一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置及方法

摘要

一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置及方法，其特征在于：在输油双层管道的海底部分，内管内设置有清管器，发射器设置在清管器上，用于发射信号，海底管内通信装置一端连接在内管外壁上，另一端连接在外管的内壁上；在输油双层管道的陆地部分，内管上连接有陆地供电电源的正极和陆地电路板供电电源的正极，外管连接在陆地监控装置上，在陆地监控装置上还连接有用于监控的上位机。解决了现有技术中存在的海底通信供电施工困难、造价高、风险大的技术问题，本发明创造通过上述结构和方法，在保证检测准确性的同时，提供了一种新型的海底供电和通信方法，降低了制造成本，减小了应用风险，提高了整体装置安全性和稳定性。

说明书

技术领域

本发明创造涉及一种通信定位装置及方法，尤其是一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置及方法。

背景技术

海上石油管道安装结束和运行中，都要对管道内作清理，清除管道内的杂物或内壁上的沉积物，清理管道是保证管路畅通的重要的措施，由于清管器是管道内运行，清管器难免被管道卡住，此时就需要找到被卡的位置。但是，在水下供电和通信的问题很难解决，海水对信号衰减太大，在海底不可能做无线通信，还受有海上风浪和渔船影响，利用漂浮平台采样技术无法固定、容易损坏、操作困难、因为海水太深无法操作，采用在海底铺设供电及通信电缆方法，存在施工困难、造价高、风险大的技术问题，而且如果有一个节点密封失效整个工程将会面临报废的风险。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明创造提供了一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置及方法，通过在输油双层管道的内管与外管之间设置有海底管内通信装置，检测和定位清管器的位置，使用内管和外管进行信号的传输和电能的传递，解决了现有技术中存在的清管器检测定位难、通信供电施工困难、造价高、风险大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置，包括有输油双层管道，输油双层管道由陆上通至海底，输油双层管道由外向内依次设置有混凝土防护层、外管、聚氨酯泡沫和内管，其特征在于：在输油双层管道的海底部分，内管内设置有清管器，发射器设置在清管器上，用于发射信号，海底管内通信装置一端连接在内管外壁上，另一端连接在外管的内壁上；在输油双层管道的陆地部分，内管上连接有陆地供电电源的正极和陆地电路板供电电源的正极，外管连接在陆地监控装置上，在陆地监控装置上还连接有用于监控的上位机。

在输油双层管道的海底部分均匀的设置有多个海底管内通信装置。

所述的海底管内通信装置中设置有接收电路，接收电路的信号输出端上依次连接有软件滤波处理电路和调制解调器，调制解调器通过外管将信号传输到陆地监控装置中，在接收电路上还连接有海底电路板供电电源，海底电路板供电电源的另一端连接在内管上。

所述的陆地监控装置中设置有与外管相连接的通信板，通信板的另一端通过串口电路连接在上位机上。

所述的外管与陆地监控装置之间，通过陆上电缆连接。

所述的陆上电缆与陆上监控装置之间连接有电感。

一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置的应用方法，其特征在于：

1）、发射器的安装：将发射器设置在清管器上用于发射信号；

2）、海底管内通信装置的安装：将海底管内通信装置采用铝热焊接的方法，焊接在输油双层管道的内管与外管之间，在在输油双层管道的海底部分均匀的设置有N个海底管内通信装置，各个海底管内通信装置设置有不同的编号，编号从1-N依次排列；

3）、陆地上设备的安装：陆地监控装置通过陆上电缆连接在外管上，用于接收海底管内通信装置通过内管传输出来的信号，陆地供电电源与陆地电路板供电电源连接在内管上，为设置在内管海底部分的海底管内通信装置供电，采用连接在陆地监控装置上的上位机对整个系统进行监控；

4）、清管器位置的检测：在内管内设置有在管道内运动的清管器，当清管器经过海底管内通信装置时，由发射器发送信号至海底管内通信装置；

5）、清管器位置信号的传输：当海底管内通信装置接收到发射器发送的信号后，经过分析处理，将处理后的信号通过外管实时传输给陆地监控装置，经过陆地监控装置传输到上位机中，海底管内通信装置根据其编号的不同，发送不同的信号到陆地监控装置；

6）、清管器位置的判断：

6a)、当清管器处于正常工作状态时，多个海底管内通信装置能够依次接收到发射器发送的信号，并且将接收到的信号依次通过陆地监控装置发送给上位机；

6b)、当清管器处于非正常状态，既清管器堵塞卡死在管道内某一位置时，在没卡死时其经过海底管内通信装置能够接受到发射器发送的信号，并且通过陆地监控装置将信号传输给上位机，其卡死位置之后的海底管内通信装置接受不到发射器发送的信号，导致上位机接收不到之后的海底管内通信装置发送的信号，此时可以根据接收到的不同的信号查询对应的海底管内通信装置的编号，找到清管器的卡死位置。

所述的每个海底管内通信装置之间的安装距离为50-2000米。

本发明创造的有益效果在于：本发明创造采用上述结构和方法，通过在输油双层管道的内管与外管之间设置有海底管内通信装置，检测和定位清管器的位置，使用内管和外管进行信号的传输和电能的传递，解决了现有技术中存在的清管器检测定位难、通信供电施工困难、造价高、风险大的技术问题，本发明创造通过上述结构，在保证检测准确性的同时，提供了一种新型的海底供电和通信方法，大大降低了制造成本，减小了应用时的风险，提高了整体装置安全性和稳定性。

附图说明

图1：为本发明创造的整体工程结构图。

图2：为本发明创造的整体框图。

图3：为本发明创造的电路原理图。

图4：为本发明创造中输油双层管道的结构示意图。

图5：本发明创造应用于单层输油管的第一种方式结构示意图。

图6：本发明创造应用于单层输油管的第二种方式结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示的一种应用于海底石油管道内清管器的通信定位装置，包括有如图4所示的输油双层管道1，输油双层管道1由陆上通至海底，输油双层管道由外向内依次设置有混凝土防护层101、外管102、聚氨酯泡沫103和内管104，结构为：在输油双层管道1的海底部分，内管104内设置有清管器2，发射器3设置在清管器2上，用于发射信号，海底管内通信装置4一端连接在内管104外壁上，另一端连接在外管102的内壁上；在输油双层管道1的陆地部分，内管104上连接有陆地供电电源6输出端的正极和陆地电路板供电电源7输出端的正极，外管102连接在陆地监控装置8上，在陆地监控装置8上还连接有用于监控的上位机9。

在输油双层管道1的海底部分均匀的设置有多个海底管内通信装置4，每个海底管内通信装置4设置有不同的编号，且每个海底管内通信装置4根据不同的编号发送不同的信息至陆地监控装置8。如：N个海底管内通信装置4的编号分别为1,2,3，……，N，1号海底管内通信装置4发送信号001，2号发送信号010，3号发送信号011……，以此类推。

所述的海底管内通信装置4中设置有接收电路401，接收电路401的信号输出端上依次连接有软件滤波处理电路402和调制解调器403，调制解调器403通过外管102将信号传输到陆地监控装置8中，在接收电路401上还连接有海底电路板供电电源404，海底电路板供电电源404的另一端连接在内管104上。所述的软件滤波处理电路402中包括有80C51F410芯片，对接收电路401接收到的信号进行软件滤波和分析处理，将处理后的信号传输至调制解调器403，所述的调制解调器403为ad558，在此电路中起到调制解调器的作用，由ad558构成的调制解调器比市面上一般的调制解调器的输出频率更低，更稳定，传输距离更长。

所述的陆地监控装置8中设置有与外管102相连接的通信板801，通信板801的另一端通过串口电路802连接在上位机9上，通信板801的型号为MSM7512S, 串口电路802的型号为MAX232，上位机9作为监控系统对装置整体进行监测和控制。

由于海底管道到陆上出口由双层管改为单内管，需要连接陆上电缆代替双层管外管102，所以外管102与陆地监控装置8之间，通过陆上电缆10连接，具体有两种方法，一种要需要铺设电源电缆到场站，为永久性电缆。另一种需要连接电源电缆到管道出海口附近监控设备，可以是临时安装，使用后撤下。铺设陆上电缆方案根据具体情况决定。陆上电缆10与陆上监控装置8之间还连接有电感5。

在实际应用是可以在海底管内通信装置4与海底管内通信装置4之间设置互感器，将每个海底管内通信装置4隔离，保证个别海底管内通信装置4在应用时出现短路或者断路等不良现象时不会影响到其他海底管内通信装置4的工作和使用，可以提高整个系统的安全、稳定性能。同时为了保证整个工程的可靠性，可以在海底一个监控点采用安装两个监控装置，其中一个监控装置工作，另一个待机准备。基本方法是正在使用的监控装置内有电流互感器，实时采样工作电流大小。当装置有问题电流过大时，通过继电器自动切换到另一个投入工作。并且上发报警信号。陆上监控设备根据编号确定故障点。待机装置具有过电流保护电路。有故障时可以自动切断和管道的连接。

上述装置的应用方法，步骤为：

1）、发射器3的安装：将发射器3设置在清管器2上用于发射信号。

2）、海底管内通信装置4的安装：将海底管内通信装置4采用铝热焊接的方法，焊接在输油双层管道1的内管104与外管102之间，在在输油双层管道1的海底部分均匀的设置有N个海底管内通信装置4，各个海底管内通信装置4设置有不同的编号，编号从1-N依次排列。采用铝热焊接的方法使焊接管道可靠性能高，对管道无损伤、操作简单方便、符合国家管道焊接要求标准。将海底管内通信装置4安装好之后再将聚氨酯泡沫103填充到内管104和外管102之间，海底管内通信装置4发送信号，通过外管102传输给陆地监控装置8，每个海底管内通信装置4之间的安装距离为50-2000米。

3）、陆地上设备的安装：陆地监控装置8通过陆上电缆10连接在外管102上，用于接收海底管内通信装置4通过内管104传输出来的信号，陆地供电电源6与陆地电路板供电电源7连接在内管104上，为设置在内管104海底部分的海底管内通信装置4供电，采用连接在陆地监控装置8上的上位机9对整个系统进行监控。

4）、清管器2位置的检测：在内管104内设置有在管道内运动的清管器2，当清管器2经过海底管内通信装置4时，由发射器（3）发送信号至海底管内通信装置4。

5）、清管器2位置信号的传输：当海底管内通信装置4接收到发射器3发送的信号后，经过分析处理，将处理后的信号通过外管102实时传输给陆地监控装置8，经过陆地监控装置8传输到上位机9中，海底管内通信装置4根据其编号的不同，发送不同的信号到陆地监控装置8。

6）、清管器2位置的判断：

6a)、当清管器2处于正常工作状态时，多个海底管内通信装置4能够依次接收到发射器3发送的信号，并且将接收到的信号依次通过陆地监控装置8发送给上位机9；

6b)、当清管器2处于非正常状态，既清管器2堵塞卡死在管道内某一位置时，在没卡死时其经过海底管内通信装置4能够接受到发射器3发送的信号，并且通过陆地监控装置8将信号传输给上位机9，其卡死位置之后的海底管内通信装置4接受不到发射器3发送的信号，导致上位机9接收不到之后的海底管内通信装置4发送的信号，此时可以根据接收到的不同的信号查询对应的海底管内通信装置4的编号，找到清管器2的卡死位置。

当海底管道工程设计长度比较短，在海底管内通信装置4间隔距离50米时，这样海底管内通信装置4在任何时候都可以收到清管器2发出的信号。通过上位机9就可以显示清管器2在管道各个点的位置，达到实时监控的目的。

如图5-6所示，本发明装置和方法还适用于输油单层管道。当使用输油单程管道进行时，使用本发明装置的方法有两种：

第一种方法：如图5所示，利用海水代替一根管作为电源负极应用，具体是将单层管做好绝缘处理，接收电路401的2根引出线密封好，安装在管外面，加上混凝土保护层覆盖在上面密封好，海底管内通信装置4的电源正极焊接单层管外。电源负极连接具有抗腐蚀合金极板筒，抗腐蚀合金极板筒要套在管道混凝土保护层外面。可以根据具体情况增加合金极板筒的长度，这样就相当于提高了合金板的接触海水的面积，提高了电导率，增加了通信距离，特别在管道出海口处增加合金极板筒的长度。原理是如果将海水作为一根导线，管道出海口处就是导线的一端。合金极板筒的长度相当于导线的平方，合金极板筒的长度越长，相当于导线的平方就越大。在管道的延长线上安装多个海底管内通信装置4，数量越多，间隔距离越近，通信效果就越好。海底管内通信装置4和抗腐蚀合金极板筒可以在管道铺设前完成，将海底管内通信装置4中的接收电路401正极焊接在管道外，金极板筒套在管道上，负极连接金极板筒。金极板筒和海水接触。其它地方密封好，然后用绝缘水泥覆盖上面，施工保证管道的绝缘性能和海水隔离开。

第二种方法：如图6所示，利用大地代替代替一根管道，将单层管做好绝缘处理，将接收电路401的电源正负极2根线引出，其中电源正极焊接单层管外，加上混凝土保护层覆盖在上面密封好，另一根是电源负极连接大地。这样每个装置旁边需要有一个连接大地的接地装置，接地装置设计采用钻孔深埋方法，钢管或者钢圆采用导电性混凝土包裹，使用时需要水下蛙人作业将电源负极焊接到接地装置，作好抗海水腐蚀处理等。