CN105932641B - 一种热氨融霜智能安全保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热氨融霜智能安全保护装置及方法,在氨气管道外围的保温层内均匀设置有多组振动传感器和声波传感器；在所述的氨气管道上设置热氨阀，在所述的热氨阀的前端安装有联动电子调节阀；所述的振动传感器检测氨气管道内液锤发生前的管道颤动信息；所述的声波传感器检测氨气管道内的流体声音信息；所述的振动传感器和声波传感器实时将检测的颤动和声音信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器对采集的信息进行比较判定，确定是否发生热氨融霜，是否可能产生液锤现象。本发明能够实时根据液锤发生的状态进行判定，保证管路的安全，避免发生液锤现象。

Description

一种热氨融霜智能安全保护装置及方法

技术领域

本发明涉及氨气保护技术领域，尤其涉及一种热氨融霜智能安全保护装置及方法。

背景技术

近几年，冷冻行业发生多起热氨融霜事故，导致发生液锤现象，液锤现象是指在有压管道中，液体流动后突然受阻，而后面的液体又具有一定的动能，动能突然释放，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象，压力瞬间升高，致使存有严重焊接缺陷的管道连接焊接口爆裂，及单冻机附件破裂，造成液氨泄漏，人员伤亡。

液锤产生前会发出“咚咚”的爆响声，管道中发出类似敲击金属的声音，并且管道会产生颤动，如果不能够及时处理就会发生事故。

并且，目前热氨融霜大部分都是人工操作，由操作人员按照规章，缓慢开启阀门，回液阀系统与循环筒式排液系统达到压力平衡后，缓慢的开启热氨阀门。

现有技术中，并未存在对热氨融霜事故的有效检测和预防方法。

鉴于上述缺陷，本发明创造者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种热氨融霜智能安全保护装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种热氨融霜智能安全保护装置，在氨气管道外围的保温层内均匀设置有多组振动传感器和声波传感器；在所述的氨气管道上设置热氨阀，在所述的热氨阀的前端安装有联动电子调节阀；

所述的振动传感器检测氨气管道内液锤发生前的管道颤动信息；

所述的声波传感器检测氨气管道内的流体声音信息；所述的振动传感器和声波传感器实时将检测的颤动和声音信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器对采集的信息进行比较判定，确定是否发生热氨融霜，是否可能产生液锤现象；

所述的微电脑处理器的输出端连接无线耳机，所述的微电脑处理器将采集的声音信息进行还原处理后，将管道的声音信息传输至无线耳机中；

所述的联动电子调节阀，在发生液锤时紧急关闭；

所述的电子调节阀上连接有压力传感器，压力传感器实时检测管道内的压力信息，并将检测的压力信息传输至微电脑处理器中；所述的微电脑处理器通过压力传感器、振动传感器和声波传感器的信息进行比较，判定是否可能发生液锤；

当确实发生时，所述的微电脑处理器通过连接的无线耳机、LED应急灯发出声光报警；所述的微电脑处理器向与其连接的继电器组发送信号，所述的继电器组控制联动电子调节阀断电关闭，切段管路的氨气的供应，防止产生液锤。

进一步地，在每段管路上分别设置组振动传感器、声波传感器和压力传感器，在判断该段管路是否会发生液锤现象时，所述的采集模块内的分组单元将上述同一管道内设置的各组振动传感器、声波传感器和压力传感器的电流分组整理；每组内包含一个振动传感器、声波传感器和压力传感器在单位时间内的电流信息值；

所述的比较模块将分成的三组电流信息分别进行判断，根据下述公式对重合度进行判定。

同一管道内的单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的重合度计算公式为：

式中，X₁表示第一组重合度值，p₁,q₁,f₁分别表示单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的各个时刻的采样电流值；Σ表示求和运算，T表示均方差运算，I表示积分运算。上述公式采用均方差和积分运算统计单位时间内的各传感器电流的波动情况，当存在较大的波动情况时，则改组的电流存在异常，经过各组重合度对比，判定是否确实故障。

进一步地，所述的微电脑处理器内设置有一额定重合度阈值X₀；所述的微电脑处理器将所述计算所得的两两重合度值绝对值差值与额定重合度阈值X₀进行比对，若所述实际重合度绝对值差值大于阈值，则断定其中两组的重合度超标，可能存在；将所有计算所得实际重合度分别与额定重合度阈值X₀进行比对，若均大于额定重合度阈值X₀，则断定即将发生热氨融霜事故，可能会产生液锤。

进一步地，所述的微电脑处理器还对声波传感器采集的信号进行修复，其内包括声音修复模块，采用电流逆向修复的方式，对所述故障出现时刻至自愈时刻的时间间隔t内的信号进行采样，时间间隔t内，平均分配为N₂个区间，在每个区间内选择M₂个完整的波形，在每一周期内选择间断的X₂个点，记录每个点的瞬时电流值i₀；

按照预设的参数对该信号进行修正发送至所述修正电路；修正电路，生成修正后的信号波形。

所述信号处理单元对选择的每个点进行修正，按下述公式(2)进行修正；

i_m＝ρ×i₀ (2)

其中，i_m表示修正后的采样点的瞬时电流值，ρ表示修正系数，i₀表示采样点的瞬时电流值。

还提供一种热氨融霜智能安全保护方法,在氨气管道外围的保温层内均匀设置有多组振动传感器和声波传感器；

所述的振动传感器检测氨气管道内液锤发生前的管道颤动信息；

所述的声波传感器检测氨气管道内的流体声音信息；所述的振动传感器和声波传感器实时将检测的颤动和声音信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器对采集的信息进行比较判定，确定是否发生热氨融霜，是否可能产生液锤现象；

所述的电子调节阀上连接有压力传感器，压力传感器实时检测管道内的压力信息，并将检测的压力信息传输至微电脑处理器中；所述的微电脑处理器通过压力传感器、振动传感器和声波传感器的信息进行比较，判定是否可能发生液锤；

当确实发生时，所述的微电脑处理器通过连接的无线耳机、LED应急灯发出声光报警；所述的微电脑处理器向与其连接的继电器组发送信号，所述的继电器组控制联动电子调节阀断电关闭，切段管路的氨气的供应，防止产生液锤。

与现有相比本发明的有益效果在于：本发明通过在管道中设置振动传感器、声波传感器以及压力传感器，分别获取管道内的颤动、声波和压力信息，并通过数据处理器实时对监测的数据进行分析判定，能够实时根据液锤发生的状态进行判定，保证管路的安全，避免发生液锤现象。

本发明在判定方式上采用冗余判定，多点检测，多参数比较，并最终与标准阈值进行比较，准确的确定实时的状态。

本发明还设置联动电子阀，确保操作人员的安全，在即将发生液锤现象时，快速准确的作出反应。

本发明还设置无线接收方式以及声音还原模块，操作者可第一时间获取管路信息，保护自身安全。

附图说明

图1为本发明的热氨融霜智能安全保护装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1所示，本发明热氨融霜智能安全保护装置，在氨气管道1外围的保温层2内均匀设置有多组振动传感器6和声波传感器7；在所述的氨气管道1上设置热氨阀3，在所述的热氨阀3的前端安装有联动电子调节阀4。

所述的振动传感器6检测氨气管道内液锤发生前的管道颤动信息；

所述的声波传感器7检测氨气管道内的流体声音信息；所述的振动传感器6和声波传感器7实时将检测的颤动和声音信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器对采集的信息进行比较判定，确定是否发生热氨融霜，是否可能产生液锤现象。

所述的微电脑处理器的输出端连接无线耳机，所述的微电脑处理器将采集的声音信息进行还原处理后，将管道的声音信息传输至无线耳机中，现场操作人员可根据流体声音判断管道内的热氨是否正常；作为补充的判断方式，充分保护现场操作人员。

所述的联动电子调节阀4，在发生液锤时紧急关闭，并且，在正常融霜时辅助操作人员安全控制使用。

在本发明中，所述的电子调节阀4上连接有压力传感器5，压力传感器5实时检测管道内的压力信息，并将检测的压力信息传输至微电脑处理器中；所述的微电脑处理器通过压力传感器、振动传感器和声波传感器的信息进行比较，判定是否可能发生液锤。

当确实发生时，所述的微电脑处理器通过连接的无线耳机、LED应急灯发出声光报警；所述的微电脑处理器向与其连接的继电器组发送信号，所述的继电器组控制联动电子调节阀4断电关闭，所述的微电脑处理器向通过继电器向联动电子调节阀4发送4-20MA电流信号检测阀位关闭情况，确保控制联动电子调节阀断电关闭，切段管路的氨气的供应，防止产生液锤。

在本发明中，所述的微电脑控制器、联动电子调节阀为双电源供电，分别为主电源和备用电源，防止断电造成的监控隔断。

所述的微电脑处理器存储记录每次融霜的数值及曲线对比，通过显示器进行显示；并且，显示器为双向输入，操作者可通过显示器设置显示需求的融霜数值及曲线情况。

在排除液锤可能发生的情况时，本发明在即将发生液锤的管道的前端设置联动电子阀组件，切断氨气的供应，同时，在管道的后端保持畅通的状态，将氨气及时排出到氨气分解池；防止氨气冲击带来的大幅度波动，氨气从管道中排出，管道内的压力大大降低，液锤现象即可消除。

在本发明中，所述的微电脑处理器分别对所述的压力传感器5、振动传感器6、声波传感器7实时采集的数据进行处理，压力传感器检测压力信息P，振动传感器检测颤动信息Q，声波传感器检测声音信息F。

各个传感器通过将采集的信息转化成电流信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器包括采样模块和比较模块，其中，采样模块在对各个传感器的检测电流采样时，每次取连续的N₁个周期，采样M₁个周期，在每一周期内取一瞬时值i，按照下述公式进行计算得出I_m，

式中，i表示任意周期内的一瞬时值，I_m0k表示在N₁个周期内的电流平均幅值，I_m表示计算所得电流幅值，N₁表示每次取样周期，M₁表示取样次数，w表示信号传输频率。

经上述计算得到在该周期范围内的电流幅值I_m，即可在微电脑处理器中进行处理；微电脑处理器在对各传感器的电流信号进行处理时，采用某段时间内的信号进行比对的重合度计算。

在每段管路上分别设置3组振动传感器、声波传感器和压力传感器，在判断该段管路是否会发生液锤现象时，所述的采集模块内的分组单元将上述同一管道内设置的各组振动传感器、声波传感器和压力传感器的电流分组整理；每组内包含一个振动传感器、声波传感器和压力传感器在单位时间内的电流信息值。

所述的比较模块将分成的3组电流信息分别进行判断，根据下述公式对重合度进行判定。

同一管道内的单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的重合度计算公式为：

式中，X₁表示第一组重合度值，p₁,q₁,f₁分别表示单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的各个时刻的采样电流值；Σ表示求和运算，T表示均方差运算，I表示积分运算。上述公式采用均方差和积分运算统计单位时间内的各传感器电流的波动情况，当存在较大的波动情况时，则改组的电流存在异常，经过各组重合度对比，判定是否确实故障。

同一管道内的单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的重合度计算公式为：

式中，X₂表示第二组重合度值，p₂,q₂,f₂分别表示单位时间内的第二组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的各个时刻的采样电流值；Σ表示求和运算，T表示均方差运算，I表示积分运算。

同一管道内的单位时间内的第三组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的重合度计算公式为：

式中，X₃表示第三组重合度值，p₃,q₃,f₃分别表示单位时间内的第三组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的各个时刻的采样电流值；Σ表示求和运算，T表示均方差运算，I表示积分运算。

所述的微电脑处理器内设置有一额定重合度阈值X₀；所述的微电脑处理器将所述计算所得的两两重合度值绝对值差值与额定重合度阈值X₀进行比对，若所述实际重合度绝对值差值大于阈值，则断定其中两组的重合度超标，可能存在；将所有计算所得实际重合度分别与额定重合度阈值X₀进行比对，若均大于额定重合度阈值X₀，则断定即将发生热氨融霜事故，可能会产生液锤。

此时，所述的微电脑处理器向联动电子调节阀4发送信息，切段氨气管路的氨气供应。

本发明中，所述的微电脑处理器还对声波传感器采集的信号进行修复，其内包括声音修复模块，采用电流逆向修复的方式，对所述故障出现时刻至自愈时刻的时间间隔t内的信号进行采样，时间间隔t内，平均分配为N₂个区间，在每个区间内选择M₂个完整的波形，在每一周期内选择间断的X₂个点，记录每个点的瞬时电流值i₀。

按照预设的参数对该信号进行修正发送至所述修正电路；修正电路，生成修正后的信号波形。

所述信号处理单元对选择的每个点进行修正，按下述公式(4)进行修正；

i_m＝ρ×i₀ (4)

其中，i_m表示修正后的采样点的瞬时电流值，ρ表示修正系数，i₀表示采样点的瞬时电流值；修正系数ρ按下述公式(5)计算，其值由故障位置处决定，其值在0.95-1之间。

式中，ρ表示修正系数，i₀₁和i₀₂表示出现故障时，所述故障位置处的两个点的瞬时电流采样值，N表示采样次数，k表示采样序列。

该信号修正模块的运用，结合各个时刻的声音信号信息，将修正的信号发送至无线耳机中，信号修正以电流为依据，对电流进行修正使用一修正系数，保证信号还原具有较高的准确性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种热氨融霜智能安全保护装置,其特征在于，在氨气管道外围的保温层内均匀设置有多组振动传感器和声波传感器；在所述的氨气管道上设置热氨阀，在所述的热氨阀的前端安装有联动电子调节阀；

所述的振动传感器检测氨气管道内液锤发生前的管道颤动信息；

所述的声波传感器检测氨气管道内的流体声音信息；所述的振动传感器和声波传感器实时将检测的颤动和声音信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器对采集的信息进行比较判定，确定是否发生热氨融霜，是否可能产生液锤现象；

所述的微电脑处理器的输出端连接无线耳机，所述的微电脑处理器将采集的声音信息进行还原处理后，将管道的声音信息传输至无线耳机中；

所述的联动电子调节阀，在发生液锤时紧急关闭；

所述的联动电子调节阀上连接有压力传感器，压力传感器实时检测管道内的压力信息，并将检测的压力信息传输至微电脑处理器中；所述的微电脑处理器通过压力传感器、振动传感器和声波传感器的信息进行比较，判定是否可能发生液锤；

当确实发生时，所述的微电脑处理器通过连接的无线耳机、LED应急灯发出声光报警；所述的微电脑处理器向与其连接的继电器组发送信号，所述的继电器组控制联动电子调节阀断电关闭，切段管道的氨气的供应，防止产生液锤。

2.根据权利要求1所述的热氨融霜智能安全保护装置,其特征在于，在每段氨气管道外围的保温层内分别设置各组振动传感器、声波传感器，所述的联动电子调节阀上连接有压力传感器，在判断该段管道是否会发生液锤现象时，所述的微电脑处理器内的采集模块内的分组单元将上述同一管道内设置的各组振动传感器、声波传感器和压力传感器的电流分组整理；每组内包含一个振动传感器、声波传感器和压力传感器在单位时间内的电流信息值；

所述的微电脑处理器内的比较模块将分成的三组电流信息分别进行判断，根据下述公式对重合度进行判定，

同一管道内的单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的重合度计算公式为：

式中，X₁表示第一组重合度值，p₁,q₁,f₁分别表示单位时间内的第一组的振动传感器、声波传感器和压力传感器的各个时刻的采样电流值；∑表示求和运算，T表示均方差运算，I表示积分运算；上述公式采用均方差和积分运算统计单位时间内的各传感器电流的波动情况，当存在较大的波动情况时，则该组 的电流存在异常，经过各组重合度对比，判定是否确实故障。

3.根据权利要求2所述的热氨融霜智能安全保护装置,其特征在于，所述的微电脑处理器内设置有一额定重合度阈值X₀；所述的微电脑处理器将所述计算所得的两两重合度值绝对值差值与额定重合度阈值X₀进行比对，若实际重合度绝对值差值大于阈值，则断定其中两组的重合度超标，可能存在；将所有计算所得实际重合度分别与额定重合度阈值X₀进行比对，若均大于额定重合度阈值X₀，则断定即将发生热氨融霜事故，可能会产生液锤。

4.根据权利要求2所述的热氨融霜智能安全保护装置,其特征在于，所述的微电脑处理器还对声波传感器采集的信号进行修复，其内包括声音修复模块，采用电流逆向修复的方式，对所述故障出现时刻至自愈时刻的时间间隔t内的信号进行采样，时间间隔t内，平均分配为N₂个区间，在每个区间内选择M₂个完整的波形，在每一周期内选择间断的X₂个点，记录每个点的瞬时电流值i₀；

按照预设的参数对该信号进行修正发送至所述微电脑处理器内的修正电路；修正电路，生成修正后的信号波形；

所述微电脑处理器内的信号处理单元对选择的每个点进行修正，按下述公式(2)进行修正；

i_m＝ρ×i₀ (2)

其中，i_m表示修正后的采样点的瞬时电流值，ρ表示修正系数，i₀表示采样点的瞬时电流值。

5.一种热氨融霜智能安全保护方法,其特征在于，在氨气管道外围的保温层内均匀设置有多组振动传感器和声波传感器；

所述的振动传感器检测氨气管道内液锤发生前的管道颤动信息；

所述的声波传感器检测氨气管道内的流体声音信息；所述的振动传感器和声波传感器实时将检测的颤动和声音信息传输至微电脑处理器中，所述的微电脑处理器对采集的信息进行比较判定，确定是否发生热氨融霜，是否可能产生液锤现象；

在所述的氨气管道上设置热氨阀，在所述的热氨阀的前端安装有联动电子调节阀，所述的联动电子调节阀上连接有压力传感器，压力传感器实时检测管道内的压力信息，并将检测的压力信息传输至微电脑处理器中；所述的微电脑处理器通过压力传感器、振动传感器和声波传感器的信息进行比较，判定是否可能发生液锤；

当确实发生时，所述的微电脑处理器通过连接的无线耳机、LED应急灯发出声光报警；所述的微电脑处理器向与其连接的继电器组发送信号，所述的继电器组控制联动电子调节阀断电关闭，切段管道的氨气的供应，防止产生液锤。