CN104930340B - 蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置、系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置、系统及工作方法，本分布式无线监测装置包括：压力传感器，安装于疏水器的导流管道上，且用于监测疏水器正常排放冷凝水时或疏水器发生故障时导流管道内的压力值；处理器模块，与压力传感器和无线传输模块相连，且适于从监控中心服务器接收疏水器所处管道的正常疏水量范围信息，分析疏水器导流管道内压力值的波形，识别正常疏水动作信息及故障特征信息以判断疏水器是否出现相应故障，并实时将故障报警信息发送至监控中心服务器，同时将疏水导流管道内的压力值分时段汇总发送至监控中心服务器。本发明可以准确判断蒸汽热网中的疏水器是否出现相应故障并监测疏水器的寿命。
Description
技术领域
本发明属于物联网领域，涉及蒸汽供热管网中数量众多的疏水器的疏水动作及设备健康状态、寿命的监测，尤其是涉及一种用于监测蒸汽供热管网疏水器泄漏等故障的系统和方法。
背景技术
目前，我国工业蒸汽供热管网中普遍使用疏水器用以排放管路中的冷凝水。现有的疏水器多为机械式结构，无法进行在线的状态监测，通常只采用人工定期巡检的方法判断其健康状态，使得蒸汽泄露等疏水器故障无法被及时发现，造成了供热系统的网损加大，并可能带来安全隐患。此外，由于蒸汽供热管网中疏水器的安装数量众多，地理上分散，排放动作不定时，现有的热网监测装置及系统通常只侧重于对蒸汽管道中的流量、温度、压力监测，而无法获知热网中疏水器的疏水排放动作，也相应没有对疏水器的疏水排放动作信息进行分析和利用。
目前，在人工巡检过程中，国内外应用比较广泛的疏水器检测装置是便携式超声波疏水器检测仪，如：VKP40型便携式超声波疏水器检测仪。VPK40检测仪只是单节点的检测，对于安装在高空的高架管或者地下管道的疏水器不便于检测，并且不能实现不间断在线监测。此外，现有的疏水器检测仪只能提供疏水器完全故障的指示，不能在疏水器发生故障的早期提供疏水器故障预警，也不能对疏水器动作次数及寿命损耗进行统计。
当前，信息技术快速发展，物联网技术日新月异，无线通讯成本大幅降低，使得采用分布式无线通讯方式对蒸汽热网中的疏水器开展在线状态监测成为可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种蒸汽热网中数量众多的疏水器的分布式无线监测装置，以解决疏水器在线故障诊断，寿命统计的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种蒸汽热网中疏水器的分布式无线监测装置，包括：压力传感器，安装于疏水器的导流管道上，且用于监测疏水器正常排放冷凝水时或该疏水器故障时导流管道内的压力值；处理器模块，与压力传感器和无线传输模块相连，且适于从监控中心服务器接收疏水器所处管道的正常疏水量范围信息，分析疏水器导流管道内压力值的波形，识别正常疏水动作信息及故障特征信息以判断疏水器是否出现相应故障，并实时将故障报警信息发送至监控中心服务器，同时将疏水导流管道内的压力值分时段汇总发送至监控中心服务器。
进一步，所述处理器模块适于根据压力传感器检测到的持续高幅值压力数据判断疏水器是否出现连续泄露故障，即当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且根据持续时间，判断疏水器发生连续泄露故障。
进一步，所述处理器模块还适于通过无线传输模块从监控中心服务器获取疏水器所处管道的正常疏水量范围，并计算疏水器理论上正常排放动作的频率范围，再依据监测到的压力波形分析实际疏水动作次数，当发生实际疏水次数长期与理论疏水次数产生偏差时判别为疏水器发生动作失灵故障。
进一步，所述分布式疏水器无线监测装置通过光伏供电装置供电。
又一方面，本发明还提供了一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统，包括：若干分布式无线监测装置，以及与各分布式无线监测装置相连的监控中心服务器。
进一步，所述分布式无线监测装置中的处理器模块适于根据压力传感器检测到的疏水器导流管道内压力波形，结合疏水器的故障特征信息判断疏水器是否出现相应故障；以及所述处理器从监控中心服务器接收其所处管道的正常疏水量范围，并实时将疏水器故障信号发送至监控中心服务器，分时段定时将疏水器的压力波形压缩汇总发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计；或从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，判断疏水器工作正常。
进一步，从监控中心服务器接受疏水器所处管道的正常疏水量信息用于辅助疏水器工作状态的诊断，实时将疏水器的故障报警信息发送到监控中心服务器，以及将所述处理器模块保存采集到的导流管内压力数据分时段汇总，并经无线传输模块发送至监控中心服务器。
第三方面，本发明还提供了一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统的工作方法，即步骤S1，获取导流管道的压力波形；以及步骤S2，通过压力波形以获得疏水器的相关参数。
进一步，所述步骤S2中通过压力波形以获得疏水器的相关参数的方法包括：处理器模块通过压力传感器监测疏水器工作时导流管道的压力波形，从热网监测中心服务器定时向各疏水器发送其所处管道的理论疏水量，疏水器监测装置发现的故障报警信号实时从发送至监控中心服务器，导流管道内的压力波形分时段汇总定时发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计。
进一步，所述处理器模块适于根据压力传感器检测到的疏水器导流管道内压力波形，结合疏水器的故障特征信息判断疏水器是否出现相应故障；或从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，判断疏水器工作正常。
本发明的有益效果是，(1)本发明的蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置、系统及工作方法采用无线通信方式对各疏水器进行分布式管理，并且就地采集各疏水器实施排水压力波形，通过压力波形的分析判断疏水器是否出现相应故障，以便于工作人员及时采取检修维护措施，减少热网损耗，并降低发生事故的可能性；(2)由于相邻多个疏水器同时发生故障的概率很低，因此，若通过本监测系统发现某一管段内的多个疏水器同时频繁疏水，可作为该管段内由于流速过低而产生大量凝结水，存在管道冷凝水击事故风险的判据。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明的蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置的原理框图；
图2示出了本发明的蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统的原理框图；
图3示出了本发明的疏水器正常状态导流管压力曲线；
图4示出了本发明的疏水器故障状态导流管压力曲线。
图中：压力传感器1、高压罐2、无线传输模块3、疏水器4、光伏供电装置5、蒸汽管道201、导流管道202、保温层6。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的工作原理，由于疏水器故障，不限于泄露故障，还包括疏水器堵塞故障，因此，本发明通过压力波形分析而判断，正常工作也不是固定的排放周期，需要通过监控中心服务器端发送疏水量的正常范围后，再分析计算。
实施例1
如图1至图4所示，本发明的一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置，包括：压力传感器1，安装于疏水器4的导流管道202上，且用于监测疏水器4排冷凝水时导流管道202的压力值；处理器模块，与压力传感器1和无线传输模块3相连，且适于从监控中心服务器接收疏水器所处管道的正常疏水量范围信息，分析疏水器导流管道内压力值的波形，识别正常疏水动作信息及故障特征信息(关于特征值的分析可以参见实施例3的具体实施内容)以判断疏水器是否出现相应故障，并实时将故障报警信息发送至监控中心服务器，同时将疏水导流管道内的压力值分时段汇总发送至监控中心服务器。
其中，所述压力传感器1例如但不限于采用ST-G8高温型压力变送器，所述处理器模块例如但不限于单片机、嵌入式处理器等，所述无线传输模块3采用Zigbee模块，例如但不限于芯片EM357。
可选的，所述分布式疏水器无线监测装置通过光伏供电装置5供电，以实现自主运行。
如图2所示，导流管道202联接到疏水器4出口处，以便将分布式无线监测装置的外壳热联接到疏水器体。
本实施例通过无线传输模块3实现了对位于供热管网的分布式的各疏水器4的工作状况进行实施监控，以提供在事故发生前的预警数据。
可选的，若采用模拟量输出的压力传感器1，则可以通过相应的调理电路与AD模块相连，该AD模块与处理器模块相连；也可以采用数字量输出的压力传感器1，直接与处理器模块相连。进一步，所述压力传感器1与处理器模块，以及处理器模块与无线传输模块3还可以采用任何一种已知的连接方式。
所述处理器模块适于根据压力传感器检测到的持续高幅值压力数据判断疏水器是否出现连续泄露故障，即当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且根据持续时间，判断疏水器发生连续泄露故障。
进一步，通过无线传输模块从监控中心获取疏水器所处管道的正常疏水量范围，并计算疏水器理论上正常排放动作的频率范围，再依据监测到的压力波形分析实际疏水动作次数，当发生实际疏水次数长期与理论疏水次数产生较大偏差时(包括次数长期偏少，和次数长期偏多)判别为疏水器发生动作失灵故障，而当检测到的实际疏水排放动作次数与理论疏水次数的范围相符时，判断疏水器工作正常。
从监控中心服务器接受疏水器所处管道的正常疏水量信息用于辅助疏水器工作状态的诊断，实时将疏水器的故障报警信息发送到监控中心服务器，以及将所述处理器模块保存采集到的导流管内压力数据分时段汇总，并经无线传输模块发送至监控中心服务器。
可选的，所述分布式疏水器无线监测装置通过光伏供电装置供电。
实施例2
如图1和图2所示，在实施例1基础上，本发明还提供了一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统，包括：若干分布式无线监测装置，以及与各分布式无线监测装置相连的监控中心服务器。
所述处理器模块根据压力传感器检测到的压力波形，结合疏水器的故障特征信息判断疏水器是否出现相应故障(故障分为泄露故障，或疏水器堵塞)。例如：当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且持续排放，判断疏水器发生泄露故障。
以及所述处理器从监控中心服务器接收其所处管道的正常疏水量范围，并实时将疏水器故障信号发送至监控中心服务器，分时段定时将疏水器的压力波形压缩汇总发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计。通过对疏水器寿命的分析统计能够有效避免潜在事故的发生，能在必要时对可能老化、故障的疏水器进行提前检修、更换，保障整个管路的正常运行。
并且，从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，判断疏水器工作正常。即当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且持续时间较长(该时间可以根据疏水器的类型进行调节，例如但不限于5S、10S)，判断疏水器4是否出现相应故障，即当压力值达到或超过压力阈值时并且持续时间较长(该时间可以根据疏水器的类型进行调节，例如但不限于5S、10S)，判断疏水器4连续动作，出现故障；压力值低于设定的压力阈值下限，且导流管内冷凝水规律分时段排放，判断疏水器4工作正常。
从监控中心服务器接受疏水器所处管道的正常疏水量信息用于辅助疏水器工作状态的诊断，实时将疏水器的故障报警信息发送到监控中心服务器，以及将所述处理器模块保存采集到的导流管内压力数据分时段汇总，并经无线传输模块发送至监控中心服务器。
上述分布式无线监测装置，例如：所述处理器模块根据压力传感器检测到的持续高幅值压力数据并判断疏水器是否出现相应故障，即当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且根据持续时间，判断疏水器产生泄露故障，以及所述处理器将疏水器故障信号发送至监控中心服务器；或所述压力值低于设定的压力阈值下限，且导流管内冷凝水排放动作规律符合从服务器接收的管道疏水量所对应的范围，判断疏水器工作正常。
实施例3
在实施例1和实施例2的基础上，本发明还提供了一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统的工作方法，包括：
步骤S1，获取导流管道的压力波形；以及
步骤S2，通过压力波形以获得疏水器的相关参数。
所述步骤S2中通过压力波形以获得疏水器的相关参数的方法包括：
处理器模块通过压力传感器监测疏水器工作时导流管道的压力波形，从热网监测中心服务器定时向各疏水器发送其所处管道的理论疏水量，疏水器监测装置发现的故障报警信号实时从发送至监控中心服务器，导流管道内的压力波形分时段汇总定时发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计。
所述处理器模块根据压力传感器检测到的压力波形数据判断疏水器是否出现相应故障；或从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，判断疏水器工作正常。
通过压力传感器监测疏水器工作时导流管道的压力波形，从热网监测中心服务器定时向各疏水器发送其所处管道的理论疏水量，疏水器监测装置发现的故障报警信号实时从发送至监控中心服务器，导流管道内的压力波形分时段汇总定时发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计；并且处理器模块根据压力传感器检测到的压力波形数据判断疏水器是否出现相应故障。例如：当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且持续时间较长，判断疏水器发生泄露故障；或从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，判断疏水器工作正常。
通过压力传感器监测疏水器工作时导流管道的压力值，故障报警信号实时发送至监控中心服务器，导流管道内的压力值分时段汇总发送至监控中心服务器；并且处理器模块根据压力传感器检测到的持续高幅值压力数据判断疏水器是否出现泄露故障，即当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且持续时间较长，判断疏水器泄露故障；所述压力值低于压力阈值，且导流管内冷凝水排放动作规律符合从服务器接收的管道疏水量所对应的范围，判断疏水器工作正常。具体计算方法如下：
Nmin≤N≤Nmax表明疏水器处于正常工作状态。
若N＜Nmin，则表明疏水器动作迟缓，可能存在老化或堵塞故障。
若N＞Nmax，则表明疏水器动作过于频繁，可能造成不必要的蒸汽损失。
Dmin、Dmax分别为一时段内疏水器的理论疏水量的上限和下限。在热网监测中心服务器上，依据实时条件下管道内蒸汽流量、管道结构尺寸及保温条件、天气信息计算获得疏水器所处管道区段的理论疏水量。考虑理论疏水量的计算偏差，以及同一管道中多个疏水器安装位置的关系，可以考虑合理的偏差范围。
dmin、dmax分别是对应特定型号疏水器每次疏水动作排放疏水量的上限和下限，通过实验测量获得。
换算疏水器正常排放动作次数合理范围上、下限值：Nmin、Nmax。
N为一特定时段内监测到的疏水器疏水动作总次数。
判别实际疏水动作次数是否在理论分析的范围内。如果长期发生偏差(包括偏大或偏小)，诊断为疏水器失灵。
此外，本发明的分布式无线监测装置、分布式无线监测系统和工作方法不限于上述2种故障，还可以根据本发明的工作原理演化出其他依据压力波形特征识别的各种型号疏水器故障。
通过分时段定时将疏水器的压力波形压缩汇总发送至监控中心服务器，还可以在服务器端统计各疏水器的历史疏水动作总次数，用于疏水器寿命的分析。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置，其特征在于包括：
压力传感器，安装于疏水器的导流管道上，且用于监测疏水器正常排放冷凝水时或该疏水器发生故障时导流管道内的压力值；
处理器模块，与压力传感器和无线传输模块相连，且适于从监控中心服务器接收疏水器所处管道的正常疏水量范围信息，分析疏水器导流管道内压力值的波形，识别正常疏水动作信息及故障特征信息以判断疏水器是否出现相应故障，并实时将故障报警信息发送至监控中心服务器，同时将疏水导流管道内的压力值分时段汇总发送至监控中心服务器；
所述处理器模块适于根据压力传感器检测到的持续高幅值压力数据判断疏水器是否出现连续泄露故障，即当导流管道内压力值达到或超过设定的压力阈值，并且根据持续时间，判断疏水器发生连续泄露故障。
2.根据权利要求1所述的分布式无线监测装置，其特征在于，
所述处理器模块还适于通过无线传输模块从监控中心服务器获取疏水器所处管道的正常疏水量范围，并计算疏水器理论上正常排放动作的次数范围，再依据监测到的压力波形分析实际疏水动作次数，当发生实际疏水次数长期与理论疏水次数产生偏差时判别为疏水器发生动作失灵故障。
3.根据权利要求2所述的分布式无线监测装置，其特征在于，所述分布式疏水器无线监测装置通过光伏供电装置供电。
4.一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统，其特征在于，包括：若干分布式无线监测装置，以及与各分布式无线监测装置相连的监控中心服务器；
所述分布式无线监测装置中的处理器模块适于根据压力传感器检测到的疏水器导流管道内压力波形，结合疏水器的故障特征信息判断疏水器是否出现相应故障；
以及所述处理器从监控中心服务器接收其所处管道的正常疏水量范围，并实时将疏水器故障信号发送至监控中心服务器，分时段定时将疏水器的压力波形压缩汇总发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计；或
从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，以判断疏水器工作正常。
5.根据权利要求4所述的分布式无线监测系统，其特征在于，从监控中心服务器接受疏水器所处管道的正常疏水量信息用于辅助疏水器工作状态的诊断，实时将疏水器的故障报警信息发送到监控中心服务器，以及将所述处理器模块保存采集到的导流管内压力数据分时段汇总，并经无线传输模块发送至监控中心服务器。
6.一种蒸汽热网疏水器的分布式无线监测系统的工作方法，包括如下步骤：
步骤S1，获取导流管道的压力波形；以及
步骤S2，通过压力波形以获得疏水器的相关参数；
所述步骤S2中通过压力波形以获得疏水器的相关参数的方法包括：
处理器模块通过压力传感器监测疏水器工作时导流管道的压力波形，从热网监测中心服务器定时向各疏水器发送其所处管道的理论疏水量，疏水器监测装置发现的故障报警信号实时从发送至监控中心服务器，导流管道内的压力波形分时段汇总定时发送至监控中心服务器，用于疏水器寿命的分析统计。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，
所述处理器模块适于根据压力传感器检测到的疏水器导流管道内压力波形，结合疏水器的故障特征信息判断疏水器是否出现相应故障；
或从压力波形中检测到疏水器正常排放动作的压力波峰，且在一时段内检测到的疏水次数与通过从监控中心服务器上接受的疏水量范围所换算成的疏水器疏水动作次数范围相符，判断疏水器工作正常。
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