CN103712059A - 液化天然气储罐泄漏区域定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了液化天然气储罐泄漏定位方法，包括步骤：(a)在储罐外壁上安装4组灯泡做为参考点；(b)在储罐外安装四台红外热像仪；(c)打开八个灯泡，开启四台红外热像仪对液化天然气储罐进行红外成像扫查，形成温度分布红外图像，然后将温度分布红外图像传入计算机进行分析处理；（d）截取液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中出现局部连续降温变化的降温图像部分，根据降温图像部分做出等温线；(e)在控制温度所在的等温线上任取N点，计算出其对应于储罐外壁上的储罐泄漏对应点，将全部储罐泄漏对应点连接到一起得到的连线所包围的区域为实际的储罐泄漏区域。采用本方法可提高LNG储罐工作可靠性。

Description

液化天然气储罐泄漏区域定位方法

技术领域

本发明涉及一种监测定位装置，尤其涉及LNG储罐泄漏区域的分析与定位技术。

背景技术

液化天然气(LNG)储罐是液化天然气运输和储存必不可少的储气容器,近年来LNG储罐的研制在向大容量方向发展。LNG储罐是由盛装低温LNG液体的钢质内罐和提供正常操作环境与保护功能的混凝土外罐组成的复合设施。一旦钢质内罐局部出现破裂，保温层失效、储罐外壁混凝土破坏,都会引起严重泄漏现象，使混凝土罐壁内侧急剧降温产生的拉应力会把罐壁内侧拉裂。随着泄漏的持续，外罐受影响区域的深度和广度将逐渐向罐壁外侧和沿罐壁高度发展，危及外罐的安全。

目前国际上对于LNG储罐泄漏故障诊断的研究并不多，且现有的泄漏定位方法大多需要耗费大量资金，安装复杂，实用性较差。

发明内容

本发明的主要目的在于克服已有技术的不足，提供一种及时发现泄漏情况的液化天然气储罐泄漏定位方法。

本发明的目的是由以下技术方案实现的:

本发明的液化天然气储罐泄漏定位方法，它包括以下步骤：

(a)在液化天然气储罐外壁上安装4组灯泡做为参考点，依次为第一、二、三、四组灯泡，每组灯泡包括沿同一竖直方向分别安装在液化天然气储罐顶和储罐底的上、下两只灯泡，四组灯泡中的四个上灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布，四组灯泡中的四个下灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布；

(b)在液化天然气储罐外安装四台红外热像仪，所述的四台红外热像仪位于同一圆周方向上并且位于液化天然气储罐1/2高度处，所述的四台红外热像仪分别位于两组灯泡之间的中间位置，调整四台红外热像仪距离液化天然气储罐外壁的距离使每一台红外热像仪可以检测到大于储罐外壁四分之一的区域，所述的四台红外热像仪安装倾角为零，且拍摄所得的热图中心正对四个灯泡投影所组成的平面中心；

(c)打开八个灯泡，开启四台红外热像仪对液化天然气储罐进行红外成像扫查，形成温度分布红外图像，然后将温度分布红外图像传入计算机进行如下分析处理：以灯泡所在点为图像的特征点，对特征点附近区域进行匹配计算，依次对四个图像进行左右相连拼接，去除相邻图像间的重叠区域作为液化天然气储罐整体外壁温度分布图像；

（d）截取液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中出现局部连续降温变化的降温图像部分，根据降温图像部分做出等温线，等温线由外部趋近于泄漏中心处的温度依次降低，从而确定泄漏所在区域，确定泄漏所在区域具体步骤为：以最低温度点处为等温线坐标原点建立最低温度直角坐标系，以平行于温度图像底边的水平方向为横坐标方向，以竖直向下的高度方向为纵坐标的正方向，在纵坐标的正方向取3米参考区域对温度进行分析，确定温度随高度的变化关系，建立温度-高度变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正；在此基础上求出温度的导数与高度之间的关系，建立导数-高度变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正，并确定温度导数最大值；取0.707×温度导数最大值为温度变化控制点，该温度变化控制点所对应的高度坐标，对应到温度-高度变化曲线图上，得到所述的温度变化控制点所对应的高度坐标的控制温度，控制温度所在的等温线所包围的区域就是泄漏所在区域；

(e)取控制温度所在的等温线上的任意A点，确定该任意A点在图像像素坐标系中的位置，

然后根据公式

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}=-\arccos \left(\frac{H}{h_0}\right[u-(t-1)m]\·d_x/R)+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}\right.,$

将图像中泄漏区域对应到液化天然气储罐外壁表面，式中(ρ,θ,h)为控制温度所在的等温线上的任意A点在液化天然气储罐外壁上的储罐泄漏对应点在以储罐底面中心为坐标原点的底面中心坐标系中的位置坐标，底面中心坐标系以储罐底面的圆心为坐标原点，连结第一、二组灯泡的下两只灯泡，以平行于此连接线的直线为x轴，正方向为由第一组灯泡指向第二组，y轴为通过坐标原点且正方向为竖直向上的直线，z轴为通过坐标原点且垂直于xo₂y平面向外的直线，（x₂,y₂,z₂）是在储罐底面中心坐标系下，红外图像中储罐泄漏点对应到储罐外壁上的点坐标；ρ是液化天然气储罐底面半径；θ是液化天然气储罐底面中心点与所述的储罐泄漏对应点在液化天然气储罐底面投影的连线与所述的底面中心坐标系的x轴正方向之间的夹角，h为所述的储罐泄漏对应点与液化天然气储罐底面间的竖直距离，H是储罐高度，h₀是在图像坐标系下过储罐泄露点且平行于图像坐标系y轴的直线上储罐顶距储罐底之间的竖直距离，u、v分别是任意A点在像素直角坐标系中的横坐标和纵坐标，图像坐标系和像素直角坐标系均是以液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中第一、二组的四只灯泡为角点的矩形中心所在的位置为坐标原点，以水平向右的方向为x轴正方向，以竖直向上的方向为y轴正方向建立的平面直角坐标系，像素直角坐标系中的坐标为像素点，图像坐标系中的坐标为以毫米为单位的位置坐标，d_x,d_y分别表示红外热像仪x、y方向上的单位像素间的距离，t为任意A点在组成液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中所处的组成图像的序位号，按照从左到右的顺序，任意A点处在液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中的四幅拼接组成图像的序位号分别为1、2、3、4，m是单个红外热像仪所拍摄的温度分布红外图像经裁剪去掉重叠区域后横向距离所包含的像素个数，在控制温度所在的等温线上任取N点，依次通过上述公式计算出其对应于储罐外壁上的储罐泄漏对应点，将全部储罐泄漏对应点连接到一起得到的连线所包围的区域为实际的储罐泄漏区域。

采用本方法可以通过液化天然气储罐表面温度变化，确定温度变化控制点，定位储罐泄漏所在区域，缩小泄漏排查区域，在此基础上，进一步确定储罐发生故障的部分，一方面操作简单方便，另一方面可大大减少了储罐防护工作量，提高LNG储罐工作可靠性，避免危险情况的发生。

附图说明

图1是本发明的液化天然气储罐泄漏定位方法中采用的设备的整体安装示意图；

图2是图1所示的安装结构的俯视图；

图3为热图像裁剪去除重叠区域的示意图；

图4是图3中的四个红外热像仪拍摄的热图像经拼接后的整体储罐外壁温度分布图；

图5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6为泄漏区域等温线示意图；

图6-1是泄漏区域坐标图，6-2是温度-高度、导数-高度图；

图7是被监测的液化天然气储罐的坐标系示意图；

图8是被监测的液化天然气储罐的横截面点投影示意图。

具体实施方式

如附图所示的本发明的液化天然气储罐泄漏三维监测与漏点定位方法，它包括以下步骤：(a)在液化天然气储罐外壁上安装4组灯泡2做为参考点，依次为第一、二、三、四组灯泡，每组灯泡包括沿同一竖直方向分别安装在液化天然气储罐顶和储罐底的上、下两只灯泡，四组灯泡中的四个上灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布，四组灯泡中的四个下灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布；(b)在液化天然气储罐1外安装四台红外热像仪3，所述的四台红外热像仪位于同一圆周方向上并且位于液化天然气储罐1/2高度处，所述的四台红外热像仪分别位于两组灯泡之间的中间位置，调整四台红外热像仪距离液化天然气储罐外壁的距离使每一台红外热像仪可以检测到大于储罐外壁四分之一的区域，所述的四台红外热像仪安装倾角为零，且拍摄所得的热图中心正对该两组灯泡投影所组成的平面中心；图1中1是液化天然气储罐，2是灯泡，3是红外热像仪，4是热像仪拍摄的储罐外壁最小区域。(c)打开八个灯泡，开启四台红外热像仪对液化天然气储罐进行红外成像扫查，形成温度分布红外图像，然后将温度分布红外图像传入计算机进行如下分析处理：以灯泡所在点为图像的特征点，对特征点附近区域进行匹配计算，依次对四个图像进行左右相连拼接，去除相邻图像间的重叠区域（如图3中5是图像间的重叠区域）作为液化天然气储罐整体外壁温度分布图像，如图4所示；（d）由于泄漏在高度方向上存在温度变化剧烈区和温度变化平缓区，在最低温度点处建立直角坐标系如图6-1所示，截取液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中出现局部连续降温变化的降温图像部分，根据降温图像部分做出等温线，等温线由外部趋近于泄漏中心处的温度依次降低，从而确定泄漏所在区域，图5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6列出了6种可能出现的泄漏区域等温线示意图。确定泄漏所在区域具体步骤为：以最低温度点处为等温线坐标原点建立最低温度直角坐标系，以平行于温度图像底边的水平方向为横坐标方向，以竖直向下的高度方向为纵坐标的正方向，在纵坐标的正方向取3米参考区域对温度进行分析，确定温度t随高度y的变化关系，建立温度-高度t-y变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正；在此基础上求出温度的导数t'与高度y之间的关系，建立导数-高度t'-y变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正，并确定温度导数最大值maxt'；取0.707×温度导数最大值maxt'为温度变化控制点，该温度变化制点所对应的高度坐标为y₃，对应到温度-高度t-y变化曲线图上，得到所述的温度变化控制点所对应的高度坐标y₃的控制温度t₃，控制温度t₃所在的等温线所包围的区域就是泄漏所在区域。图6-2中，t₁是温降区的最低温度，t₂是高度是3m处的温度，t₃是高度为y₃时的温度，maxt'是温度导数的最大值。

(e)取控制温度所在的等温线上的任意A点，确定该任意A点在图像像素坐标系中的位置(u,v)，

然后根据公式

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}=-\arccos \left(\frac{H}{h_0}\right[u-(t-1)m]\·d_x/R)+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}\right.,$

将图像中泄漏区域对应到液化天然气储罐外壁表面，式中(ρ,θ,h)为控制温度所在的等温线上的任意A点在液化天然气储罐外壁上的储罐泄漏对应点在以储罐底面中心为坐标原点的底面中心坐标系中的位置坐标，底面中心坐标系以储罐底面的圆心为坐标原点，连结第一、二组灯泡的下两只灯泡，以平行于此连接线的直线为x轴，正方向为由第一组灯泡指向第二组，y轴为通过坐标原点且正方向为竖直向上的直线，z轴为通过坐标原点且垂直于xo₂y平面向外的直线，（x₂,y₂,z₂）是在储罐底面中心坐标系下，红外图像中储罐泄漏点对应到储罐外壁上的点坐标；ρ是液化天然气储罐底面半径；θ是液化天然气储罐底面中心点与所述的储罐泄漏对应点在液化天然气储罐底面投影的连线与所述的底面中心坐标系的x轴正方向之间的夹角，h为所述的储罐泄漏对应点与液化天然气储罐底面间的竖直距离，H是储罐高度，h₀是在图像坐标系下过储罐泄露点且平行于图像坐标系y轴的直线上储罐顶距储罐底之间的竖直距离，u、v分别是任意A点在像素直角坐标系中的横坐标和纵坐标，图像坐标系和像素直角坐标系均是以液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中第一、二组的四只灯泡为角点的矩形中心所在的位置为坐标原点，以水平向右的方向为x轴正方向，以竖直向上的方向为y轴正方向建立的平面直角坐标系，像素直角坐标系中的坐标为像素点，而图像坐标系中的坐标为以毫米为单位的位置坐标，d_x,d_y分别表示红外热像仪x、y方向上的单位像素间的距离，t为任意A点在组成液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中所处的组成图像的序位号，按照从左到右的顺序，任意A点处在液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中的四幅拼接组成图像的序位号分别为1、2、3、4，m是单个红外热像仪所拍摄的温度分布红外图像经裁剪去掉重叠区域后横向距离所包含的像素个数，在控制温度所在的等温线上任取N点，依次通过上述公式计算出其对应于储罐外壁上的储罐泄漏对应点，将全部储罐泄漏对应点连接到一起得到的连线所包围的区域为实际的储罐泄漏区域。

公式

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}=-\arccos \left(\frac{H}{h_0}\right[u-(t-1)m]\·d_x/R)+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}\right.$

的求解过程如下：

由于红外热像仪采集的图像以标准电视信号的形式输入计算机，经数模转换器转换为数字图像，所以每幅数字图像在计算机内以数组形式存储，数组的每一个元素(像素)的值就是图像点的亮度(或称为灰度)。设每个图像去除重叠区域后均剩余m×n个像素点，则四个图像拼接后包含像素点为4m×n。

在图像上定义像素直角坐标系o-uv，以图像中第一、二组的四只灯泡为角点组成的矩形区域中心所在的位置为坐标原点o，以水平向右的方向为u轴正方向，以竖直向上的方向为v轴正方向建立的平面像素直角坐标系，每一像素的坐标(u,v)分别表示该像素在数组中的列数和行数。在与o-uv相同坐标原点处建立物理单位为毫米图像平面坐标系o-xy，d_x,d_y分别表示图像平面上单位像素间的距离，则有：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}u& 0\\ 0& v\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{d}_x\\ d_y\end{array}\right]---\left(1\right)$

在储罐纵截面上建立坐标系o₁-xyz如图7所示，储罐纵截面坐标系是以包含第一、二组灯泡的储罐截面为坐标平面，以纵截面中四个灯泡为角点组成的矩形区域中心所在的位置为坐标原点o₁，连结第一、二组灯泡的下两只灯泡，以平行于此连接线的直线为x轴，正方向为由第一组灯泡指向第二组，y轴为通过坐标原点且正方向为竖直向上的直线，z轴为通过坐标原点且垂直于xo₁y平面向外的直线。设在图像坐标系o-xy下，图像中划定区域的某点的坐标为（x,y），通过此点做平行于图像坐标系y轴的直线，在此直线上投影所得的储罐顶距储罐底的距离是h₀，在储罐截面坐标系o₁-xyz中每组上下两只灯泡相距H,则在外壁上坐标为(x₁,y₁,z₁),其中

$\frac{h_0}{H}=\frac{y}{y_1}=\frac{x}{x_1}---\left(2\right)$

为方便表示和以后位置确定，在储罐底面中心处建立以储罐底面中心为坐标原点的底面中心坐标系o₂-xyz，底面中心坐标系以储罐底面的圆心为坐标原点o₂，连结第一、二组灯泡的下两只，以平行于此连接线的直线为x轴，正方向为由第一组指向第二组，y轴为通过坐标原点且正方向为竖直向上的直线，z轴为通过坐标原点且垂直于xo₂y平面向外的直线，如图7储罐坐标系示意图，两坐标系之间的坐标变换为：

$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ z_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ \frac{H}{2}\\ \frac{R}{\sqrt{2}}\end{array}\right]---\left(3\right)$

式中，R表示储罐底面半径。

设点A是图像中的某点，(u₀,v₀)是其像素坐标，由公式（1）可知对应的图像坐标(x₀,y₀)，A点对应于储罐截面纵坐标系中的A1点和储罐底面中心坐标系中的A2点，由公式（2）（3）可得A1点坐标(x₁,y₁,z₁)和A2点坐标(x₂,y₂,z₂)（图8是储罐横截面点投影示意图，表示A1、A2所在的储罐横截面），以A2点的柱面坐标系表示其位置，即A2点位置为(ρ,θ,h)，ρ是液化天然气储罐底面半径R；θ是液化天然气储罐底面中心点与所述的储罐泄漏对应点A2在液化天然气储罐底面投影的连线与所述的底面中心坐标系的x轴正方向之间的的夹角，h为所述的储罐泄漏对应点A2与液化天然气储罐底面间的竖直距离，当

时，由几何关系计算可得A2位置：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}{v}_0\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}=-\arccos (\frac{H}{h_0}{u}_0\·d_x/R)---\left(4\right)\right.$

当

时，为便于计算，可先将坐标系o₁-xyz和o₂-xyz绕储罐中心轴线旋转90度角，使相对坐标分布与图7相同，将A点坐标转移到新坐标系中，则，按照几何关系计算后再将坐标系o₁-xyz和o₂-xyz逆转90度变换回原位，最后得A2位置(ρ,θ,h)：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{\mathrm{\π}}{2}=-\arccos (\frac{H}{h_0}(u-m)\·d_x/R)+\frac{\mathrm{\π}}{2}\right.$

同理可得，时，A2点位置(ρ,θ,h)为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\mathrm{\π}=-\arccos (\frac{H}{h_0}(u-2m)\·d_x/R)+\mathrm{\π}\right.$

时，A2点位置(ρ,θ,h)为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{3}{2}\mathrm{\π}=-\arccos (\frac{H}{h_0}(u-3m)\·d_x/R)+\frac{3}{2}\right.\mathrm{\π}$

综上所述，设t为任意A点在组成液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中所处的组成图像的序位号，按照从左到右的顺序，任意A点处在液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中的四幅拼接组成图像的序位号分别为1、2、3、4，m是单个红外热像仪所拍摄的热图像经裁剪去掉重叠区域后横向距离所包含的像素个数，ρ是液化天然气储罐底面半径R；θ是液化天然气储罐底面中心点与所述的储罐泄漏对应点A2在液化天然气储罐底面投影的连线与所述的底面中心坐标系的x轴正方向之间的的夹角，h为所述的储罐泄漏对应点A2与液化天然气储罐底面间的竖直距离，则(ρ,θ,h)可统一表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}=-\arccos \left(\frac{H}{h_0}\right[u-(t-1)m]\·d_x/R)+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}\right.$

实施例1

(a)在液化天然气储罐外壁上安装4组灯泡做为参考点，依次为第一、二、三、四组灯泡，每组灯泡包括沿同一竖直方向分别安装在液化天然气储罐顶和储罐底的上、下两只灯泡，四组灯泡中的四个上灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布，四组灯泡中的四个下灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布；(b)在液化天然气储罐外安装四台红外热像仪，所述的四台红外热像仪位于同一圆周方向上并且位于液化天然气储罐1/2高度处，所述的四台红外热像仪分别位于两组灯泡之间的中间位置，调整四台红外热像仪距离液化天然气储罐外壁的距离使每一台红外热像仪可以检测到大于储罐外壁四分之一的区域，所述的四台红外热像仪安装倾角为零，且拍摄所得的热图中心正对该两组灯泡投影所组成的平面中心。(c)打开八个灯泡，开启四台红外热像仪对液化天然气储罐进行红外成像扫查，形成温度分布红外图像，然后将温度分布红外图像传入计算机进行如下分析处理：以灯泡所在点为图像的特征点，对特征点附近区域进行匹配计算，依次对四个图像进行左右相连拼接，去除相邻图像间的重叠区域作为液化天然气储罐整体外壁温度分布图像；（d）截取液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中出现局部连续降温变化的降温图像部分，根据降温图像部分做出等温线，等温线由外部趋近于泄漏中心处的温度依次降低，从而确定泄漏所在区域，确定泄漏所在区域具体步骤为：以最低温度点处为等温线坐标原点建立最低温度直角坐标系，以平行于温度图像底边的水平方向为横坐标方向，以竖直向下的高度方向为纵坐标的正方向，在纵坐标的正方向取3米参考区域对温度进行分析，确定温度t随高度y的变化关系，建立温度-高度t-y变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正；在此基础上求出温度的导数t'与高度y之间的关系，建立导数-高度t'-y变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正，并确定温度导数最大值maxt'；取0.707×温度导数最大值maxt'为温度变化控制点，该温度变化控制点所对应的高度坐标为y₃，对应到温度-高度t-y变化曲线图上，得到所述的温度变化控制点所对应的高度坐标y₃的控制温度t₃，控制温度t₃所在的等温线所包围的区域就是泄漏所在区域。

(e)取控制温度所在的等温线上的任意A点，确定该任意A点在图像像素坐标系中的位置(u,v)，

根据公式

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}=-\arccos \left(\frac{H}{h_0}\right[u-(t-1)m]\·d_x/R)+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}\right.,$

将图像中泄漏区域对应到液化天然气储罐外壁表面，式中(ρ,θ,h)为控制温度所在的等温线上的任意A点在液化天然气储罐外壁上的储罐泄漏对应点在以储罐底面中心为坐标原点的底面中心坐标系中的位置坐标，底面中心坐标系以储罐底面的圆心为坐标原点，连结第一、二组灯泡的下两只灯泡，以平行于此连接线的直线为x轴，正方向为由第一组灯泡指向第二组，y轴为通过坐标原点且正方向为竖直向上的直线，z轴为通过坐标原点且垂直于xo₂y平面向外的直线，（x₂,y₂,z₂）是在储罐底面中心坐标系下，红外图像中储罐泄漏点对应到储罐外壁上的点坐标；ρ是液化天然气储罐底面半径；θ是液化天然气储罐底面中心点与所述的储罐泄漏对应点在液化天然气储罐底面投影的连线与所述的底面中心坐标系的x轴正方向之间的夹角，h为所述的储罐泄漏对应点与液化天然气储罐底面间的竖直距离，H是储罐高度，h₀是在图像坐标系下过储罐泄露点且平行于图像坐标系y轴的直线上储罐顶距储罐底之间的竖直距离，u、v分别是任意A点在像素直角坐标系中的横坐标和纵坐标，图像坐标系和像素直角坐标系均是以液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中第一、二组的四只灯泡为角点的矩形中心所在的位置为坐标原点，以水平向右的方向为x轴正方向，以竖直向上的方向为y轴正方向建立的平面直角坐标系，像素直角坐标系中的坐标为像素点，而图像坐标系中的坐标为以毫米为单位的位置坐标，d_x,d_y分别表示红外热像仪x、y方向上的单位像素间的距离，t为任意A点在组成液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中所处的组成图像的序位号，按照从左到右的顺序，任意A点处在液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中的四幅拼接组成图像的序位号分别为1、2、3、4，m是单个红外热像仪所拍摄的热图像经裁剪去掉重叠区域后横向距离所包含的像素个数，在控制温度所在的等温线上任取N点，依次通过上述公式计算出其对应于储罐外壁上的储罐泄漏对应点，将全部储罐泄漏对应点连接到一起得到的连线所包围的区域为实际的储罐泄漏区域。

采用本方法可以通过液化天然气储罐表面温度变化，确定温度变化控制点，定位储罐泄漏所在区域，缩小泄漏排查区域，在此基础上，进一步确定储罐发生故障的部分，一方面操作简单方便，另一方面可大大减少了储罐防护工作量，提高LNG储罐工作可靠性。

Claims (1)

1.液化天然气储罐泄漏定位方法，其特征在于它包括以下步骤：

(a)在液化天然气储罐外壁上安装4组灯泡做为参考点，依次为第一、二、三、四组灯泡，每组灯泡包括沿同一竖直方向分别安装在液化天然气储罐顶和储罐底的上、下两只灯泡，四组灯泡中的四个上灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布,四组灯泡中的四个下灯泡位于同一圆周方向上并且间距45度分布；

(b)在液化天然气储罐外安装四台红外热像仪，所述的四台红外热像仪位于同一圆周方向上并且位于液化天然气储罐1/2高度处，所述的四台红外热像仪分别位于两组灯泡之间的中间位置，调整四台红外热像仪距离液化天然气储罐外壁的距离使每一台红外热像仪可以检测到大于储罐外壁四分之一的区域，所述的四台红外热像仪安装倾角为零，且拍摄所得的热图中心正对四个灯泡投影所组成的平面中心；

(c)打开八个灯泡，开启四台红外热像仪对液化天然气储罐进行红外成像扫查，形成温度分布红外图像，然后将温度分布红外图像传入计算机进行如下分析处理：以灯泡所在点为图像的特征点，对特征点附近区域进行匹配计算，依次对四个图像进行左右相连拼接，去除相邻图像间的重叠区域作为液化天然气储罐整体外壁温度分布图像；

（d）截取液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中出现局部连续降温变化的降温图像部分，根据降温图像部分做出等温线，等温线由外部趋近于泄漏中心处的温度依次降低，从而确定泄漏所在区域，确定泄漏所在区域具体步骤为：以最低温度点处为等温线坐标原点建立最低温度直角坐标系，以平行于温度图像底边的水平方向为横坐标方向，以竖直向下的高度方向为纵坐标的正方向，在纵坐标的正方向取3米参考区域对温度进行分析，确定温度随高度的变化关系，建立温度-高度变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正；在此基础上求出温度的导数与高度之间的关系，建立导数-高度变化曲线图并进行曲线拟合，光滑修正，并确定温度导数最大值；取0.707×温度导数最大值为温度变化控制点，该温度变化控制点所对应的高度坐标，对应到温度-高度变化曲线图上，得到所述的温度变化控制点所对应的高度坐标的控制温度，控制温度所在的等温线所包围的区域就是泄漏所在区域；

(e)取控制温度所在的等温线上的任意A点，确定该任意A点在图像像素坐标系中的位置，

然后根据公式

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}=R\\ \mathrm{\θ}=\mathrm{\α}=-\arccos \frac{x_2}{R}\\ h=y_2=\frac{H}{h_0}v\·d_y+\frac{H}{2}\end{array}+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}=-\arccos \left(\frac{H}{h_0}\right[u-(t-1)m]\·d_x/R)+\frac{t-1}{2}\mathrm{\π}\right.,$

将图像中泄漏区域对应到液化天然气储罐外壁表面，式中(ρ,θ,h)为控制温度所在的等温线上的任意A点在液化天然气储罐外壁上的储罐泄漏对应点在以储罐底面中心为坐标原点的底面中心坐标系中的位置坐标，底面中心坐标系以储罐底面的圆心为坐标原点，连结第一、二组灯泡的下两只灯泡，以平行于此连接线的直线为x轴，正方向为由第一组灯泡指向第二组，y轴为通过坐标原点且正方向为竖直向上的直线，z轴为通过坐标原点且垂直于xo₂y平面向外的直线，（x₂,y₂,z₂）是在储罐底面中心坐标系下，红外图像中储罐泄漏点对应到储罐外壁上的点坐标；ρ是液化天然气储罐底面半径；θ是液化天然气储罐底面中心点与所述的储罐泄漏对应点在液化天然气储罐底面投影的连线与所述的底面中心坐标系的x轴正方向之间的夹角，h为所述的储罐泄漏对应点与液化天然气储罐底面间的竖直距离，H是储罐高度，h₀是在图像坐标系下过储罐泄露点且平行于图像坐标系y轴的直线上储罐顶距储罐底之间的竖直距离，u、v分别是任意A点在像素直角坐标系中的横坐标和纵坐标，图像坐标系和像素直角坐标系均是以液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中第一、二组的四只灯泡为角点的矩形中心所在的位置为坐标原点，以水平向右的方向为x轴正方向，以竖直向上的方向为y轴正方向建立的平面直角坐标系，像素直角坐标系中的坐标为像素点，图像坐标系中的坐标为以毫米为单位的位置坐标，d_x,d_y分别表示红外热像仪x、y方向上的单位像素间的距离，t为任意A点在组成液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中所处的组成图像的序位号，按照从左到右的顺序，任意A点处在液化天然气储罐整体外壁温度分布图像中的四幅拼接组成图像的序位号分别为1、2、3、4，m是单个红外热像仪所拍摄的温度分布红外图像经裁剪去掉重叠区域后横向距离所包含的像素个数，在控制温度所在的等温线上任取N点，依次通过上述公式计算出其对应于储罐外壁上的储罐泄漏对应点，将全部储罐泄漏对应点连接到一起得到的连线所包围的区域为实际的储罐泄漏区域。

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