CN102095083A - 一种用于气体阀门泄漏的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于气体阀门泄漏的检测系统，主要是利用无线传感器网络的部署，包括在气体阀门前后管道安装无线压力变送器和表贴式无线温度变送器，以及在阀门旁侧安装无线超声泄漏传感器，从而通过阀门前后段的压力、温度微小变化信号，以及无线超声泄漏传感器获得的超声泄漏信号上传至无线网关，网关通过有线方式与计算机通信，计算机上的分析软件综合利用压力分布法、温度检测法、超声泄漏检测法来对阀门的泄漏进行分析，通过数据来分析判断阀门泄漏情况。本发明方法准确度和灵敏度较高，无线变送器安装便捷，不需要额外敷设信号线缆，并且能及时的补漏，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。

Description

一种用于气体阀门泄漏的检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种用于气体阀门泄漏的检测系统。

背景技术

目前，工业中和生活中均大量用到用于储存和输送压缩气体的管道，而连接以及控制这些管道中气体运动的是由各种各样的阀门组成，例如对石油、天然气采集，炼油，石化，化工等工业中各种管道和储油罐、储气罐上的卸压阀、隔离阀和旁通阀以及工厂中蒸汽管道中的疏水阀等。阀门是石化工业自动控制系统及安全防护系统中的核心执行元件，被称为石化工业的“咽喉”。阀门的性能和状态不仅会影响到石化工业生产过程的质量和安全性，而且对企业的能源效率有较大影响。

另外，一个大型的炼油厂或化工厂大约有2500个卸压阀。这是一种保护设备和人员的关键安全装置。正常情况下呈关闭状态，一旦在流程管道和反应罐或储罐中发生可能导致危险的压力，通过卸压阀可以释放压力。一般，卸压阀均通过机械弹簧力控制卸压压力，因此要求卸压阀的最大容许的工作压力与系统压力之间有一个余量，一般制造厂推荐的是系统压力不应大于最大容许的工作压力的90%。当操作压力趋近卸压阀的释放压力点，阀门开始泄漏或渗出气体，如果密封面处于良好状态，排放和产品的损耗有限，起到了释放压力的作用。不过随着时间的推移，有一部分卸压阀会把有害的气体泄漏到大气中，或释放到废气收集系统中，通常会发生燃烧。由于这些阀门一般装在人员不宜到达或难以触及的地方（如储罐或反应罐的顶部），往往要用特殊的装置和采取安全的措施进行现场检查。通常的方法是定期将卸压阀拆下，取回车间，用专门的设备检测和试验。在没有发生任何泄漏事件时，规定5年对卸压阀检查一次。在例行的检查中约有30%的卸压阀有某些程度的泄漏，超过了规定的允许值，其中约有10%泄漏严重，成为产品泄漏和污染的主要来源。

发生的泄漏很难及时发现和修理。这造成一个大型炼油厂或化工厂每年大约有500万磅（相当于2270吨）的产品因为未经检测的管道阀门泄漏而损失，并污染了环境。如果采取有效的措施能及时发现和修复泄漏，那么，经由管道阀门泄漏所造成生产产品损耗和排放大约有80%至90%完全可以避免。从这个意义上讲，能及时检测和修复管道阀门的泄漏，最大的挑战是如何在管道阀门开始发生泄漏时尽可能早的发现它。所以清醒认识和认真解决管道和塔罐、压力容器中存在的阀门泄漏问题，对有可能发生泄漏的部位进行监测，已成为当前管道安全工作的重要内容。因此，准确地判断阀门产生泄漏的位置，并且及时的补漏，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。

发明内容

本发明是针对现有对储存和输送压缩气体的管道的阀门检测需要有预见性的问题，提出了一种用于气体阀门泄漏的检测系统，通过无线传感器网络的部署能准确地判断阀门产生泄漏的位置，并且及时的补漏，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。

本发明的技术方案为：一种用于气体阀门泄漏的检测系统，包括无线压力变送器、表贴式无线温度变送器、无线超声泄漏传感器和无线网关和计算机，无线压力变送器和表贴式无线温度变送器安装在管道靠近被测阀门测；无线超声泄漏传感器安装在阀门旁侧；无线压力变送器和表贴式无线温度变送器采集传感器信号，无线变送器和无线超声泄漏传感器将现场信息通过无线方式上传给无线网关，无线网关与计算机通信，计算机上的分析软件通过现场数据来分析判断被测阀门泄漏情况。

所述无线压力变送器采集管道沿线的各个截断阀处设置的无线压力传感器信号。

所述表贴式无线温度变送器采集温度传感器信号，温度传感器表贴于管道上。

本发明的有益效果在于：本发明用于气体阀门泄漏的检测系统，对阀门的泄漏进行检测，无须排线放线，安装部署灵活，投资小。对于石油、天然气采集，炼油，石化，化工等工业中各种管道和储油罐、储气罐上的卸压阀、隔离阀和旁通阀的泄漏，以及对在工厂中蒸汽管道中的疏水阀的泄漏，对于能耗的浪费相当可观，而且有毒有害气体泄露对环境有很大的危害。通过该检测方法的在以上场合下使用，对于能耗的节约将是巨大的，具有相当大的经济价值和环保价值。

附图说明

图1为本发明用于气体阀门泄漏的检测系统位置图；

图2为本发明用于气体阀门泄漏的检测系统结构框图。

具体实施方式

如图1、2所示用于气体阀门泄漏的检测系统的位置及结构框图，系统包括无线压力变送器5、表贴式无线温度变送器6、无线超声泄漏传感器7和无线网关3和计算机4，无线压力变送器5安装于管道2上，靠近被测阀门1；表贴式无线温度变送器6安装在管道2靠阀门1侧，其温度传感器表贴于管道2上；无线超声泄漏传感器7安装在阀门1旁侧；各个传感器采集现场信息通过无线方式将信息上传给无线网关3，网关3通过有线方式与计算机4通信，计算机4上的分析软件通过这些数据来分析判断阀门1泄漏情况。

所述无线压力变送器安装在管道两侧，电池供电免维护。该部分利用压力分布法来进行检测的。在管道沿线的各个截断阀处分别设置无线压力传感器作为无线检测系统的输入，并同时采集压力信号汇总后构成该管道整体压力的分布图，最后依据压力曲线的变化特征确定泄漏程度和泄漏位置。由于地理环境和气候的变化以及管道支线的增多，会出现异常的曲线变化而使得出现误操作情况，但由于使用无线压力传感器可实时对相应变化作出相应的检测点的调整，从而增加检测的灵活性和准确性。无线压力变送器采集气体阀门两侧管路的压力变化信号，上传至无线网关。

所述表贴式无线温度变送器安装在管道靠阀门侧，电池供电免维护，其温度传感器表贴于管道上。该部分利用温度检测法来检测，主要利用在适用在流体的温度比环境温度显著高或显著低的地方，用表面安装的温度传感器作为无线检测系统的输入。例如蒸汽的泄漏时就会排出的蒸汽会使温度上升较多，或致冷液体会使温度显著下降处，均可用管夹头固定表面安装的热电阻或热电偶，测量可能发生泄漏的卸压阀和隔离阀的温度，从而推断泄漏的程度。无线温度变送器检测并采集管道温度的变化值，上传至无线网关。

所述无线超声泄漏传感器安装在阀门旁侧，电池供电免维护。该部分利用超声泄漏检测法来完成检测的。如果阀门出现漏点，气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小且雷诺数较高时，冲出的气体就会形成湍流。湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波，声波振动的频率与漏孔的大小有关。漏孔较大时，人耳可听到漏气声；漏孔很小且声波频率高于20kHz时，人耳(20Hz-20kHz)就听不到了。但它们能在空气中传播，这种传播被称作空载超声波。超声波是高频短波信号，其强度随着离开声源(漏孔)距离的增加而迅速衰减。通过阀门泄漏超声频谱分析，发现一般泄漏产生的声波频率在10kHz～100kHz之间．而能量主要分布于10kHz～50kHz之间，并且超声信号在40kHz点的漏气超声波能量都是比较大的，而且漏气声和本底噪声能量差值也最大。因此，可以以40kHz作为阀门泄漏所产生超声信号的中心频率，通过检测中心频率附近超声信号的强度，确定阀门是否存在漏点。其超声传感器检测利用以上方式检测并采集阀门气体泄漏时产生的超声信号，上传至无线网关。

所述无线网关，接收各类无线传感器上传的信号，通过有线方式将处理打包后的数据上传至计算机。

所述计算机安装分析软件，通过获得的压力曲线的变化特征、温度曲线的变化特征、超声泄漏特征曲线的变化特征，来综合分析阀门泄漏情况，包括是否泄漏，泄漏量的大小，并作出相应的综合分析曲线，并将数据存储。

该发明的检测方法中，利用了无线传感器网络这样一个新兴技术作为实现工具来完成现场数据的采集，并综合利用了压力分布法、温度检测法、超声泄漏检测法来对阀门的泄漏进行分析，从而更能准确地判断阀门产生泄漏的位置，并且及时的补漏，对于提高企业的生产效率和节约能源具有重大的意义。

Claims (3)

1.一种用于气体阀门泄漏的检测系统，其特征在于，包括无线压力变送器、表贴式无线温度变送器、无线超声泄漏传感器和无线网关和计算机，无线压力变送器和表贴式无线温度变送器安装在管道靠近被测阀门测；无线超声泄漏传感器安装在阀门旁侧；无线压力变送器和表贴式无线温度变送器采集传感器信号，无线变送器和无线超声泄漏传感器将现场信息通过无线方式上传给无线网关，无线网关与计算机通信，计算机上的分析软件通过现场数据来分析判断被测阀门泄漏情况。

2.根据权利要求1所述用于气体阀门泄漏的检测系统，其特征在于，所述无线压力变送器采集管道沿线的各个截断阀处设置的无线压力传感器信号。

3.根据权利要求1所述用于气体阀门泄漏的检测系统，其特征在于，所述表贴式无线温度变送器采集温度传感器信号，温度传感器表贴于管道上。

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