CN104033732A - 压力介质管路的监测装置、方法及应用该装置的冷库监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管路泄漏检测技术领域，公开一种压力介质管路的监测装置、方法及应用该装置的冷库监测系统。该监测装置包括两组压力传感器和流量传感器，分别用于检测管路内首端测点及末端测点的压力和流量；其控制器接收首端测点的压力和流量、末端测点的压力和流量，并利用判定模型确定所述管路的工作状态；其中，判定模型包括下述泄漏判定模块：根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果。本发明除能够可靠稳定的进行泄漏判定外，还可进一步进行漏点位置的精确定位。

Description

压力介质管路的监测装置、方法及应用该装置的冷库监测系统

技术领域

本发明涉及管路泄漏检测技术领域，尤其涉及一种压力介质管路的监测装置、方法及应用该装置的冷库监测系统。

背景技术

冷库也称冷藏库，它通过人工制冷的方法可获取稳定的低温环境，并以该功能特点广泛应用于贮藏保鲜等场合。目前，根据制冷用制冷剂的不同，可分为氨机冷库和氟机冷库。

作为制冷介质的氨具有良好的热物性和环境友好性，多数(80％以上)冷库采用氨制冷系统。众所周知，氨属于高毒害物质，对皮肤、黏膜及眼睛具有腐蚀性，甚至是造成呼吸系统的灼伤；此外，在空间内的积聚浓度达到一定值时，还有潜在的燃烧、爆炸危险。实际使用过程中，制冷系统冷库一旦发生氨泄漏事故，极可能导致伤人、死人事故，给企业、行业造成巨大损失和危害。显然，氨制冷系统管道的安全监测在冷库安全运行中占有重要地位。

现有技术中，冷库氨制冷系统的安全监测主要是通过氨气体探测器，即当库内或机房内的氨气浓度达到一定的警戒值时，则启动相应的报警和应急处置机制，从而保障库内生命和财产安全；例如，采用氨浓度报警器设定报警浓度阈值。然而，受其具体配置原理的限制，报警浓度阈值的确定直接影响其实际使用效果；如报警浓度设计过低，会导致频发报警，甚至出现误报；过高的话则会增加安全风险。因此，存在监测系统工作稳定性较低的缺陷。

另外，该监测方式仅限于氨泄漏的判断，无法进一步精确定位泄漏点。当已确定出现氨泄漏时，需要维护人员进入现场确定泄漏点的具体位置，进行维修，过程中存在危害维护人员的可能性。

应当理解的是，在其他设备或者装备的压力介质管路中，上述泄漏问题同样存在。

因此，针对以上不足，需要另辟蹊径提供一种压力介质泄漏检测技术，以有效提升泄漏检测的可靠性及稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有压力介质泄漏监测技术所存在的工作可靠性和稳定性较低的问题。本发明进一步要解决的技术问题是现有监测技术无法有效确定泄漏点的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压力介质管路的监测装置，包括：第一压力传感器和第一流量传感器，分别用于检测所述管路内首端测点的压力和流量；第二压力传感器和第二流量传感器，分别用于检测所述管路内末端测点的压力和流量；和控制器，接收所述首端测点的压力和流量、末端测点的压力和流量，并利用判定模型确定所述管路的工作状态；其中，所述判定模型包括下述泄漏判定模块：根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果。

优选的，所述判定模型还包括以当前存在管路泄漏为条件启用的下述漏点定位模块：根据计算管道首端测点的压力降计算值ΔP，式中：a，b，c为泵特性曲线参数；并根据x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x，式中：L为首端测点至末端测点的距离，ΔP′为计算实际管道首端的压力降， $\mathrm{\ΔP}\′=P_A^{t-1}-P_A^t.$

优选的，所述泵特性曲线参数a，b，c，以P＝a(Q)²+bQ+c为模型，根据实验测量或者泵出厂标定选择三组对应的压力P和流量Q计算获得。

优选的，根据S＝f/2DρC²*L计算获得所述管路摩擦阻力S；式中：f为摩擦阻力系数，D为管道外径，ρ为液体密度，C为管道截面积。

优选的，还包括数据采集仪，所述数据采集仪用于将所述首端测点的压力和流量、末端测点的压力和流量实时传送至所述控制器。

本发明还提供了一种冷库监测系统，包括如前所述的压力介质管路的监测装置，用于监测氨气管路。

本发明还提供了一种压力介质管路的监测方法，所述方法包括下述步骤：

在所述管路的首端和末端分别设定首端测点和末端测点；

实时采集所述首端测点的压力和流量，以及所述末端测点的压力和流量；

根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果。

优选的，以当前存在管路泄漏为条件，根据 计算管道首端测点的压力降计算值ΔP，式中：a，b，c为泵特性曲线参数；并根据x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x，式中：L为首端测点至末端测点的距离，ΔP′为计算实际管道首端的压力降，

优选的，P＝a(Q)²+bQ+c+c)为模型，根据实验测量或者泵出厂标定选择三组对应的压力P和流量Q，计算获得所述泵特性曲线参数a，b，c。

优选的，根据S＝f/2DρC²*L计算获得所述管路摩擦阻力S；式中：f为摩擦阻力系数，D为管道外径，ρ为液体密度，C为管道截面积。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明通过在管路的首端和末端分别设定首端测点和末端测点，实时采集相应测点的压力和流量，并以此作为当前工作状态判定的模型参量；获得中间压力参量P^*后与当前时刻的末端测点压力进行比较，若则确定当前存在管路泄漏的。与现有技术相比，本发明有效利用压力和流量参数，并将参数通过模型放大后易于辨别微小泄漏，可适用于任何泄漏量故障的检测，大大提高了系统监测的工作可靠性和稳定性。同时，基于上述工作原理可知，一方面，本发明在实际工作过程中不会频繁触发报警，具有设备使用寿命相对较长的特点；另外，选用压力和流量作为判定基本参数，可完全规避信号源被干扰影响检测精度的问题。

进一步地，在及时可靠获得当前存在泄漏状况的基础上，本发明还增设有漏点定位功能。具体地，以计算管道首端测点的压力降计算值ΔP，该漏点定位模块的核心基于系统用泵的特性建立，进而利用x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x。如此设置，可满足压力介质系统管路泄漏探测定位需求，以氨气制冷系统为例，由此进一步避免了维护人员现场确定漏点所存在的不安全隐患。

附图说明

图1是本发明实施例所述用于压力介质管路的监测装置示意图；

图2是本发明实施例所述用于压力介质管路的监测方法流程图。

图中：第一压力传感器1、第一流量传感器2、第二压力传感器3、第二流量传感器4、数据采集仪5、控制器6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“首端”、“末端”等指示的位置关系是以被测压力介质管路的介质流动方向为基准定义的，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装置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。

不失一般性，本实施方式以冷库氨制冷系统的氨气管路为被侧管路，详细说明该压力介质管路的监测装置。该氨气管路(压力介质管路)内的液氨具有预定压力。

如图1所示，该监测装置主要两组压力传感器、流量传感器，以及用于建立判定模型确定被测管路当前工作状态的控制器6。在被测管路的首端和末端分别设定有测点，并分别利用两组压力传感器、流量传感器进行数据参数的采用。具体地，第一压力传感器1和第一流量传感器2分别用于检测管路内首端测点A的压力和流量，第二压力传感器3和第二流量传感器4，分别用于检测所述管路内末端测点B的压力和流量。需要明确的是，图1中所示两组压力传感器1、3和流量传感器2、4均为示意性呈现，理论上，传感器的实际设置位置越接近被侧管路的首端、末端，将获得更加精准的检测结果；应当理解，图中示意性呈现并不构成对其理论精确位置的限制。

本方案中控制器6为计算机，接收首端测点A的压力和流量、末端测点B的压力和流量，并利用判定模型确定该管路的工作状态；其中，判定模型包括下述泄漏判定模块，实现基本的泄漏判定功能：

根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；这里，为上一时刻的管路首端压力，为当前时刻的管路末端流量。将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果；这里，为当前时刻的管路末端压力。本方案的泄漏判定程序有效利用了压力和流量参数，并将参数通过模型放大后易于辨别微小泄漏，可适用于任何泄漏量故障的检测，大大提高了系统监测的工作可靠性和稳定性。同时，基于上述工作原理可知，一方面，本发明在实际工作过程中不会频繁触发报警，具有设备使用寿命相对较长的特点；另外，选用压力和流量作为判定基本参数，可完全规避信号源被干扰影响检测精度的问题。

为了进一步具备泄漏点定位功能，本方案所建立的判定模型还可以包括漏点定位模块，显然，只有存在泄漏才需要进行漏点定位。因此，该漏点定位模块以当前存在管路泄漏为条件启用。

首先，假定t时刻泄漏发生在管段首端，则管道首端压力降计算值 $\mathrm{\ΔP}=P_A^{t-1}-(a{\left(Q_B^t\right)}^2+{\mathrm{bQ}}_B^t+c),$ 式中：a，b，c为泵特性曲线参数；这里，为上一时刻的管路首端压力，为当前时刻的管路末端流量。当泄漏发生在管道末端时，则管道首端压力降变化为零，进而基于自管道首端压力降的变化为线性，建立下述漏点定位模块：

根据 $\mathrm{\ΔP}=P_A^{t-1}-(a{\left(Q_B^t\right)}^2+{\mathrm{bQ}}_B^t+c)$ 计算管道首端测点的压力降计算值ΔP；并根据x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x，式中：L为首端测点至末端测点的距离，ΔP′为计算实际管道首端的压力降，

这里，其中的泵特性曲线参数a，b，c，可以P＝a(Q)²+bQ+c为模型计算获得，根据泵出厂标定选择三组对应的压力P和流量Q计算获得，也就是说，由三组标定参量分别代入上述方程，形成三个具有未知参数的方程，求解获得泵特性曲线参数a，b，c。当然，也可以根据实验测量获得三组对应的压力、流量数据。

另外，管路摩擦阻力S的确定可以采用不同的方式实现，优选根据S＝f/2DρC²*L计算获得，以精准反映实际状况，且计算量较低；式中：f为摩擦阻力系数，D为管道外径，ρ为液体密度，C为管道截面积。

如图1所示，该监测装置还包括数据采集仪5，数据采集仪5用于将首端测点A的压力和流量、末端测点B的压力和流量实时传送至计算机，以进行前述泄漏判定和漏点定位监测。同时，数据采集仪5的使用还可以将实时数据保存到仪器内存或外部USB存储器里，以备查用。特别说明的是，本方案用于进行泄漏、定位监测的控制器可以选用传统的计算机，也可以单独设置的可编程控制器，只要能够实现前述监测功能均在本申请请求保护的范围内。

本发明提供的冷库监测系统，包括如前所述的压力介质管路的监测装置，用于监测氨气管路。该监测系统的其他监测功能可以采用现有技术实现，例如，库内温度监测、制冷介质保有量监测等；故本文不再赘述。

本发明提供的压力介质管路的监测方法，请一并参见图2所示的监测方法流程图。该方法基于上述方案所提供的监测装置形成，包括下述步骤：

S1，在被测管路的首端和末端分别设定首端测点A和末端测点B；

S2，实时采集首端测点A的压力和流量，以及末端测点B的压力和流量；

S3，根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果。

进一步还包括以下步骤：

S4，以当前存在管路泄漏为条件，根据 计算管道首端测点的压力降计算值ΔP，式中：a，b，c为泵特性曲线参数；并根据x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x，式中：L为首端测点至末端测点的距离，ΔP′为计算实际管道首端的压力降，

综上所述，本发明通过引入压力和流量两个参数，并将参数通过模型放大，可以容易辨别出微小泄漏，并对泄漏点进行定位，能够较好地满足氨制冷系统管路泄漏定位需求。经不同冷库系统应用的试验数据表明，该方案具有以下优点：(1)定位设备使用寿命长；(2)信号放大，可以监测到较小的泄漏，同时对信号干扰有较好的抵制；(3)可以较好地定位泄漏点，满足氨制冷系统管路泄漏探测定位需求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种压力介质管路的监测装置，其特征在于，包括：

第一压力传感器和第一流量传感器，分别用于检测所述管路内首端测点的压力和流量；

第二压力传感器和第二流量传感器，分别用于检测所述管路内末端测点的压力和流量；和

控制器，接收所述首端测点的压力和流量、末端测点的压力和流量，并利用判定模型确定所述管路的工作状态；

其中，所述判定模型包括下述泄漏判定模块：

根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果。

2.根据权利要求1所述的压力介质管路的监测装置，其特征在于，所述判定模型还包括以当前存在管路泄漏为条件启用的下述漏点定位模块：

根据 $\mathrm{\ΔP}=P_A^{t-1}-(a{\left(Q_B^t\right)}^2+{\mathrm{bQ}}_B^t+c)$ 计算管道首端测点的压力降计算值ΔP，式中：a，b，c为泵特性曲线参数；并根据x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x，式中：L为首端测点至末端测点的距离，ΔP′为计算实际管道首端的压力降，

3.根据权利要求2所述的压力介质管路的监测装置，其特征在于，所述泵特性曲线参数a，b，c，以P＝a(Q)²+bQ+c为模型，根据实验测量或者泵出厂标定选择三组对应的压力P和流量Q计算获得。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力介质管路的监测装置，其特征在于，根据S＝f/2DρC²*L计算获得所述管路摩擦阻力S；式中：f为摩擦阻力系数，D为管道外径，ρ为液体密度，C为管道截面积。

5.根据权利要求4所述的压力介质管路的监测装置，其特征在于，还包括数据采集仪，所述数据采集仪用于将所述首端测点的压力和流量、末端测点的压力和流量实时传送至所述控制器。

6.一种冷库监测系统，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的压力介质管路的监测装置，用于监测氨气管路。

7.一种压力介质管路的监测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

在所述管路的首端和末端分别设定首端测点和末端测点；

实时采集所述首端测点的压力和流量，以及所述末端测点的压力和流量；

根据计算中间压力参量P^*，式中：t为当前时刻，t-1为上一时刻，A为首端测点，B为末端测点，S为管路摩擦阻力；将所述中间压力参量P^*与所述末端测点的t时刻压力进行比较，以为条件，获得当前存在管路泄漏的判断结果。

8.根据权利要求7所述的压力介质管路的监测方法，其特征在于，以当前存在管路泄漏为条件，根据计算管道首端测点的压力降计算值ΔP，式中：a，b，c为泵特性曲线参数；并根据x＝L(1-ΔP′/ΔP)计算获得漏点位置至首端测点之间的距离x，式中：L为首端测点至末端测点的距离，ΔP′为计算实际管道首端的压力降， $\mathrm{\ΔP}\′=P_A^{t-1}-P_A^t.$

9.根据权利要求8所述的压力介质管路的监测方法，其特征在于，以P＝a(Q)²+bQ+c+c)为模型，根据实验测量或者泵出厂标定选择三组对应的压力P和流量Q，计算获得所述泵特性曲线参数a，b，c。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的压力介质管路的监测方法，其特征在于，根据S=f/2DρC²*L计算获得所述管路摩擦阻力S；式中：f为摩擦阻力系数，D为管道外径，ρ为液体密度，C为管道截面积。