CN103424230A - 基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于超声波的阀门泄漏无线检测装置，用于检测储气罐上或输气管上的多个阀门是否泄漏气体，包括：多个超声波传感部，与多个阀门一一对应设置并分别具有传感识别码，当感应到阀门因发生气体泄漏而产生超声波时送出相应的泄漏信号及其传感识别码；通讯部，与超声波传感部进行无线通讯，接受泄漏信号及其传感识别码；存储部，超声波传感部的传感识别码相对应，存储阀门的位置识别码；处理部，根据通讯部接受到的传感识别码，从存储部检索出对应的阀门的位置识别码；以及泄漏警告部，根据通讯部接受到的泄漏信号及其位置识别码，发出泄漏警告并指明阀门的具体位置。

Description

基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及方法，特别是涉及一种用于气体阀门泄漏的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法。

背景技术

目前国内工业设备跑冒滴漏的能源浪费造成的损失每年高达几千亿元，而且对环境也造成污染。而这些设备大多在偏远的、危险的或不可及的区域。工业中大量用到用于储存和输送气体的管道，而连接和控制这些管道中气体流量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。

通常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，一旦在管道和反应罐或储罐中内达到了可能导致危险的压力，则通过卸压阀释放压力。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，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。但随着时间的推移，这些卸压阀会出现气体泄漏。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。具统计，大约有30%的卸压阀有某些程度的泄漏，超过了规定的允许值，其中有10%泄漏严重，成为产品泄漏和污染的主要来源。

阀门泄漏未及时发现通常会造成一个大型炼油厂或化工厂每年大约2000吨的产品的损失，并其污染了环境。如果采取有效的措施能及时发现和修复泄漏，那么，经由阀门泄漏所造成产品损耗和排放至少有80%可以避免。从这个意义上讲，能及时检测和修复阀门的泄漏，最大的挑战是如何在阀门开始发生泄漏时尽可能早地发现它。所以清醒认识和解决管道、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实时检测，已成为当前工厂安全工作的重要内容。因此，实时检测阀门泄漏，并及时地补漏对提高企业的生产效率和节能降耗具有重大意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于检测储气罐上或输气管上的多个阀门是否泄漏气体的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法。

本发明提供的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置具有这样的特征，包括多个超声波传感部，与多个阀门一一对应设置并分别具有传感识别码，当感应到阀门因发生气体泄漏而产生超声波时送出相应的泄漏信号及其传感识别码；通讯部，与超声波传感部进行无线通讯，接受泄漏信号及其传感识别码；存储部，超声波传感部的传感识别码相对应，存储阀门的位置识别码；处理部，根据通讯部接受到的传感识别码，从存储部检索出对应的阀门的位置识别码；以及泄漏警告部，根据通讯部接受到的泄漏信号及其所述位置识别码，发出泄漏警告并指明阀门的具体位置。

进一步，本发明提供的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置还可以具有这样的特征：超声波传感部对超声波进行滤波以及进行频谱分析得到频谱幅值，并把频谱幅值作为泄漏信号送给通讯部；存储部还存储频谱幅值与泄漏等级的对应关系；处理部根据通讯部接受到的频谱幅值，从存储部检索出对应的泄漏等级；泄漏警告部还告示泄漏等级。

进一步，本发明提供的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置还可以具有这样的特征：泄漏信号是上述频谱幅值。

另外，本发明还提供了一种用于检测储气罐上或输气管上的多个阀门是否泄漏气体的基于超声波的阀门泄漏无线检测方法，其工序具有这样的特征：设置分别具有传感识别码的多个超声波传感部与多个阀门一一对应，在感应到阀门因发生气体泄漏而产生超声波时送出相应的泄漏信号及其传感识别码；使用通讯部与超声波传感部进行无线通讯，接受泄漏信号及其传感识别码；使用存储部存储传感识别码与阀门的位置识别码的对应关系；使用处理部基于通讯部接受到的传感识别码，从存储部检索出对应的阀门的位置识别码；以及使用泄漏警告部基于通讯部接受到的泄漏信号及其位置识别码，发出泄漏警告并指明阀门的具体位置。

进一步，本发明提供的基于超声波的阀门泄漏无线检测方法还可以具有以下工序：采用超声波传感部对超声波进行滤波以及进行频谱分析得到频谱幅值，并把频谱幅值作为泄漏信号送给通讯部；采用存储部还存储频谱幅值与泄漏等级的对应关系；采用处理部根据通讯部接受到的频谱幅值，从存储部检索出对应的泄漏等级；采用泄漏警告部还告示泄漏等级。

进一步，本发明提供的基于超声波的阀门泄漏无线检测方法还可以具有这样的特征在于：泄漏信号是上述频谱幅值。

发明作用与效果

本发明基于超声波的阀门泄漏无线检测及方法对阀门泄漏进行检测，对现场的管道阀门没有侵害性，无须排线放线，安装部署灵活，投资小。另外，石油、天然气采集、炼油、石化、化工等工业中各种管道和储气罐上的卸压阀、隔离阀和旁通阀的泄漏，以及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，而通过本发明检测方法及装置在以上场合下使用，对于企业的节能降耗和环境保护具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明在实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置的结构示意图：

图2为本发明在实施例中的超声泄漏无线传感器的结构示意图；

图3为本发明在实施例中的传感识别码与阀门的位置识别码的对应关系示意图；

图4是本发明在实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置的泄漏警告部的显示示意图；

图5是本发明在实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法。

图1为本实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置的结构示意图。如图1所示，该基于超声波的阀门泄漏无线检测装置10可以用于检测储气罐上或输气管上的多个阀门是否泄漏气体。本实施例中用来对具有多个区域的100个阀门进行检测，其包括多个超声波传感部、监控装置8。

多个超声泄漏无线传感器11作为多个超声波传感部，与多个阀门一一对应设置并分别具有传感识别码。

监控装置18具有通讯部13、存储部15、处理部14、泄漏警告部16。

通讯部13，与超声波传感部进行无线通讯，接受泄漏信号及其传感识别码。

图3为本发实施例中的传感识别码与阀门的位置识别码的对应关系示意图。如图3所示，存储部15与超声波传感部的传感识别码相对应的存储有阀门的位置识别码。

处理部14，根据通讯部接受到的传感识别码，从存储部检索出对应的阀门的位置识别码。泄漏警告部16，根据通讯部接受到的泄漏信号及其所述位置识别码，发出泄漏警告并指明阀门的具体位置。

每个超声泄漏无线传感器相对应的安装于管道阀门的旁侧，当感应到所述阀门因发生气体泄漏而产生超声波时送出相应的泄漏信号及其传感识别码。

通讯部13为无线网关，与每个超声泄漏无线传感器进行无线通讯，从而接受泄漏信号及其传感识别码。存储部5、处理部4、泄漏警告部16都设置于计算机中，而无线网关通过有线的方式与该计算机相连接从而将泄漏信号及其传感识别码输送给计算机。计算机中的处理部14根据传感识别码从所述存储部检索出对应的所述阀门的所述位置识别码。而计算机的显示器作为泄漏警告部16来基于无线网关接受到的泄漏信号及其位置识别码，发出泄漏警告并指明所述阀门的具体位置。

具体检测方法实现如下：

超声泄漏无线传感器相对应地安装在阀门旁侧，电池供电免维护。该部分利用基于超声波的泄漏检测方法来完成检测的。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。当漏孔很小且声波频率高于20kHz时，人耳(20Hz-20kHz)就听不到了，该种情况作为微弱泄漏。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。通过阀门泄漏产生的超声波的频谱分析，发现泄漏产生的声波频率在30kHz~40kHz之间时为一般泄漏。而泄漏产生的声波频率在30kHz~40kHz时，为严重泄漏。因此，以40kHz作为阀门泄漏所产生超声波信号的中心频率，通过检测中心频率附近超声波信号的强度，确定阀门是否存在泄漏。基于超声波的阀门泄漏无线检测装置10利用以上方式感应阀门泄漏时产生的超声波信号及，将信号分析的结果上传至无线网关。

所述无线网关，接收每个超声泄漏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。

图2为本实施例中的超声泄漏无线传感器的结构示意图。如图2所示，超声波信号采集模块6对泄漏气体产生的超声波信号进行采集，去除本地噪声获取40Hz左右的超声信号，并放大后通过A/D将其转化为数字信号送入处理器5进行信号处理。由处理器5对采集到的信号进行FIR滤波、FFT快速傅里叶变换运算后求得信号的频谱，根据谱线来进行频谱分析从而得出频谱幅值，由此得出判断是否泄漏的依据，并通过无线通讯模块7传送出去。存储器9则用来存储频谱分析的结果。电源模块8由电池供电，该超声泄漏无线传感器有三种工作状态：向相邻节点发送消息；侦听处在发送状态的相邻节点；与嵌入的传感单元或处理器交换信息。无线传感节点的功率有95%是在发射和接收时损耗掉的。而在其它的时间里，节点处于休眠状态，功耗极低。使无线传感器保持一个精确的时间读出，且通过与相邻传感器交换补偿信息来保证同步，这样无线网络传感器可以达到共享发送、接收和休眠的精确时间同步。设计无线网络中所有传感器的占空比为1%，可以实现无线网络中的传感器供电电池的长寿命。

图5是本发明在实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置的工作流程示意图。

该基于超声波的阀门泄漏无线检测装置10的工作流程如下：

S1：多个超声泄漏无线传感器都处于工作状态。

S2：超声泄漏无线传感器感应到因气体泄漏而产生的超声波。

S3：超声泄漏无线传感器生成泄漏信号以及传感识别码。

S4:通过作为通讯部的无线网关接收上述泄漏信号以及传感识别码。

S5：监控装置中的处理部根据传感识别码从存储部中检索出相对应的阀门的位置识别码。

S6：显示器根据泄漏信号及其位置识别码发生声音或者图形或者图像的任意组合的警告信息并指明对应阀门的具体位置。

例如，当超声泄漏无线传感器感应到超声波时，发出的传感识别码为002。无线网关通过无线通讯来接收该数据并通过有线连接来与计算机连接，传感识别码002即被传输给了监控装置18，监控装置18中的处理部14从存储部15中检索出与传感识别码为002的超声泄漏无线传感器相对应的阀门位置识别码为01-0002。

图4是本实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置的泄漏警告部的显示示意图。如图4所示，显示器作为泄漏警告部16显示出“现在1号区域的0002阀门（01-0002）发生气体泄漏，请立即处理！！！”。从而及时的提醒了操作人员及时处理漏气阀门。

显然上述的泄漏信号和传感识别码为同一个信号即可。

本实施例中的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法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信号的采集，并利用了非接触的超声波原理对阀门泄漏进行分析和处理，从而及时地发现阀门泄漏的情况，并及时补漏，这对于提高企业的生产效率和节能降耗具有重大意义。

显然，本实施例中的超声泄漏无线传感器把其内部的处理器进行频谱分析得到的频谱幅值作为泄漏信号也发送给了监控装置18，而存储部15中还可以存储有频谱幅值与泄漏等级（例如微弱泄漏、一般泄漏、严重泄漏）的对应关系，处理部14根据无线网关接受到的频谱幅值从存储部检索出对应的泄漏等级，从而泄漏警告部还告示出该对应的泄漏等级。

实施例作用与效果

本实施例的基于超声波的阀门泄漏无线检测及方法利用一般阀门泄漏将会产生30~40Hz频率范围超声波的原理，在阀门旁侧安装基于超声波的无线传感器，采集阀门泄漏产生的超声波信号，并对信号进行滤波和频谱分析，最后将频谱分析的结果通过无线传感网络上传至无线网关，无线网关通过有线方式与监控计算机系统连接，计算机上的监控软件显示阀门泄漏情况。本发明方法准确度和灵敏度较高，无线传感器电池供电，安装便捷，不需要额外敷设信号线缆。通过该无线传感器网络的部署能及时地发现阀门产生泄漏，并及时补漏，对于提高企业的生产效率和节能降耗具有重大意义。

Claims (6)

1.一种基于超声波的阀门泄漏无线检测装置，用于检测储气罐上或输气管上的多个阀门是否泄漏气体，其特征在于，包括：

多个超声波传感部，与所述多个阀门一一对应设置并分别具有传感识别码，当感应到所述阀门因发生气体泄漏而产生超声波时送出相应的泄漏信号及其所述传感识别码；

通讯部，与所述超声波传感部进行无线通讯，接受所述泄漏信号及其所述传感识别码；

存储部，所述超声波传感部的所述传感识别码相对应，存储所述阀门的位置识别码；

处理部，根据通讯部接受到的所述传感识别码，从所述存储部检索出对应的所述阀门的所述位置识别码；以及

泄漏警告部，根据通讯部接受到的所述泄漏信号及其所述位置识别码，发出泄漏警告并指明所述阀门的具体位置。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置，其特征在于：

其中，所述超声波传感部对所述超声波进行滤波以及进行频谱分析得到频谱幅值，并把所述频谱幅值作为所述泄漏信号送给所述通讯部；

所述存储部还存储所述频谱幅值与泄漏等级的对应关系；

所述处理部根据通讯部接受到的所述频谱幅值，从所述存储部检索出对应的所述泄漏等级；

所述泄漏警告部还告示所述泄漏等级。

3.根据权利要求1所述的基于超声波的阀门泄漏无线检测装置，其特征在于：

其中，所述泄漏信号是所述传感识别码。

4.一种基于超声波的阀门泄漏无线检测方法，用于检测储气罐上或输气管上的多个阀门是否泄漏气体，其特征在于，包括以下工序：

设置分别具有传感识别码的多个超声波传感部与所述多个阀门一一对应，在感应到所述阀门因发生气体泄漏而产生超声波时送出相应的泄漏信号及其所述传感识别码；

使用通讯部与所述超声波传感部进行无线通讯，接受所述泄漏信号及其所述传感识别码；

使用存储部存储所述传感识别码与所述阀门的位置识别码的对应关系；

使用处理部基于通讯部接受到的所述传感识别码，从所述存储部检索出对应的所述阀门的所述位置识别码；以及

使用泄漏警告部基于通讯部接受到的所述泄漏信号及其所述位置识别码，发出泄漏警告并指明所述阀门的具体位置。

5.根据权利要求4所述的基于超声波的阀门泄漏无线检测方法，其特征在于，还具有以下工序：

采用所述超声波传感部对所述超声波进行滤波以及进行频谱分析得到频谱幅值，并把所述频谱幅值作为所述泄漏信号送给所述通讯部；

采用所述存储部还存储所述频谱幅值与泄漏等级的对应关系；

采用所述处理部根据通讯部接受到的所述频谱幅值，从所述存储部检索出对应的所述泄漏等级；

采用所述泄漏警告部还告示所述泄漏等级。

6.根据权利要求4所述的基于超声波的阀门泄漏无线检测方法，其特征在于：

其中，所述泄漏信号是所述频谱幅值。

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