CN116453307A - 一种在线检测管道安全预警系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在线检测管道安全预警平台及其方法，所述安全预警平台包括设置在管道上压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器；设置在计算机上的检测管道安全预警系统，包括：数据采集模块，信号处理模块，监测对象信息录入模块，数据管理模块，通信模块，数据处理模块和报警模块；其中：数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据；数据处理模块对四个不同传感器的各种缺陷类型的可信度函数处理生成融合管道危险预警参数；数据处理模块将管道危险预警参数与预设阈值判断，如果管道危险预警参数超出预设阀值，则启动报警模块；本发明解决了因管道异常造成工业流程停工减产的技术问题，确保企业安全生产。
Description
技术领域
本发明属于管道实时安全监测领域，具体涉及一种在线检测管道安全预警系统及其方法。
背景技术
管道通常是指利用管和管联接件等连接成的一种用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。管道的用途十分广泛，可以用在供热、给水、煤气运输、长距离输送天然气和石油、农业灌溉等各种工业装置中。在工业流程中管道会在长期的服役下发生破损失效，导致管道内介质发生泄露进而需要停工检修，严重影响了整个生产流程的进行。特别是管道常被应用在石油化工领域，其内部经常是易燃易爆、有毒性及腐蚀性等危险介质。如果此类介质泄露，不仅会导致周围环境污染而且会引发现场发生爆炸，造成严重的经济损失和大量的人员伤亡。
在“大数据”的时代背景下，需要以相关算法对大量的数据进行处理、分析和存储等。针对目前的流程工业来说，对于流程管道的安全保护监测技术依然存在着明显的不足之处。因此在传感器技术与数据融合分析技术的支持下，实时状态监测、基于多种传感器的风险评估被逐渐应用。目前的流程工业中的相关监测设备，大多数是以螺栓、连接法兰等作为监测目标，而少有针对整个流程管道的在线安全监测与对实时监测数据进行智能分析处理来预测管道变化的研究。
发明内容
为了确保能够准确可信地掌握管道状态，需要采用多种传感器对管道进行实时在线安全监测。本发明提供一种在线检测管道安全预警系统及其方法；该发明可以对管道监测的传感器种类和数量较多，得到的监测数据量大而繁冗，因此，本发明需要对所得数据进行融合处理，使最终得到的数据更加准确与完整。本发明可以对多种传感器监测数据融合技术，所得的监测数据需准确性；确保各类传感器在管道的精准定位；本发明监测系统可以充分满足要求，为实时在线监测与分析管道所处状态提供有力支持。
本发明采用如下技术方案进行实施：
一种在线检测管道安全预警平台，所述安全预警平台包括：
--设置在管道上压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器；
--设置在计算机上的检测管道安全预警系统，所述检测管道安全预警系统包括：数据采集模块，信号处理模块，监测对象信息录入模块，数据管理模块，通信模块，数据处理模块和报警模块；其中：
所述数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据；
所述数据处理模块按照如下公式将数据管理模块检测四个不同传感器的各种缺陷类型的可信度函数处理生成融合管道危险预警参数，即：
其中：Bel1是压力传感器缺陷类型置信度函数、Bel2是温度传感器缺陷类型置信度函数、Bel3是超声波传感器缺陷类型置信度函数和Bel4是浓度传感器缺陷类型置信度函数；Ah、Bi、Cj和Dk为对应传感器的焦元；
所述数据处理模块将管道危险预警参数与预设压力、温度、裂纹以及泄露介质浓度的阈值判断，如果管道危险预警参数超出预设阀值；则启动报警模块。
进一步，所述数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据过程，包括：
根据管道存在的压力、温度、裂纹和浓度缺陷类型建立识别集合c，
根据识别集合按照如下内容建立危险预警集合m：
其中：m为识别集合Θ上的可信度；φ为不可能事件当管道未出现异常情况时；则初始危险预警集合可信度为0，而监测管道有缺陷和不确定的概率之和为1；如管道存在一缺陷A属于识别集合Θ，则m(A)为传感器测得缺陷A的可靠度；
根据管道存在多种危险预警集合按照如下公式生成单个传感器对所有缺陷类型的可信度函数：
其中：A的可信度函数为每个传感器对各种缺陷子函数的信度值之和；
数据处理模块通过可信度函数对采集的管道缺陷数据进行判断；如果单个传感器输出的管道缺陷数据高于其可信度函数时，则保持该管道缺陷数据；否则删除。
进一步，所述管道上每间隔10～15m设置有一压力传感器；所述压力传感器为应变筒式压力传感器。
进一步，所述管道上每间隔5～8m设置有一温度传感器；所述温度传感器为LM135温度传感器。
进一步，所述管道上每间隔10～15m设置有超声波传感器；所述超声波传感器为GE700超声波探伤传感器。
进一步，所述管道法兰连接处设置有浓度传感器，所述的浓度传感器为QM-N5型半导体气敏传感器。
本发明还可以采用如下技术方案予以实施：
一种在线检测管道安全预警方法，包括如下步骤：
数据采集模块用于输出压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器检测管道的数据信息；
信号处理模块将各个传感器采集的数据信息进行分析处理数据特征；
监测对象信息录入模块将被监测的管道信息录入并将每条信息名称与输入内容相互对应；监测的管道数据信息通过通信模块传送给数据处理模块；
数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行冗余处理并将存储的数据发送给数据管理模块；其中：
数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行融合四个不同传感器的各种缺陷类型的可信度函数处理生成融合管道危险预警参数；所述融合管道危险预警参数如下所示：
其中：Bel1是压力传感器缺陷类型置信度函数、Bel2是温度传感器缺陷类型置信度函数、Bel3是超声波传感器缺陷类型置信度函数和Bel4是浓度传感器缺陷类型置信度函数；Ah、Bi、Cj和Dk为对应传感器的焦元；
数据管理模块将获取的监测数据进行存储，并对其他模块提供信息与将各个模块之间的逻辑相互隔离；
数据处理模块将管道危险预警参数与预设压力、温度、裂纹以及泄露介质浓度的阈值判断，如果管道危险预警参数超出预设阀值；则通信模块传输数据处理模块输出的预警信息启动报警模块。
有益效果
1、本发明通过设定多种与多个传感器对工业流程管道的压力、温度、裂纹以及介质浓度等参数进行采集与分析，对管道起到实时在线安全监测的作用，为整个流程管道提供了最基础的保障。
2、本发明的监测系统可以对管道发生较大压力温度变化、出现裂纹以及发生泄露时，可以及时分析监测数据并根据数据分析结果进行相对应的报警操作。同时，本发明依据流程管道的特性，建议了相应传感器的布置与选型，形成了监测数据库，为远程客服端控制与查询提供有力支持。
3、本发明通过统计数据来预测管道经常出现缺陷位置，为以后的管道布置与安装提供更合理更有效的理论依据。
附图说明
图1为本发明一种在检测管道安全预警系统原理图；
图2为本发明一种在检测管道安全预警系统流程图；
图3为本发明一种在检测管道安全预警系统中数据模块融合数据处理框图；
图4为本发明一种在检测管道安全预警系统中预警模块处理框图。
具体实施方式
以下通过结合说明书附图1-4所示，对本发明作进一步的描述。
本发明提供一种在线检测管道安全预警平台。如图1所示，基于D-S证据理论及多种传感器的管道在线安全监测系统包括传感器数据采集模块1，信号处理模块2，监测对象信息录入模块3，数据管理模块4，通信模块5，数据处理模块6，报警模块7。本发明涉及管道安全预警平台还包括设置在管道上压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器。
针对压力传感器的安装位置，可每间隔10～15m安装一压力传感器，便于实时准确地掌握整个流程管道的压力变化。如图4所示，当监测系统判定管道压力处于正常范围时，则直接进入下一循环监测；当监测系统判定管道压力处于非正常范围时，则监测系统立即将信息反馈到报警模块7，报警模块7发出蓝色预警，提醒相关人员及时对管道进行排查检修，完成该操作后即进入下一循环监测。
进一步的，针对温度传感器安装位置，可将温度传感器直接安装在管道上。温度在管道之间传递速度较快，在一定距离内管道温度基本相同，因此可每间隔5～8m安装一温度传感器。如图4所示，当监测系统判定管道温度处于正常范围时，则直接进入下一循环监测；当监测系统判定管道温度处于非正常范围时，则监测系统立即将信息反馈到报警模块7，报警模块7发出橙色预警，提醒相关人员及时对管道进行排查检修，完成该操作后即进入下一循环监测。
进一步的，针对超声波传感器的安装位置，考虑到超声波的检测范围可以在5～10m的范围内安装一个超声波传感器。如图4所示，当监测系统判定管道没有裂纹产生时，则直接进入下一循环监测；当监测系统判定管道有裂纹产生时，则监测系统立即将信息反馈到报警模块7，报警模块7发出黄色预警，提醒相关人员进行停工检修更换管道，完成该操作后即进入下一循环监测。
进一步的，针对浓度传感器的安装位置，可安装在管道法兰连接处以及焊接连接处等，此类位置由于长期受到交变压力、振动以及冲刷腐蚀等因素影响，不可避免的发生泄露。如图4所示，当监测系统判定管道没有介质泄露时，则直接进入下一循环监测；当监测系统判定管道有介质泄露时，则监测系统立即将信息反馈到报警模块7，报警模块7发出红色预警，提醒相关人员进行停工检修更换相应部件，完成该操作后即进入下一循环监测。
通过信号处理模块2将各类以及各个传感器1所采集的数据进行处理，得到更加明显清晰的数据特征。
通过监测对象信息录入模块3可以将被监测的管道信息录入，同时将录入的每条信息名称与输入内容相互对应。
通过数据管理模块4将获取的监测数据进行存储，并对其他模块提供信息与将各个模块之间的逻辑相互隔离。
通过计算机模块6将通信模块5所收集到的数据进行分析处理，将实时监测管道的压力、温度、裂纹以及浓度等参数与计算机模块6中压力、温度、裂纹以及浓度的阈值进行对比并立即生成反馈信息。反馈信息通过通信模块5来控制报警模块7。
当监测系统得到异常数据时，通过报警模块7可实时而准确对管道出现何种异常情况进行判定，从而及时提醒相关人员做好应急处理。
进一步的，通过对计算机模块6中收集到的相关数据进行智能分析，统计出对于不同工况以及流程下压力、温度、裂纹以及浓度对于管道造成缺陷的影响因素最大，通过该统计预测管道经常出现缺陷的位置，为之后的管道安装与布置提供更合理更有效的理论依据。
如图2、图3所示，一种在线检测管道安全预警方法，包括如下步骤：
步骤101：数据采集模块用于输出压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器检测管道的数据信息；信号处理模块将各个传感器采集的数据信息进行分析处理数据特征；监测对象信息录入模块将被监测的管道信息录入并将每条信息名称与输入内容相互对应；监测的管道数据信息通过通信模块传送给数据处理模块；
步骤102：数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行冗余处理并将存储的数据发送给数据管理模块；其中：
所述数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行冗余处理过程：所述数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据过程，包括：
根据管道存在的压力、温度、裂纹和浓度缺陷类型建立识别集合c，
根据识别集合按照如下内容建立危险预警集合m：
其中：m为识别集合Θ上的可信度；φ为不可能事件当管道未出现异常情况时；则初始危险预警集合可信度为0，而监测管道有缺陷和不确定的概率之和为1；如管道存在一缺陷A属于识别集合Θ，则m(A)为传感器测得缺陷A的可靠度；
根据管道存在多种危险预警集合按照如下公式生成单个传感器对所有缺陷类型的可信度函数：
其中：A的可信度函数为每个传感器对各种缺陷子函数的信度值之和；
数据处理模块通过可信度函数对采集的管道缺陷数据进行判断；如果单个传感器输出的管道缺陷数据高于其可信度函数时，则保持该管道缺陷数据；否则删除。
步骤103：数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行融合四个不同传感器的各种缺陷类型的可信度函数处理生成融合管道危险预警参数；所述融合管道危险预警参数如下所示：
其中：Bel1是压力传感器缺陷类型置信度函数、Bel2是温度传感器缺陷类型置信度函数、Bel3是超声波传感器缺陷类型置信度函数和Bel4是浓度传感器缺陷类型置信度函数；Ah、Bi、Cj和Dk为对应传感器的焦元；数据管理模块将获取的监测数据进行存储，并对其他模块提供信息与将各个模块之间的逻辑相互隔离；
步骤104：数据处理模块将管道危险预警参数与预设压力、温度、裂纹以及泄露介质浓度的阈值判断，如果管道危险预警参数超出预设阀值；则通信模块传输数据处理模块输出的预警信息启动报警模块。
Claims (9)
1.一种在线检测管道安全预警平台，其特征在于，所述安全预警平台包括：
--设置在管道上压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器；
--设置在计算机上的检测管道安全预警系统，所述检测管道安全预警系统包括：数据采集模块，信号处理模块，监测对象信息录入模块，数据管理模块，通信模块，数据处理模块和报警模块；其中：
所述数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据；
所述数据处理模块按照如下公式将数据管理模块检测四个不同传感器的各种缺陷类型的可信度函数处理生成融合管道危险预警参数，即：
其中：Bel1是压力传感器缺陷类型置信度函数、Bel2是温度传感器缺陷类型置信度函数、Bel3是超声波传感器缺陷类型置信度函数和Bel4是浓度传感器缺陷类型置信度函数；Ah、Bi、Cj和Dk为对应传感器的焦元；
所述数据处理模块将管道危险预警参数与预设压力、温度、裂纹以及泄露介质浓度的阈值判断，如果管道危险预警参数超出预设阀值；则启动报警模块。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测管道安全预警平台，其特征在于，
所述数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据过程，包括：
根据管道存在的压力、温度、裂纹和浓度缺陷类型建立识别集合c，
根据识别集合按照如下内容建立危险预警集合m：
m(φ)＝0；
其中：m为识别集合Θ上的可信度；φ为不可能事件当管道未出现异常情况时；则初始危险预警集合可信度为0，而监测管道有缺陷和不确定的概率之和为1；如管道存在一缺陷A属于识别集合Θ，则m(A)为传感器测得缺陷A的可靠度；
根据管道存在多种危险预警集合按照如下公式生成单个传感器对所有缺陷类型的可信度函数：
其中：A的可信度函数为每个传感器对各种缺陷子函数的信度值之和；
数据处理模块通过可信度函数对采集的管道缺陷数据进行判断；如果单个传感器输出的管道缺陷数据高于其可信度函数时，则保持该管道缺陷数据；否则删除。
3.根据权利要求1所述的一种在线检测管道安全预警平台，其特征在于，所述管道上每间隔10～15m设置有一压力传感器；所述压力传感器为应变筒式压力传感器。
4.根据权利要求1所述的一种在线检测管道安全预警平台，其特征在于，所述管道上每间隔5～8m设置有一温度传感器；所述温度传感器为LM135温度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种在线检测管道安全预警平台，其特征在于，所述管道上每间隔10～15m设置有超声波传感器；所述超声波传感器为GE700超声波探伤传感器。
6.根据权利要求1所述的一种在线检查管道安全预警平台，其特征在于，
所述管道法兰连接处设置有浓度传感器，所述的浓度传感器为QM-N5型半导体气敏传感器。
7.采用如权利要求1所述的平台进行在线检测管道安全预警方法，包括如下步骤：
数据采集模块用于输出压力传感器、温度传感器、超声波传感器和浓度传感器检测管道的数据信息；
信号处理模块将各个传感器采集的数据信息进行分析处理数据特征；
监测对象信息录入模块将被监测的管道信息录入并将每条信息名称与输入内容相互对应；监测的管道数据信息通过通信模块传送给数据处理模块；
数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行冗余处理并将存储的数据发送给数据管理模块；其中：
数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行融合四个不同传感器的各种缺陷类型的可信度函数处理生成融合管道危险预警参数；所述融合管道危险预警参数如下所示：
其中：Bel1是压力传感器缺陷类型置信度函数、Bel2是温度传感器缺陷类型置信度函数、Bel3是超声波传感器缺陷类型置信度函数和Bel4是浓度传感器缺陷类型置信度函数；Ah、Bi、Cj和Dk为对应传感器的焦元；
数据管理模块将获取的监测数据进行存储，并对其他模块提供信息与将各个模块之间的逻辑相互隔离；
数据处理模块将管道危险预警参数与预设压力、温度、裂纹以及泄露介质浓度的阈值判断，如果管道危险预警参数超出预设阀值；则通信模块传输数据处理模块输出的预警信息启动报警模块。
8.采用如权利要求7所述的平台进行在线检测管道安全预警方法，包括如下步骤：所述数据处理模块对各类传感器输出的管道监测数据进行冗余处理过程：所述数据管理模块对同一类型的传感器所采集的数据进行分析处理并舍弃干扰数据过程，包括：
根据管道存在的压力、温度、裂纹和浓度缺陷类型建立识别集合c，
根据识别集合按照如下内容建立危险预警集合m：
m(φ)＝0；
其中：m为识别集合Θ上的可信度；φ为不可能事件当管道未出现异常情况时；则初始危险预警集合可信度为0，而监测管道有缺陷和不确定的概率之和为1；如管道存在一缺陷A属于识别集合Θ，则m(A)为传感器测得缺陷A的可靠度；
根据管道存在多种危险预警集合按照如下公式生成单个传感器对所有缺陷类型的可信度函数：
其中：A的可信度函数为每个传感器对各种缺陷子函数的信度值之和；
数据处理模块通过可信度函数对采集的管道缺陷数据进行判断；如果单个传感器输出的管道缺陷数据高于其可信度函数时，则保持该管道缺陷数据；否则删除。
9.一种在线检测管道安全预警计算机介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求7-8所述的方法步骤。
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