CN116183138A - 基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，涉及阀门检测技术领域，解决了现有技术根据感官和经验判断阀门内漏情况，难以准确检测阀门内漏具体情况的技术问题；本发明通过对阀门的内漏特征值分析，判断是否符合阀门内漏特征；之后，再结合上下游的内漏特征值来验证阀门是否发生内漏，并预估阀门的泄露情况；本发明能够实时监控阀门是否发生内漏，防止安全事故的发生；本发明在确定阀门内漏之后，通过上下游内漏特征值的差别，联合提前建立内漏特征值‑泄漏量对照关系预估泄漏量；本发明能够根据泄漏量掌握泄露损失，同时可以调整和优化天然气站的输送流程。

Description

基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法

技术领域

本发明属于阀门检测领域，涉及天然气场站中的阀门内漏检测技术，具体是基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法。

背景技术

天然气场站年输气量较大，各场站均具有计量设备，提供用户供气的贸易结算。由于阀门厂家生产工艺和阀门运行维护的问题，导致部分运行的阀门存在泄漏，类型主要有外漏和内漏。

阀门外漏已经有多种检测和发现手段，技术比较成熟；而对于某些放空阀门发生内漏会直接影响公司的输差管理，并导致经济损失和资源浪费；同时主管线关键阀门的内漏，也严重影响相关作业活动及作业人身安全。而阀门内漏因其泄漏在管道内部，所以较难发现，多依据感官和经验判断，缺乏科学依据，容易误判和漏判，目前尚未建立科学有效的检测手段；因此，亟须一种基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，用于解决现有技术根据感官和经验判断阀门内漏情况，难以准确检测阀门内漏具体情况的技术问题。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，包括：

循环采集阀门的内漏特征数据；对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值；当内漏特征值大于内漏特征阈值时，则强制采集该阀门的上下游内漏特征数据；其中，内漏特征数据包括声学数据或温度数据；

同步采集到该阀门的上下游的内漏特征数据，根据该阀门上下游对应的内漏特征值之间的特征差值判断该阀门是否内漏；是，则进行预警，并根据特征差值预估泄漏量；否，则持续对阀门进行检测。

优选的，所述循环采集阀门的内漏特征数据，包括：

通过超声波温度一体式传感器采集声学信号和温度信号；并将声学信号和温度信号预处理之后输入到信号采集模块；

信号采集模块通过内置的ADC对声学信号和温度信号进行循环采集，获取内漏特征数据；其中，循环采集的频率为5kHz。

优选的，所述声学信号的预处理包括放大和滤波；且通过滤波处理过滤掉除了40kHz频率以外的声学信号。

优选的，所述对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值，包括：

提取内漏特征数据中的声学数据和温度数据；

将声学数据转换成对应的编码值，结合比例系数获取对应的分贝值；以及将温度数据转换成温度值。

优选的，所述当内漏特征值大于内漏特征阈值时，则强制采集该阀门的上下游内漏特征数据，包括：

当分贝值大于分贝阈值，且温度值大于温度阈值时，则判定该阀门符合泄露特征；其中，分贝阈值和温度阈值根据经验设定；以及

强制启动该阀门上下游的超声波温度一体式传感器采集内漏特征数据。

优选的，所述同步采集到该阀门的上下游的内漏特征数据，根据该阀门上下游对应的内漏特征值之间的特征差值判断该阀门是否内漏，包括：

从内漏特征值中提取分贝值和温度值；

比较上下游的分贝值和温度值，获取分贝差值和温度差值；当分贝差值和温度差值均对应的差值阈值时，则判定阀门发生内漏。

优选的，在所述判定阀门发生内漏之后，根据特征差值预估泄漏量，包括：

从特征差值中提取分贝差值或温度差值；

基于分贝差值或温度差值以及内漏特征值-泄漏量对照关系中匹配得到泄漏量，并结合泄漏量进行预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过对阀门的内漏特征值分析，判断是否符合阀门内漏特征；之后，再结合上下游的内漏特征值来验证阀门是否发生内漏，并预估阀门的泄露情况；本发明能够实时监控阀门是否发生内漏，防止安全事故的发生。

2.本发明在确定阀门内漏之后，通过上下游内漏特征值的差别，联合提前建立内漏特征值-泄漏量对照关系预估泄漏量；本发明能够根据泄漏量掌握泄露损失，同时可以调整和优化天然气站的输送流程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的方法步骤示意图；

图2为本发明的分贝值计算步骤示意图；

图3为本发明的阀门上下游内漏特征值判断步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图2，本发明第一方面实施例提供了基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，包括：循环采集阀门的内漏特征数据；对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值；当内漏特征值大于内漏特征阈值时，则强制采集该阀门的上下游内漏特征数据；同步采集到该阀门的上下游的内漏特征数据，根据该阀门上下游对应的内漏特征值之间的特征差值判断该阀门是否内漏；是，则进行预警，并根据特征差值预估泄漏量；否，则持续对阀门进行检测。

本发明所公开的检测方法主要通过信号分析模块，以及与之通信和/或电气连接的信号采集模块来完成。信号采集模块通过超声波温度一体式传感器来采集内漏特征数据。需要说明的是，本发明中的超声波温度一体式传感器设置有多个，每个阀门均对应设置一个超声波温度一体式传感器。信号分析模块、信号采集模块以及若干超声波温度一体式传感器之间的通信方式可以是LoRa通信技术。

本发明中的阀门上下游指与该阀门同组的上下游阀门，即通过上下游阀门配置的超声波温度一体式传感器来采集上下游的内漏特征数据。在其他一些优选的实施例中，超声波温度传感器可以设置在该阀门的上下游的管道位置，同样可以采集得到上下游的内漏特征数据。

由于阀门内漏时会在阀门的下游侧管道内部产生喷射湍流，伴随着噪音出现，声音频段主要集中在15kHz—50kHz直间，其中工业现场主要的干扰源为25kHz以下，所以找到泄漏时产生的最大噪音频率范围大于25kHz超声波部分，进行声学噪音监测，采集多种阀门的不同压力、不同管径的情况下产生的声学信息，搭建数据建模，判定泄漏状态。而且由于工业生产过程中的管道和阀门中运行的气体和液体大部分情况下和常温不同，具有一定温度差别；常闭阀门如果发生泄漏，阀门的上游侧管路与阀门的下游侧管路温度接近；反之上游侧为运行温度，下游侧为常温。

因此，本发明中的内漏特征数据包括声学数据或温度数据，即可以仅根据声学数据来判断阀门是否发生内漏，也可以将声学数据和温度数据结合来判断阀门是否发生内漏。

在一个优选的实施例中，将声学数据和温度数据结合起来判断阀门是否内漏。先循环采集阀门的内漏特征数据，具体是通过超声波温度一体式传感器采集到声学信号和温度信号，对声学信号进行放大、滤波处理之后，连同我呢度信号输入指信号采集模块，信号处理模块通过内置的ADC对声学信号和温度信号进行循环采集，采集频率为5kHz。

之后，对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值。这里的转换处理主要针对声学数据，将声学数据转换成编码值，编码值的范围为0-4096，将编码值乘以比例系数0.05获取对应的分贝值。

当分贝值和温度值均大于对应的设定阈值时，则判定符合阀门内漏的特征，接着强制唤醒该阀门上下游的超声波温度一体式传感器，采集上下游的内漏特征数据。需要说明的是，在将内漏特征值与设定阈值进行比较时，可以延长比对周期，如连续10s分贝值和温度值有小于等于对应设定阈值时，则判定为误报。

请参阅图3，对上下游的内漏特征数据进行处理可以获取上下游的内漏特征值。比较上下游内漏特征值，具体是上下游分贝值的差值和上下游温度值的差别，当上下游的分贝值和温度值均超过对应的差值阈值时，则判定该阀门发生内漏。若上下游分贝值和温度值的差别较小，则有可能是其他噪声干扰。

最后，需要根据内漏特征值来预估泄漏量。在这之前，需要根据历史经验数据或者实验模拟数据来建立内漏特征值与泄漏量的对照关系，即当每组分贝值和温度值对应一个泄漏量。对应关系可以通过拟合曲线建立，也可以通过人工智能模型建立。

以拟合曲线建立内漏特征值-泄漏量的对照关系为例：获取历史经验数据或者实验模拟数据，从中提取若干条数据，每条数据均包括阀门内漏时上下游的分贝差值、温度差值以及对应的泄漏量；将分贝差值、温度差值作为自变量，泄漏量作为因变量进行曲线拟合；之后将实时获取的特征差值带入到获取的拟合曲线中，可以快速估算出泄漏量。

在一个优选的实施例中，仅根据声学数据来判断阀门是否内漏。首先，获取阀门对应的分贝值，当分贝值大于分贝阈值时，则判定符合阀门内漏的特征；接着强制唤醒该阀门上下游的超声波温度一体式传感器，采集上下游的分贝值。当上下游的分贝差值超过对应的差值阈值时，则判定阀门发生内漏。

不同类型、不同孔径的阀门在泄露过程中上下游数值存在明显差别，参考表1和表2，因此要结合具体情况设置差值阈值，以便更加合理地判断内漏情况。

表1球阀泄漏过程中上下游数值对比

表2管道中有放空阀排气过程中上下游数值对比

根据实验，当管道气体压力一定的情况下，漏孔越大，超声波温度一体式传感器检测到的数值就越大，所以当管道气体压力一定的情况下，可以根据超声波温度一体式传感器测到的数值预估泄漏量，表3为400kPa压力下声学值和对应泄漏量的对照表。

表3分贝值-泄漏量对照表

分贝值(dB)	泄漏量(m3/s)
		0	0
0.1-5.0	0.19
		5.1-10.0	0.37
10.1-20.0	0.56
		20.1-30.0	0.74
30.1-40.0	0.93
		40.1-60.0	1.10
60.1-80.0	1.30
		80.1-100.0	1.50
100.1-120.0	1.86

上述预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：循环采集阀门的内漏特征数据；对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值；当内漏特征值大于内漏特征阈值时，则强制采集该阀门的上下游内漏特征数据。同步采集到该阀门的上下游的内漏特征数据，根据该阀门上下游对应的内漏特征值之间的特征差值判断该阀门是否内漏；是，则进行预警，并根据特征差值预估泄漏量；否，则持续对阀门进行检测。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (7)

1.基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，包括：

循环采集阀门的内漏特征数据；对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值；当内漏特征值大于内漏特征阈值时，则强制采集该阀门的上下游内漏特征数据；其中，内漏特征数据包括声学数据或温度数据；

同步采集到该阀门的上下游的内漏特征数据，根据该阀门上下游对应的内漏特征值之间的特征差值判断该阀门是否内漏；是，则进行预警，并根据特征差值预估泄漏量；否，则持续对阀门进行检测。

2.根据权利要求1所述的基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，所述循环采集阀门的内漏特征数据，包括：

通过超声波温度一体式传感器采集声学信号和温度信号；并将声学信号和温度信号预处理之后输入到信号采集模块；

信号采集模块通过内置的ADC对声学信号和温度信号进行循环采集，获取内漏特征数据；其中，循环采集的频率为5kHz。

3.根据权利要求2所述的基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，所述声学信号的预处理包括放大和滤波；且通过滤波处理过滤掉除了40kHz频率以外的声学信号。

4.根据权利要求1所述的基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，所述对内漏特征数据进行转换处理获取内漏特征值，包括：

提取内漏特征数据中的声学数据和温度数据；

将声学数据转换成对应的编码值，结合比例系数获取对应的分贝值；以及将温度数据转换成温度值。

5.根据权利要求4所述的基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，所述当内漏特征值大于内漏特征阈值时，则强制采集该阀门的上下游内漏特征数据，包括：

当分贝值大于分贝阈值，且温度值大于温度阈值时，则判定该阀门符合泄露特征；其中，分贝阈值和温度阈值根据经验设定；以及

强制启动该阀门上下游的超声波温度一体式传感器采集内漏特征数据。

6.根据权利要求5所述的基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，所述同步采集到该阀门的上下游的内漏特征数据，根据该阀门上下游对应的内漏特征值之间的特征差值判断该阀门是否内漏，包括：

从内漏特征值中提取分贝值和温度值；

比较上下游的分贝值和温度值，获取分贝差值和温度差值；当分贝差值和温度差值均对应的差值阈值时，则判定阀门发生内漏。

7.根据权利要求6所述的基于超声波和温度信息判定阀门内漏的检测方法，其特征在于，在所述判定阀门发生内漏之后，根据特征差值预估泄漏量，包括：

从特征差值中提取分贝差值或温度差值；

基于分贝差值或温度差值以及内漏特征值-泄漏量对照关系中匹配得到泄漏量，并结合泄漏量进行预警。

Images