空和计划性放空。放空天然气受放空速率、出口压力、风速风向以及大气环境等因素的影响，其扩散速度、扩散范围以及浓度分布都难以检测，无论是点火放空还是冷放空(直接放空)对周边均会造成较大的影响，一旦发生事故不仅会影响管道正常的生产运行，同时会对周边民众及建筑设施造成重大的生命和财产损失。因此，在放空作业时对天然气的气质、放空流量、放空时间、安全间距以及放空气体的扩散范围等都有严格的规定和要求。
3.放空天然气具有高压和易燃易爆的特性，进行冷放空作业时，人不能靠近放空立管，高空中也无法预先设置传感器，现有的检测技术多用于管道泄漏的检测，几乎没有对冷放空天然气扩散过程的监检测方法与系统，如何快速有效的监检测放空天然气扩散过程成为一个难题。因此，我们以天然气长输管道的放空立管管口为中心，通过电脑控制数台搭载有多功能气体检测装置的无人机，以阵列形式悬停在天然气长输管道放空立管上方一定半径及高度的空间区域中，采集空间区域中天然气的相关数据，经过电脑的数据处理系统，得到放空天然气的扩散速度、扩散范围以及浓度分布等情况，达到实时实地快速监检测放空天然气扩散过程及浓度分布的目的。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题提供一种天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统，通过电脑控制数台搭载有多功能气体检测装置的无人机，以阵列形式悬停在天然气长输管道放空立管上方空间区域，监检测放空天然气的气质、气体扩散速度、扩散范围以及浓度分布情况，加强对天然气长输管道冷放空过程的现场监管，规避不安全因素，防止事故发生，减少环境破坏，旨在提高天然气管道生产运行的安全性和可靠性。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：本可天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统包括：天然气管道、放空立管、无人机、多功能气体检测装置和电脑，所述天然气管道的中部与所述放空立管连通，所述放空立管的竖直上方设有所述无人机，所述无人机上设有所述多功能气体检测装置，所述多功能气体检测装置无线连接信号收发器，所述无人机无线连接有无人机集群控制器，所述电脑分别电连接所述信号收发器与所述无人机集群控制器。
6.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
7.进一步，所述多功能气体检测装置包括盒体，所述盒体上设有甲烷传感器、一氧化
碳传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、大气压力传感器、温度传感器、湿度传感器、gps定位器和信号发射器，所述甲烷传感器、所述一氧化碳传感器、所述硫化氢传感器、所述氧气传感器、所述大气压力传感器、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述gps定位器均电连接所述信号发射器，所述信号发射器无线连接所述信号收发器。
8.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置多个功能的传感器的，检测对应的数据。
9.进一步，所述放空立管靠近所述天然气管道一端上设有放空阀门。
10.采用上述进一步方案的有益效果是：便于进行放空作业的打开或关闭。
11.本发明的目的之二，提供一种所述的天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统进行天然气长输管道冷放空的无人机监检测方法，包括以下步骤：
12.s10、设备处理、调试与安装：
13.s11、对无人机及多功能气体检测装置进行防爆处理和防爆测试；
14.s12：检测多功能气体检测装置、信号收发器运行是否正常；
15.s13：连接天然气长输管道与放空立管，固定安装一个多功能气体检测装置，且装置的进气口正对放空立管管口圆心；
16.s14：将多个多功能气体检测装置固定安装于对应无人机机腹下方，并使装置的进气口正对地面；
17.s20、确定监检测范围、监检测点个数及其空间位置坐标：
18.s21：根据放空立管高度、放空区域的地质资料和gps定位，确定放空立管管口的空间位置；
19.s22：以放空立管管口圆心的空间位置为基准点，选择半径r、高度h的空间作为监检测范围，r的取值为10米～1000米，h的取值为30米～400米；
20.s23：采集放空区域的风速、风向数据，确定监检测范围、监检测点个数及其空间位置坐标；
21.s30、设置无人机飞行路线及悬停位置：
22.s31：将无人机集群控制器连接至上位机软件的电脑；
23.s32：对无人机进行编号编组、标定飞行基准点、查看无人机状态参数；
24.s33：设置每一台无人机的飞行路线和悬停的空间位置，使其能够精准地悬停在监检测点位上；
25.s40、无人机飞行至指定监检测点，通过电脑向无人机发出飞行指令，使其飞行至指定监检测点进行悬停；
26.s50：开启放空阀门进行放空作业，通过信号收发器接收多功能气体检测装置电信号，然后传递给电脑采集并记录监检测数据。
27.有益效果：通过电脑控制数台搭载有多功能气体检测装置的无人机，以阵列形式悬停在天然气长输管道放空立管上方空间区域，监检测放空天然气的气质、气体扩散速度、扩散范围以及浓度分布情况，加强对天然气长输管道冷放空过程的现场监管，规避不安全因素，防止事故发生，减少环境破坏，旨在提高天然气管道生产运行的安全性和可靠性。
附图说明
28.图1为本发明的结构示意图；
29.图2为本发明的天然气长输管道冷放空的无人机监检测方法的流程图图；
30.图3为本发明实施例中无人机阵列布置图；
31.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
32.1、天然气管道；2、放空立管；3、放空阀门；4、无人机；5、多功能气体检测装置；6、电脑；7、无人机集群控制器；8、信号收发器。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
34.实施例1
35.如图1所示，本实施例提供一种天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统，包括：天然气管道1、放空立管2、无人机4、多功能气体检测装置5和电脑6，所述天然气管道1的中部与所述放空立管2连通，所述放空立管2靠近所述天然气管道1一端上设有放空阀门3，所述放空立管2的竖直上方设有所述无人机4，所述无人机4上设有所述多功能气体检测装置5，所述多功能气体检测装置5无线连接信号收发器8，所述无人机4无线连接有无人机集群控制器7，所述电脑6分别电连接所述信号收发器8与所述无人机集群控制器7。
36.优选地，所述多功能气体检测装置5包括盒体，所述盒体上设有甲烷传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、大气压力传感器、温度传感器、湿度传感器、gps定位器和信号发射器，所述甲烷传感器、所述一氧化碳传感器、所述硫化氢传感器、所述氧气传感器、所述大气压力传感器、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述gps定位器均电连接所述信号发射器，所述信号发射器无线连接所述信号收发器8。
37.需要说明的是本技术的甲烷传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、大气压力传感器、温度传感器、湿度传感器、gps定位器和信号发射器，所述甲烷传感器、所述一氧化碳传感器、所述硫化氢传感器、所述氧气传感器、所述大气压力传感器、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述gps定位器均为现有技术，其与信号收发器8的连接，也属于现有技术，故不进一步赘述。
38.实施例2
39.所述的天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统进行天然气长输管道冷放空的无人机监检测方法，包括以下步骤：
40.s10、设备处理、调试与安装：
41.s11、对无人机4及多功能气体检测装置5进行防爆处理和防爆测试；
42.s12：检测多功能气体检测装置5、信号收发器8运行是否正常；
43.s13：连接天然气长输管道1与放空立管2，固定安装一个多功能气体检测装置5，且装置的进气口正对放空立管2管口圆心；
44.s14：将多个多功能气体检测装置5固定安装于对应无人机4机腹下方，并使装置的进气口正对地面；
45.s20、确定监检测范围、监检测点个数及其空间位置坐标，根据冷放空作业的方案
中天然气放空速率、放空量、出口压力以及放空区域的风速风向等数据，确定监检测范围、监检测点个数及其空间位置坐标；
46.s21：天然气管道1的放空立管2管口距离地面高度为30米，结合放空区域地质资料和gps定位，确定放空立管2管口的海拔高度以及经纬度坐标；
47.s22：以放空立管2管口圆心的空间位置为基准点，选择半径50米、高度100米的空间作为监检测范围；
48.s23：采集放空区域的风速、风向数据，在监检测空间范围内设置14个监测点，空间位置分别为：放空管口2圆心正上方60米、100米处各设置1个监检测点；以放空管口2圆心正上方30米、60米处的点为圆心，在距离圆心30米和50米的上风方向、下风方向及侧风方向各设置1个监检测点。
49.s30：设置无人机4飞行路线及悬停位置，根据14个监检测点的空间坐标位置，设置无人机4的飞行路线及悬停位置。
50.s31：将无人机集群控制器8连接至安装了上位机软件的电脑6；
51.s32：对14台无人机4进行编号编组、标定起飞基准点、查看无人机4状态参数；
52.s33：设置每一台无人机4的飞行路线和悬停的空间位置，使其能够精准地悬停在监检测点位上；
53.s40：无人机4飞行至指定监检测点，通过电脑6向无人机4发出飞行指令，按照设置好的飞行路线飞行至指定监检测点进行悬停；
54.s50：开启放空阀门3进行放空作业，采集并记录监检测数据，包括放空天然气体的浓度、一氧化碳浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、大气压力、温度、湿度和多功能气体检测装置5的gps定位数据。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
59.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统，其特征在于，包括：天然气管道(1)、放空立管(2)、无人机(4)、多功能气体检测装置(5)和电脑(6)，所述天然气管道(1)的中部与所述放空立管(2)连通，所述放空立管(2)的竖直上方设有所述无人机(4)，所述无人机(4)上设有所述多功能气体检测装置(5)，所述多功能气体检测装置(5)无线连接信号收发器(8)，所述无人机(4)无线连接有无人机集群控制器(7)，所述电脑(6)分别电连接所述信号收发器(8)与所述无人机集群控制器(7)。2.根据权利要求1所述的天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统，其特征在于，所述多功能气体检测装置(5)包括盒体，所述盒体上设有甲烷传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、大气压力传感器、温度传感器、湿度传感器、gps定位器和信号发射器，所述甲烷传感器、所述一氧化碳传感器、所述硫化氢传感器、所述氧气传感器、所述大气压力传感器、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述gps定位器均电连接所述信号发射器，所述信号发射器无线连接所述信号收发器(8)。3.根据权利要求1所述的天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统，其特征在于，所述放空立管(2)靠近所述天然气管道(1)一端上设有放空阀门(3)。4.一种如权利要求1-3任一项所述的天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统进行天然气长输管道冷放空的无人机监检测方法，包括以下步骤：s10、设备处理、调试与安装：s11、对无人机(4)及多功能气体检测装置(5)进行防爆处理和防爆测试；s12：检测多功能气体检测装置(5)、信号收发器(8)运行是否正常；s13：连接天然气长输管道(1)与放空立管(2)，固定安装一个多功能气体检测装置(5)，且装置的进气口正对放空立管(2)管口圆心；s14：将多个多功能气体检测装置(5)固定安装于对应无人机(4)机腹下方，并使装置的进气口正对地面；s20、确定监检测范围、监检测点个数及其空间位置坐标：s21：根据放空立管(2)高度、放空区域的地质资料和gps定位，确定放空立管(2)管口的空间位置；s22：以放空立管(2)管口圆心的空间位置为基准点，选择半径r、高度h的空间作为监检测范围，r的取值为10米～1000米，h的取值为30米～400米；s23：采集放空区域的风速、风向数据，确定监检测范围、监检测点个数及其空间位置坐标；s30、设置无人机(4)飞行路线及悬停位置：s31：将无人机集群控制器(7)连接至上位机软件的电脑(6)；s32：对无人机(4)进行编号编组、标定飞行基准点、查看无人机(4)状态参数；s33：设置每一台无人机(4)的飞行路线和悬停的空间位置，使其能够精准地悬停在监检测点位上；s40、无人机(4)飞行至指定监检测点，通过电脑(6)向无人机(4)发出飞行指令，使其飞行至指定监检测点进行悬停；s50：开启放空阀门(3)进行放空作业，通过信号收发器(8)接收多功能气体检测装置(5)电信号，然后传递给电脑(6)采集并记录监检测数据。

技术总结
本发明涉及一种天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统及方法，属于天然气管道安全技术领域。本天然气长输管道冷放空的无人机监检测系统，包括天然气管道、放空立管、无人机、多功能气体检测装置和电脑，所述天然气管道的中部与所述放空立管连通，所述放空立管的竖直上方设有所述无人机，所述无人机上设有所述多功能气体检测装置，所述多功能气体检测装置无线连接信号收发器，所述无人机无线连接有无人机集群控制器。有益效果：通过电脑控制数台搭载有多功能气体检测装置的无人机，以阵列形式悬停在天然气长输管道放空立管上方空间区域，监检测放空天然气的气质、气体扩散速度、扩散范围以及浓度分布情况。范围以及浓度分布情况。范围以及浓度分布情况。


技术研发人员：刘锴 马剑林 刘宇婷 蒋毅 吴东容 余东亮 马超 门立国 马振 兰才富 王明波 王爱玲 李章青
受保护的技术使用者：国家管网集团西南管道有限责任公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/5/5