CN114576542B - 一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置以及方法，通过在滤油机的进出管路上设置第一、第二流量计和第一、第二电动阀，通过第一、第二电动阀采集进出管路中的流量并通过控制器对该流量与对应的基准流量数据进行对比来判断是否存在管路泄漏，如果判断存在管路泄漏，控制器立即发出警报、关停滤油机，同时关闭入口电动阀及出口电动阀。当发生泄漏时，本发明可快速关闭滤油机和用油设备进出口电动阀，最大程度降低润滑油的泄露量，实现润滑油过滤过程泄漏的自动保护控制，无需人工关闭，提高了油处理工作的安全性，节省现场作业人员的工作强度。该装置可有效阻止油品泄漏，实现油处理过程无人值守节省人力。
Description
技术领域
本发明属于油品过滤技术领域，具体涉及一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置以及方法。
背景技术
在电力行业，通常使用润滑油作为用油设备的冷却、绝缘、散热的主要介质，润滑油在使用过程中不可避免的与金属、空气等物质接触，产生催化和劣化，导致油品的颗粒度、水分、氧化性能等指标超标，针对劣化的油品，通常使用滤油机对润滑油进行油质维护，使油品各项指标符合标准要求。
有些用油设备在设计生产之初已经配置了滤油机，但因维护工艺和方式比较单一，无法满足维护油品指标合格的需求，往往在投运一段时间后选择加装维工艺和方式更全面的滤油机；对于大部分在设计时未考虑油品维护工艺的设备，通常也会在设备投运后加装滤油机，用于用油设备的油品维护。对于加装滤油机的设备，普遍采用钢丝软管或者不锈钢编制软管连接用油设备和滤油机。
使用钢丝软管或者不锈钢编制软管连接的滤油机，在使用过程中，由于自然老化、外力冲击等原因，极易导致软管发生变形甚至破损，造成润滑油泄漏。润滑油泄漏不但会对设备和人员产生安全威胁，导致意外停机，而且造成环境污染，给设备使用企业带来巨大的经济损失。目前，油过滤设备不具备泄漏检测及保护功能，当使用软管连接的滤油机在运行时，通常滤油全过程均有专人值守，给企业运维和管理带来较大挑战。
发明内容
为了解决现有技术中滤油机使用过程可能发生泄漏导致严重后果的问题，本发明的目的是提供一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置以及方法，当检测到滤油机连接管道发生泄漏时能及时关停滤油机，并关闭与用油设备相连的电动阀阻止油品的进一步泄漏，防止事故扩大。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置以及方法，包括控制器、滤油机和油箱，油箱出口与油机入口之间设置有入口隔离阀、入口电动阀、入口软管以及入口流量计，滤油机出口与油箱入口之间设置有出口软管、出口流量计、出口电动阀和出口隔离阀；入口电动阀、入口流量计、出口流量计和出口电动阀均与控制器相连，控制器根据入口流量计和出口流量计采集的信号，控制入口电动阀和出口电动阀开关，从而控制滤油机的启停。
进一步的，入口流量计和出口流量计采集的信号是脉冲式、模拟式或串口通讯式。
进一步的，入口电动阀和出口电动阀是电动球阀，电动蝶阀，电动闸阀或电动截止阀。
进一步的，控制器根据入口流量计和出口流量计采集的信号，通过触点开关控制、模拟量控制或串口通讯控制入口电动阀和出口电动阀开关。
进一步的，控制器是嵌入式单片机系统或可编程逻辑控制器；控制器还连接有报警器。
一种基于上述装置的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过流量计参数、学习时间、增益系数和收敛系数分别计算入口流量阈值和出口流量阈值，同时分别计算稳态阶段的入口平均流量和出口平均流量分别作为入口基准流量和出口基准流量，将入口实时流量和出口实时流量分别与入口基准流量和出口基准流量进行比较，若入口实时流量和出口实时流量小于入口基准流量和出口基准流量，则判断入口软管与出口软管是否存在泄漏，如果发生泄漏，控制器关停滤油机，同时关闭入口电动阀及出口电动阀。
进一步的，具体包括以下步骤：
1)控制器自动学习得到入口流量阈值S5和出口流量阈值S7：
2)计算运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内的流量差，得到入口自学习阶段流量差D5与出口自学习阶段流量差D7；若D5≤2*S5且D7≤2*S7成立，则控制器为稳态；
3)控制器11实时采集入口流量Q5和出口流量Q7，并分别与入口基准流量Q5a和出口基准流量Q7a进行比较，若|Q5a-Q5|>S5，则入口软管发生泄漏，控制器关闭入口电动阀并停止滤油机，否则，入口正常；若|Q7a-Q7|>S7，出口软管发生泄漏，控制器关闭出口电动阀并停止滤油机，否则，出口正常。
进一步的，入口流量阈值S5和出口流量阈值S7通过下式计算得到：
S5＝m5*exp(n5/t)*A5，t≥1小时
S7＝m7*exp(n7/t)*A7，t≥1小时
式中，m5为入口第一增益系数，m7为出口第二增益系数；t为自动学习阶段运行时间；
n5为入口第一收敛系数，n7为出口第二收敛系数；
A5为入口流量计5的测量精度，A7为出口流量计7的测量精度。
进一步的，入口自学习阶段流量差D5与出口自学习阶段流量差D7通过下式计算得到：
D5＝Q5max-Q5min
D7＝Q7max-Q7min
式中，D5为入口自学习阶段流量差，D7为出口自学习阶段流量差；
Q5max，Q5min，Q7max，Q7min分别为运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内入口流量计的最大值，入口流量计的最小值，出口流量计的最大值，出口流量计的最小值。
进一步的，入口基准流量Q5a和出口基准流量Q7a通过下式计算得到：
式中，Q5a为入口基准流量，Q7a为出口基准流量，Q5n为n时刻的入口实时流量，Q7n为n时刻的出口实时流量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明通过在滤油机的进出管路上设置第一、第二流量计和第一、第二电动阀，通过第一、第二电动阀采集进出管路中的流量并通过控制器对该流量与对应的基准流量数据进行对比来判断是否存在管路泄漏，如果判断存在管路泄漏，控制器立即发出警报、关停滤油机，同时关闭入口电动阀及出口电动阀。当发生泄漏时，本发明可快速关闭滤油机和用油设备进出口电动阀，最大程度降低润滑油的泄露量，实现润滑油过滤过程泄漏的自动保护控制，无需人工关闭，提高了油处理工作的安全性，节省现场作业人员的工作强度。该装置可有效阻止油品泄漏，实现油处理过程无人值守节省人力。
本发明采用流量阈值自学习仅需一次操作即可实现阈值设定，无需多次反复手动设置，操作方便，可有效提高泄漏检测过程工作效率、节省工作时间；自学习的流量阈值较手工设置的阈值更准确，当运行环境发生变化时，重复操作，适用于不同流量场合的滤油机。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图中，1为油箱，2为入口隔离阀，3为入口电动阀，4为入口软管，5为入口流量计，6为滤油机，7为出口软管，8为出口流量计，9为出口电动阀，10为出口隔离阀，11为控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置以及方法，包括滤油机6和待处理油的油箱1，待处理油的油箱1出口经入口隔离阀2、入口电动阀3、入口软管4、入口流量计5、与滤油机6入口相连，滤油机6出口经出口软管7、出口流量计8、出口电动阀9和出口隔离阀10与处理油的油箱1入口相连；各部件间的连接接头可以是统一尺寸的接头，也可以是不同尺寸的接口，当采用不同尺寸的接头时，需配置相应的转接头；各部件的入口和出口接头可以相同也可以不同。入口电动阀3、入口流量计5、出口流量计8和出口电动阀9均与控制器11相连，控制器11采集入口电动阀3、入口流量计5、出口流量计8和出口电动阀9的信号，控制器11控制入口电动阀3和出口电动阀9开关，控制滤油机6的启停。
入口流量计5和出口流量计8的信号可以是脉冲式、模拟式、串口通讯式的。
入口电动阀3和出口电动阀9是电动球阀，电动蝶阀，电动闸阀或电动截止阀等，其驱动电压可以是直流电也可以交流电，电压典型值为12v、24v、36v、110v、220v，电动阀的控制方式可采用触点开关控制、模拟量控制、串口通讯控制，触点开关控制可采用常闭式触点、常开式触点；模拟量控制可采用4-20mA、0-10V、0-5V；串口通讯控制采用RS485、RS232。
控制器11是嵌入式单片机系统或可编程逻辑控制器(PLC)。
控制器11还连接有报警器，报警器的报警方式可以是声光报警也可以是文字提示报警或是两者的结合。
参见图2，本发明工作过程如下：
通过流量计参数、学习时间、增益系数和收敛系数分别计算入口流量阈值和出口流量阈值，同时分别计算稳态阶段的入口平均流量和出口平均流量分别作为入口基准流量和出口基准流量，将入口实时流量和出口实时流量分别与入口基准流量和出口基准流量参数进行比较，若入口实时流量和出口实时流量小于入口基准流量和出口基准流量，则判断入口软管、出口软管是否存在泄漏，如果发生泄漏，控制器立即发出警报、关停滤油机，同时关闭入口电动阀及出口电动阀，阻止油品泄漏，防止事故进一步扩大。
参见图2，本发明具体包括以下过程：
S21)入口流量计5和出口流量计7参数录入：在控制器11中录入入口流量计5和出口流量计7的测量精度A5和A7；
S31)滤油机6启动，控制器运行稳态学习，具体过程如下：
1)入口流量计5的实时流量Q5出口流量计7的实时流量Q7；
2)设置自动学习阶段运行时间t，自动学习得到入口流量阈值S5和出口流量阈值S7：
S5＝m5*exp(n5/t)*A5，t≥1小时
S7＝m7*exp(n7/t)*A7，t≥1小时
式中，m5为入口第一增益系数，m7为出口第二增益系数，取值范围均为1～1.5，优选1.1～1.2；m5相同也可以不同。
n5为入口第一收敛系数，n7为出口第二收敛系数，取值范围均为1～3，优选1.1～1.6；
3)计算运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内的流量差：
D5＝Q5max-Q5min
D7＝Q7max-Q7min
式中，D5为入口自学习阶段流量差，D7为出口自学习阶段流量差；
Q5max，Q5min，Q7max，Q7min分别为运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内入口流量计5的最大值，入口流量计5的最小值，出口流量计7的最大值，出口流量计7的最小值；
4)控制器稳态判断：
D5≤2*S5
D7≤2*S7
若上面两个式子同时成立，则控制器为稳态。
5)计算基准流量：基准流量为运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内的平均流量：
式中，Q5a为入口基准流量，Q7a为出口基准流量，Q5n为n时刻的入口实时流量，Q7n为n时刻的出口实时流量。
S41)系统运行泄漏检测：
在系统完成自动学习阶段后，系统自动进入泄漏检测阶段。
在泄漏检测阶段，控制器11实时采集入口流量Q5和出口流量Q7，并分别与入口基准流量Q5a和出口基准流量Q7a进行比较，当|Q5a-Q5|>S5时，入口软管发生泄漏，否则，正常；当|Q7a-Q7|>S7时，出口软管发生泄漏，否则，正常。
当检测到发生泄漏时，控制器11关闭入口电动阀3和出口电动阀9，停止滤油机，并根据泄漏检测结果发出入口泄漏、出口泄漏或入口和出口泄漏的报警信号，提示运行人员及时检查滤油机。
Claims (7)
1.一种阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，采用的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护装置包括控制器（11）、滤油机（6）和油箱（1），油箱（1）出口与滤油机（6）入口之间设置有入口隔离阀（2）、入口电动阀（3）、入口软管（4）以及入口流量计（5），滤油机（6）出口与油箱（1）入口之间设置有出口软管（7）、出口流量计（8）、出口电动阀（9）和出口隔离阀（10）；入口电动阀（3）、入口流量计（5）、出口流量计（8）和出口电动阀（9）均与控制器（11）相连，控制器（11）根据入口流量计（5）和出口流量计（8）采集的信号，控制入口电动阀（3）和出口电动阀（9）开关，从而控制滤油机（6）的启停；
该方法包括以下步骤：
通过流量计参数、学习时间、增益系数和收敛系数分别计算入口流量阈值和出口流量阈值，同时分别计算稳态阶段的入口平均流量和出口平均流量分别作为入口基准流量和出口基准流量，将入口实时流量和出口实时流量分别与入口基准流量和出口基准流量进行比较，若入口实时流量和出口实时流量小于入口基准流量和出口基准流量，则判断入口软管与出口软管是否存在泄漏，如果发生泄漏，控制器关停滤油机，同时关闭入口电动阀及出口电动阀；
具体包括以下步骤：
1）控制器自动学习得到入口流量阈值S5和出口流量阈值S7：
2）计算运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内的流量差，得到入口自学习阶段流量差D5与出口自学习阶段流量差D7；若D5≤2*S5且D7≤2*S7成立，则控制器为稳态；
3）控制器11实时采集入口流量Q5和出口流量Q7，并分别与入口基准流量Q5a和出口基准流量Q7a进行比较，若，则入口软管发生泄漏，控制器关闭入口电动阀并停止滤油机，否则，入口正常；若/>，出口软管发生泄漏，控制器关闭出口电动阀并停止滤油机，否则，出口正常；
入口流量阈值S5和出口流量阈值S7通过下式计算得到：
S5=m5*exp（n5/t）*A5，t≥1小时
S7=m7*exp（n7/t）*A7，t≥1小时
式中，m5为入口第一增益系数，m7为出口第二增益系数；t为自动学习阶段运行时间；
n5为入口第一收敛系数，n7为出口第二收敛系数；
A5为入口流量计的测量精度，A7为出口流量计的测量精度。
2. 一种根据权利要求1所述的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，入口自学习阶段流量差D5与出口自学习阶段流量差D7通过下式计算得到：
D5=Q5max-Q5min
D7=Q7max-Q7min
式中，D5为入口自学习阶段流量差，D7为出口自学习阶段流量差；
Q5max，Q5min，Q7max，Q7min分别为运行0.5小时至自动学习阶段运行时间t以内入口流量计的最大值，入口流量计的最小值，出口流量计的最大值，出口流量计的最小值。
3.一种根据权利要求1所述的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，入口基准流量Q5a和出口基准流量Q7a通过下式计算得到：
式中，Q5a为入口基准流量，Q7a为出口基准流量，Q5n为n时刻的入口实时流量，Q7n为n时刻的出口实时流量。
4.一种根据权利要求1所述的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，入口流量计（5）和出口流量计（8）采集的信号是脉冲式、模拟式或串口通讯式。
5.一种根据权利要求1所述的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，入口电动阀（3）和出口电动阀（9）是电动球阀，电动蝶阀，电动闸阀或电动截止阀。
6.一种根据权利要求1所述的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，控制器（11）根据入口流量计（5）和出口流量计（8）采集的信号，通过触点开关控制、模拟量控制或串口通讯控制入口电动阀（3）和出口电动阀（9）开关。
7.一种根据权利要求1所述的阈值自学习的滤油机管道泄漏检测和保护方法，其特征在于，控制器（11）是嵌入式单片机系统或可编程逻辑控制器；控制器（11）还连接有报警器。
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