CN116557793A - 一种融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统及方法，属于智能监测技术领域。监测系统包括温度传感器、压力传感器、物联网电表、PLC控制器、物联网DTU设备、远程服务器。本发明通过数字式传感器实现对管道运行状态参数实时读取、分析，通过物联网设备DTU上传数据实现远程实时监测；本发明通过对管道泄漏处流体进行能量分析，获取泄漏瞬时温度，以温度梯度变化推导压力梯度变化，双参数联动泄漏分析，定位泄漏点，精度更高；通过PLC实现控制逻辑，操作简单，工程适用性强。本发明还形成有压力‑温度数据组和电源频率数据组，实时分析热力管道运行状态，结合设备电源频率变化，综合设置泄漏阈值，降低误报警频率。
Description
技术领域
本发明属于智能监测技术领域，尤其涉及一种融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统及方法。
背景技术
供热管道是连接热源与热用户之间的桥梁，随着城市供热管网规模的不断增大，热力管道的故障概率也不断增加，其中，管道泄漏是一种最为常见的故障形式，供热管道发生泄漏极易造成能源浪费和经济损失，同时给巡检人员带来安全事故隐患，因此对供热管道运行状态实时监测至关重要。传统管道泄漏监测包括负压波检测法、分布式光纤法、流量平衡法、小波分析法等，通过硬件和软件的方式实现对管道运行参数的提取与分析，具有一定的定位精度和泄漏预报精度，但以上方法大都停留在理论、模拟及实验室阶段，在实际工程中，管道沿线布置各类传感设备经济成本较大，现场适用性较低。因此，本发明设计了一种融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统及方法，通过融合现场压力传感和温度传感，在不增加传感设备的基础上，实现对供热管道运行状态监测和管道泄漏分析与预警。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统及方法，解决了传统管道泄漏监测所存在的经济成本较大、现场适用性较低等问题。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种基于融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统的监测方法，监测系统包括温度传感器、压力传感器、物联网电表、PLC控制器、物联网DTU设备、通讯线缆以及远程服务器；压力传感器与温度传感器布置在供热管道上；物联网电表位于供热管道始端的设备泵组配电箱中，实时采集供热泵的频率变化；PLC控制器与温度传感器、压力传感器、物联网电表、物联网DTU设备通讯，接收实时采集的温度值、压力值、频率值并进行运算分析，输出预警信号，定位泄漏点；物联网DTU设备通过移动网络与远程服务器信号连接，远程服务器对监测系统所有数据进行处理与储存；
监测方法包括如下过程：
步骤1：根据供热管道上布置的温度传感器与压力传感器情况，划分泄漏分析单元；
步骤2：PLC控制器接收温度传感器与压力传感器实时采集的温度值和压力值，分析求解管道泄漏瞬时温度与瞬时压力；
步骤3：PLC控制器基于瞬时温度与瞬时压力，根据压力梯度法定位泄漏位置；
步骤4：PLC控制器进行管道泄漏预警、供热泵组启停预警。
进一步地，所述步骤1中，供热管道上，压力传感器下游一定距离内布置一个温度传感器，选取三个温度传感器和两个压力传感器作为一组泄漏分析单元。
进一步地，所述步骤2中，PLC控制器分析求解管道泄漏瞬时温度与瞬时压力的具体过程如下：
管道泄漏的瞬间，，其中，/>为未发生泄露时管外壁温度，/>为发生泄漏时管外壁温度，/>为管壁瞬时温度；
则通过下式计算管道泄漏瞬时温度为：
其中，为管内流体温度；/>为管道内蒸汽与保温层的对流换热系数；/>为蒸汽比热容；/>为蒸汽密度；/>为管道壁厚；
供热管道中蒸汽压力与温度对应关系如下式（7）所示：
（7）
其中，为蒸汽压力；/>为蒸汽温度；
将作为蒸汽温度代入式（7）计算得到的/>值即为管道泄漏瞬时温度/>对应的管道泄漏瞬时压力/>。
进一步地，所述步骤3中，PLC控制器根据压力梯度法定位泄漏位置的具体过程如下：
首先计算泄漏点处上游压力梯度和下游压力梯度/>：
（8）
（9）
其中，为泄漏点区域内压力传感器到其下游温度传感器之间的距离；/>为泄漏点区域内温度传感器到其下游压力传感器之间的距离；/>为泄漏点位置到泄漏点区域内压力传感器的距离；/>表示梯度方向；/>为泄漏点处上游压力传感器检测的压力值；/>为泄漏点处下游压力传感器检测的压力值；/>为管道泄漏瞬时压力；
然后，由蒸汽管内动量守恒方程知：
（10）
其中，为摩擦系数；/>为蒸汽流速；/>为蒸汽密度；/>为管道直径；
联立式（8）~（10）可得：
由于各传感器的布置位置是已知的，根据计算得到的值即可准确定位泄漏点的位置。
进一步地，所述步骤3中，定位泄漏点位置的过程中，引入修正系数，采用温度修正压力的方法修正/>值，其中，修正系数由下式表示：
则修正后的新的值为：
其中，为管道泄漏瞬时温度；/>为泄漏点处上游温度传感器检测的温度值；为泄露点处下游温度传感器检测的温度值。
进一步地，所述步骤4中，PLC控制器进行进行管道泄漏预警以及供热泵组启停预警的具体过程如下：
PLC控制器采集压力传感器和温度传感器的数据后，形成压力数据组和温度数据组来表示同一时刻下管道沿线压力值分布和温度值分布；然后设定采样周期，形成每间隔1个采样周期的同一个压力传感器的压力值分布、同一个温度传感器的温度值分布；与此同时，PLC控制器通过物联网电表采集供热泵的电源频率，形成频率数据组；
当频率数据组中的任一频率值满足启停条件时，即表明供热泵发生启停事件，PLC控制器输出设备启停信号至PLC内部设备状态寄存器中，但不驱动现场蜂鸣器；
当PLC控制器预设的压力泄漏阈值满足预警条件时，PLC控制器输出压力预警信号至PLC内部压力状态寄存器中，此时监测系统若触发设备启停信号，则自动识别为当前工况为设备启停，未发生泄漏；此时监测系统若未触发设备启停信号，则驱动蜂鸣器进行泄漏报警，然后按照步骤3所述方法定位出泄漏位置。
进一步地，所述预警条件为：，其中，/>，为管道泄漏瞬时压力，/>表示压力传感器/>间隔一个采样周期/>采集到的压力值，表示压力传感器/>检测到的压力值。
进一步地，所述启停条件为：频率值大于52或小于48时。
本发明具有如下有益效果：
（1）改变传统供热管道采用指针式压力表和温度表的监测方式，通过数字式压力传感器和数字式温度传感器实现对管道运行状态参数实时读取、分析、记录，并通过物联网设备DTU上传数据实现远程实时监测功能，可实时在云端查询数据。
（2）对管道泄漏处流体进行能量分析，得出泄漏时的瞬时温度，以温度变化作为压力梯度求解的指导依据，进而对供热管道泄漏点定位，提升定位精度，该算法可以通过PLC进行逻辑运算，及时发现泄漏并输出预警信号。
（3）形成压力-温度数据组和电源频率数据组，实时分析热力管道运行状态，结合设备电源频率变化，综合设置泄漏阈值，降低误报警频率。
（4）以温度梯度变化推导压力梯度变化，双参数联动泄漏分析，提高了泄漏定位精度。
（5）通过PLC实现控制逻辑，操作简单，工程适用性强。
附图说明
图1为本发明所述监测系统框架图；
图2为泄漏分析单元示意图；
图3为泄漏孔处二维模型图；
图4为泄漏点处压力梯度示意图；
图5为本发明所述供热管道运行状态监测方法流程图；
图中：1-温度传感器A；2-压力传感器A；3-温度传感器B；4-压力传感器B；5-温度传感器C；6-保温层；7-管壁。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。供热管道内介质可以为水、蒸汽、气液两相，各介质情况下的运行状态监测方案原理相同，本发明优选以介质为蒸汽的供热管道为例进行方案描述。
参照图1，本发明所述融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统，包括温度传感器、压力传感器、物联网电表、PLC控制器、物联网DTU设备、通讯线缆以及远程服务器。
压力传感器与温度传感器布置在供热管道上，不改变原有供热管道仪表施工图中的布置数量及间距，采用带有通讯功能的数字式传感器替代，便于系统数据的实时采集；物联网电表位于供热管道始端的设备泵组配电箱中，采用具有通讯功能的物联网电表实时采集供热泵的频率变化。
PLC控制器作为监测系统的核心控制部件，包括PLC本体、扩展通讯模块Ⅰ、扩展通讯模块Ⅱ；扩展通讯模块Ⅰ与温度传感器和压力传感器通过RS485通讯，负责接收各传感器实时采集的温度值和压力值；扩展通讯模块Ⅱ与物联网DTU设备通过MODBUS协议通讯，负责将处理好的数据上传；PLC本体负责储存扩展通讯模块Ⅰ采集的数据，按既定的逻辑程序对数据进行运算及分析，并输出预警信号。
物联网DTU设备与PLC通讯完成后，将处理好的数据通过4G移动网络的形式上传至远程服务器，由远程服务器对监测系统所有数据进行处理与储存。
远程服务器基于MQTT协议搭建，接收来自物联网DTU上传的数据和物联网电表上传的数据，可采用自研平台或阿里云等云端平台集中显示供热管道的压力参数、温度参数及预警信号等。
物联网DTU、温度传感器、压力传感器由24V电源供电，PLC控制器输出端口连接继电器KA1，输出预警信号后，继电器KA1驱动蜂鸣器对现场泄漏发出预警。
利用上述融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测系统的供热管道运行状态监测方法如图5所示，包括如下过程：
步骤1：划分泄漏分析单元；
由于供热管道较长，且施工现场一般施工做法为压力传感器下游一定距离内会布置一个温度传感器，因此，需要对供热管道进行单元划分以便监测分析，参照图2，选取三个温度传感器和两个压力传感器作为一组泄漏分析单元；
其中，每个泄漏分析单元中，泄漏区域记作区域Ⅰ，区域Ⅰ又包括区域Ⅱ和区域Ⅲ，当区域Ⅱ发生泄漏时，分析的数据源来自温度传感器A1和温度传感器B3的温度值以及压力传感器A2和压力传感器B4的压力值；当区域Ⅲ发生泄漏时，分析的数据源来自温度传感器B3和温度传感器C5的温度值，压力传感器A2和压力传感器B4的压力值。
步骤2：进行漏点处能量的前期理论分析；
管道未泄漏时，管内蒸汽热量除了与末端热用户之间发生热量输送，还与管壁7发生对流换热，在长距离供热管道中，热用户换热量可通过管网输送热量公式求得，即：
其中：为热用户端换热量，单位为kW；/>为供热蒸汽量，单位为t/h；/>为蒸汽比热容，单位为J/(kg·℃)；/>为热用户端供汽温度，单位为℃；/>为热用户端回汽温度，单位为℃。
因此，管道未泄露时，管内蒸汽热量变化量即为：
其中：为管道未泄露时管内蒸汽热量变化量，单位为kW；/>为供热蒸汽热量，kW；/>为蒸汽与管壁7对流换热量，单位为kW；
当管道发生泄漏时，管内蒸汽沿着泄漏孔直接与保温层6接触，传热过程包括管内流体与泄漏孔壁间的对流换热、管内流体与保温层6间的对流换热、保温层6内表面与保温层6外表面的导热，泄漏孔处由于保温层6的存在，致使部分泄漏蒸汽无法自由出流，在短时间内形成回流，如图3所示，因此泄漏孔处的蒸汽热量变化可等效于管内流体与管壁7间和保温层6的对流换热，即：
其中：为泄露时管内蒸汽热量变化量，单位为kW；/>为蒸汽与保温层6对流换热量，单位为kW。
管道泄露时的蒸汽热量变化相较于未泄露时的蒸汽热量变化只存在于蒸汽与保温层6的对流换热量，即蒸汽发生泄漏时的瞬时热量变化量/>；
因此：
（1）
其中：为发生泄漏时瞬时热量变化量，kW；/>为泄漏孔的面积，单位为㎡；/>为管内流体温度，单位为K，可由流体上下游相邻的两个温度传感器读取平均温度值获得；为发生泄漏时的管外壁温度，单位为K；/>为管道内蒸汽与保温层6的对流换热系数，单位为W/(m2.K)。
当管道未发生泄漏时，由于管外的保温层6包裹严实，可以忽略管外壁与保温层6内表面间的流体间隙，近似认为管外壁温度即为保温层6内表面温度，对管道径向传热进行分析，可求得未发生泄漏时的管外壁温度：
（2）
（3）
（4）
其中：为流体与管内壁间的对流换热热量，单位为W；/>为管内壁与管外壁间导热热量，单位为W；/>为管外壁与环境间导热热量，单位为W；/>为蒸汽对流换热系数，单位为W/(m2·K)；/>为管道直径，单位为m；/>为管道壁厚，单位为m；/>为保温层6厚度，单位为m；/>为管段间长度，单位为mm；/>为管道材料导热系数，单位为W/(m·K)；/>为保温材料导热系数，单位为W/(m·K)；/>为未发生泄露时管内壁温度，单位为K；/>为未发生泄露时管外壁温度，单位为K；/>为保温层6外表面温度（近似于环境温度）。
由于各个传热过程中的热流量保持不变，即/>，联立上式（2）~（4）即可求出/>；当发生泄漏的瞬间，保温层6内表面温度为未发生泄漏时的管外壁温度，即/>，因此将/>代入式（1）即可求得蒸汽发生泄漏的瞬间的瞬时热量变化量。
另外，在实际中，泄漏孔的孔径相较于管径很小，则在泄漏空间内蒸汽的瞬时热量变化量满足：
（5）
其中：为蒸汽比热容，单位为J/(kg·℃)；/>为蒸汽质量，单位为kg；/>为发生泄漏瞬间温度变化，单位为K；/>为泄漏瞬时温度，单位为K；/>为蒸汽密度，单位为kg/m³。
步骤3：PLC控制器基于步骤1中的单元划分以及步骤2中的理论分析，接收各传感器实时采集的温度值和压力值，分析求解管道泄漏时的瞬时温度与瞬时压力；
由于压力变化以压力波的形式在管道内传播，受到噪音、环境等影响较大，而管内温度变化受外部环境影响较小，因此以泄漏时的瞬时温度求解瞬时压力，具体如下：
由步骤2分析可知，发生泄漏的瞬间，
其中，为未发生泄露时管外壁温度，单位为K；/>为发生泄漏时管外壁温度，单位为K；/>为管壁7瞬时温度，单位为K；
结合式（1）、（5）可计算得到管道泄漏瞬时温度为：
（6）
供热管道中蒸汽温度一般在500K左右及以内，因此水的饱和蒸汽压力与温度对应关系可采用Antoine经验公式或查询蒸汽压力与温度焓值表得出：
（7）
其中：为蒸汽压力，单位为Pa；/>为蒸汽温度，单位为K；
将作为蒸汽温度代入上式（7）计算得到的/>值即为管道泄漏瞬时温度/>对应的管道泄漏瞬时压力/>。
步骤4：PLC控制器根据压力梯度法定位泄漏位置；其中，依据步骤1中的泄漏分析单元区域划分，本实施例以泄漏点位于区域Ⅱ为例进行方案说明，其他区域的分析类似；
发生泄漏时，参照图4，泄漏点处上下游两侧的压力值为压力传感器A2和压力传感器B4的压力值和/>，那么泄漏点处上游压力梯度/>和下游压力梯度/>分别为：
（8）
（9）
其中：为压力传感器A2与温度传感器B3间距，单位为m；/>为温度传感器B3与压力传感器B4间距，单位为m；/>为泄漏点到压力传感器A2的距离，单位为m；/>为梯度方向；
由蒸汽管内动量守恒方程知：
(10)
其中：为摩擦系数；/>为蒸汽流速，单位为m/s，泄漏孔的孔径相较于管径及管长较小，忽略在泄漏孔相邻两侧短距离内的摩擦系数变化。
蒸汽在管道泄漏时由于保温层6的存在，未发生明显自由出流和流量减小的现象，因此在泄漏点处上下游的压力梯度近似相同，待稳定后压力恢复原有管道沿线压力分布。
联立式（8）~（10）可得：
（11）
为了提高定位精度，引入修正系数；
即：
由于温度变化和压力变化均由于同一处泄漏导致，因此采用温度修正压力的方法，结合数值模拟的结果，修正系数由下式表示：
其中：为泄漏处上游温度传感器A1温度值，单位为K；/>为泄露处下游温度传感器B3温度值，单位为K。
根据计算得到的值即可准确定位泄漏点的位置。
步骤5：PLC控制器进行管道泄漏预警、供热泵组启停预警；
当管道发生泄漏时，泄漏孔处的负压是以压力波的形式在管道内部传播，压力传感器对压力波的采集分析较为成熟，而泄漏处的瞬时温度变化在管道内难以通过温度传感器的采集数据体现出来，因此管道泄漏的预警通过设置压力阈值实现。
当管道始端供热泵组发生启停时，会引起管道内压力发生较大的梯度变化，极易造成泄漏预警误报；因此，PLC控制器采集完压力传感器和温度传感器的数据后，形成压力数据组和温度数据组/>来表示同一时刻下管道沿线压力值分布和温度值分布，并绘制压力和温度曲线图，其中，/>、/>、/>、、/>、/>分别表示编号1、2、3、4、/>、/>的压力传感器检测到的压力值，/>、/>、/>、/>、/>、/>分别表示编号1、2、3、4、/>、/>的温度传感器检测到的温度值；
然后，设定采样周期（本实施例中/>），形成每间隔1s同一个压力传感器的压力值分布/>、同一个温度传感器的温度值分布，其中，/>表示采集次数，/>、/>、/>、/>分别表示编号/>的压力传感器间隔/>、/>、/>、/>采集到的压力值，/>、/>、、/>分别表示编号/>的温度传感器间隔/>、/>、/>、/>采集到的温度值；
与此同时，PLC控制器通过物联网电表采集供热泵的电源频率，形成频率数据组，/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为第1、2、3、4、/>、/>个电源频率值；
当或/>时（本实施例仅是以编号/>的压力传感器和温度传感器为例进行说明，实际中，只要频率数据组中任一个值满足这个条件即表示供热泵发生启停事件），电源频率发生较大波动，表明供热泵发生启停事件，此时PLC控制器输出设备启停信号至PLC内部设备状态寄存器中，但不驱动现场蜂鸣器。
PLC控制器内部预设的压力泄漏阈值为，/>为压力泄漏阈值；
当时，PLC控制器输出压力预警信号至PLC内部压力状态寄存器中，此时系统若触发设备启停信号，则自动识别为当前工况为设备启停，未发生泄漏；此时系统若未触发设备启停信号，则驱动蜂鸣器进行泄漏报警，随后定位压力传感器/>位置，定位出泄漏位置在压力传感器/>和压力传感器/>之间距离/>范围内，与压力传感器/>的距离为X。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，包括如下过程：
步骤1：根据供热管道上布置的温度传感器与压力传感器情况，划分泄漏分析单元；
步骤2：利用PLC控制器接收温度传感器与压力传感器实时采集的温度值和压力值，并分析求解管道泄漏瞬时温度与瞬时压力；
步骤3：PLC控制器基于瞬时温度与瞬时压力，根据压力梯度法定位泄漏位置；
步骤4：PLC控制器进行管道泄漏预警、供热泵组启停预警。
2.根据权利要求1所述的融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，所述步骤2中，PLC控制器分析求解管道泄漏瞬时温度与瞬时压力的具体过程如下：
管道泄漏的瞬间，，其中，/>为未发生泄露时管外壁温度，/>为发生泄漏时管外壁温度，/>为管壁（7）瞬时温度；
则通过下式计算管道泄漏瞬时温度为：
其中，为管内流体温度；/>为管道内蒸汽与保温层（6）的对流换热系数；/>为蒸汽比热容；/>为蒸汽密度；/>为管道壁厚；
供热管道中蒸汽压力与温度对应关系如下式（7）所示：
（7）
其中，为蒸汽压力；/>为蒸汽温度；
将作为蒸汽温度代入式（7）计算得到的/>值即为管道泄漏瞬时温度/>对应的管道泄漏瞬时压力/>。
3.根据权利要求1所述的融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，所述步骤3中，PLC控制器根据压力梯度法定位泄漏位置的具体过程如下：
首先计算泄漏点处上游压力梯度和下游压力梯度/>：
（8）
（9）
其中，为泄漏点区域内压力传感器到其下游温度传感器之间的距离；/>为泄漏点区域内温度传感器到其下游压力传感器之间的距离；/>为泄漏点位置到泄漏点区域内压力传感器的距离；/>表示梯度方向；/>为泄漏点处上游压力传感器检测的压力值；/>为泄漏点处下游压力传感器检测的压力值；/>为管道泄漏瞬时压力；
然后，由蒸汽管内动量守恒方程知：
（10）
其中，为摩擦系数；/>为蒸汽流速；/>为蒸汽密度；/>为管道直径；
联立式（8）~（10）可得：
由于各传感器的布置位置是已知的，根据计算得到的值即可准确定位泄漏点的位置。
4.根据权利要求3所述的融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，所述步骤3中，定位泄漏点位置的过程中，引入修正系数，采用温度修正压力的方法修正/>值，其中，修正系数由下式表示：
则修正后的新的值为：
其中，为管道泄漏瞬时温度；/>为泄漏点处上游温度传感器检测的温度值；/>为泄露点处下游温度传感器检测的温度值。
5.根据权利要求1所述的融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，所述步骤4中，PLC控制器进行进行管道泄漏预警以及供热泵组启停预警的具体过程如下：
PLC控制器采集压力传感器和温度传感器的数据后，形成压力数据组和温度数据组来表示同一时刻下管道沿线压力值分布和温度值分布；然后设定采样周期，形成每间隔1个采样周期的同一个压力传感器的压力值分布、同一个温度传感器的温度值分布；与此同时，PLC控制器通过物联网电表采集供热泵的电源频率，形成频率数据组；
当频率数据组中的任一频率值满足启停条件时，即表明供热泵发生启停事件，PLC控制器输出设备启停信号至PLC内部设备状态寄存器中，但不驱动现场蜂鸣器；
当PLC控制器预设的压力泄漏阈值满足预警条件时，PLC控制器输出压力预警信号至PLC内部压力状态寄存器中，此时监测系统若触发设备启停信号，则自动识别为当前工况为设备启停，未发生泄漏；此时监测系统若未触发设备启停信号，则驱动蜂鸣器进行泄漏报警，然后按照步骤3所述方法定位出泄漏位置。
6.根据权利要求5所述的融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，所述预警条件为：，其中，/>，/>为管道泄漏瞬时压力，/>表示压力传感器/>间隔一个采样周期/>采集到的压力值，/>表示压力传感器/>检测到的压力值。
7.根据权利要求5所述的融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法，其特征在于，所述启停条件为：频率值大于52或小于48时。
8.一种用于实现权利要求1至7中任一项所述融合压力传感和温度传感的供热管道运行状态监测方法的监测系统，其特征在于，包括温度传感器、压力传感器、物联网电表、PLC控制器、物联网DTU设备、通讯线缆以及远程服务器；压力传感器与温度传感器布置在供热管道上，物联网电表位于供热管道始端的设备泵组配电箱中，实时采集供热泵的频率变化；PLC控制器与温度传感器、压力传感器、物联网电表、物联网DTU设备通讯，接收实时采集的温度值、压力值、频率值并进行运算分析，输出预警信号，定位泄漏点；物联网DTU设备通过移动网络与远程服务器信号连接，远程服务器对监测系统所有数据进行处理与储存。
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Citations (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2294439A1 (fr) * | 1974-12-13 | 1976-07-09 | Technigaz | Procede de controle de l'etancheite aux fluides d'une paroi |
| CA2342655A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-09-30 | Hitachi, Ltd. | Method of generating wall-thickness thinning prediction information, and computer-readable recording medium storing wall-thickness thinning prediction program, and method of planning piping work plan |
| CN101761780A (zh) * | 2010-01-11 | 2010-06-30 | 中国石油大学(华东) | 输气管道泄漏检测定位装置及其检测定位方法 |
| CN102563362A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 杭州哲达科技股份有限公司 | 压缩空气系统管网泄漏智能检测方法及系统 |
| CN102865459A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-09 | 华北电力大学（保定） | 一种供热管网泄漏定位系统及定位方法 |
| CN104122051A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-29 | 北华航天工业学院 | 管道密封性定位监测系统以及管道密封性检测方法 |
| CN104535281A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-22 | 中国石油大学(华东) | 基于压力相关法的机坪管网密闭性测试装置及方法 |
| US20160238181A1 (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-18 | Mitsubishi Aircraft Corporation | Pipe structure, aircraft, and method for giving robustness to leak detection |
| CN106838627A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种多传感器热网泄漏预警监测系统 |
| CN106838628A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种多传感器热网泄漏预警监测方法 |
| CN106895269A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-27 | 西安热工研究院有限公司 | 一种热网关键节点运行状态监测传感器 |
| CN107771276A (zh) * | 2015-04-28 | 2018-03-06 | 阿甘诺娃有限公司 | 管子漏水检测器装置和泄漏检测程序 |
| CN108870091A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-23 | 东北大学 | 基于高低频混合检测的管道泄漏监测系统及方法 |
| CN109357169A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-19 | 北京京能未来燃气热电有限公司 | 供热一次管网泄漏故障定位方法及装置 |
| CN209230889U (zh) * | 2018-12-18 | 2019-08-09 | 瑞纳智能设备股份有限公司 | 具有管道节点泄漏检测的平台 |
| CN110513603A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-29 | 常州大学 | 一种基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法 |
| CN110671610A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-10 | 北京科技大学天津学院 | 一种供热管道的监测系统及监测方法 |
| CN110926731A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-27 | 中国特种设备检测研究院 | 一种高压气体泄漏扩散联动测量试验系统 |
| CN211178897U (zh) * | 2019-12-13 | 2020-08-04 | 中国特种设备检测研究院 | 一种能够联动测量高压气体泄漏扩散流场的试验装置 |
| WO2021027803A1 (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-18 | 常州大学 | 一种城市非金属管道泄漏定位方法 |
| CN113173803A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-07-27 | 中建安装集团有限公司 | 一种净水厂用水泥基材料养护系统及其方法 |
| CN113944891A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-18 | 中国安全生产科学研究院 | 一种化工装置设施泄漏检测修正方法 |
| CN114485455A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-05-13 | 中建安装集团有限公司 | 基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法 |
| CN217559935U (zh) * | 2022-04-18 | 2022-10-11 | 中建安装集团有限公司 | 一种温度均匀的分流式固体电蓄热节能装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106567997B (zh) * | 2016-04-24 | 2020-01-21 | 内蒙古科技大学 | 基于物联网的油气管道远程实时健康监测系统 |
| CN213900752U (zh) * | 2020-12-17 | 2021-08-06 | 华电福新能源股份有限公司安砂水力发电厂 | 基于水力瞬变仿真的输水管道泄漏预警数据监测装置 |
| CN113963514B (zh) * | 2021-11-05 | 2023-04-28 | 中国安全生产科学研究院 | 一种油气化管道一体化监测预警系统 |
-
2023
- 2023-07-10 CN CN202310838018.8A patent/CN116557793B/zh active Active
Patent Citations (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2294439A1 (fr) * | 1974-12-13 | 1976-07-09 | Technigaz | Procede de controle de l'etancheite aux fluides d'une paroi |
| CA2342655A1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-09-30 | Hitachi, Ltd. | Method of generating wall-thickness thinning prediction information, and computer-readable recording medium storing wall-thickness thinning prediction program, and method of planning piping work plan |
| CN101761780A (zh) * | 2010-01-11 | 2010-06-30 | 中国石油大学(华东) | 输气管道泄漏检测定位装置及其检测定位方法 |
| CN102563362A (zh) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 杭州哲达科技股份有限公司 | 压缩空气系统管网泄漏智能检测方法及系统 |
| CN102865459A (zh) * | 2012-09-26 | 2013-01-09 | 华北电力大学（保定） | 一种供热管网泄漏定位系统及定位方法 |
| CN104122051A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-29 | 北华航天工业学院 | 管道密封性定位监测系统以及管道密封性检测方法 |
| CN104535281A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-22 | 中国石油大学(华东) | 基于压力相关法的机坪管网密闭性测试装置及方法 |
| US20160238181A1 (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-18 | Mitsubishi Aircraft Corporation | Pipe structure, aircraft, and method for giving robustness to leak detection |
| CN107771276A (zh) * | 2015-04-28 | 2018-03-06 | 阿甘诺娃有限公司 | 管子漏水检测器装置和泄漏检测程序 |
| CN106838627A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种多传感器热网泄漏预警监测系统 |
| CN106838628A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种多传感器热网泄漏预警监测方法 |
| CN106895269A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-27 | 西安热工研究院有限公司 | 一种热网关键节点运行状态监测传感器 |
| CN108870091A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-23 | 东北大学 | 基于高低频混合检测的管道泄漏监测系统及方法 |
| CN109357169A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-02-19 | 北京京能未来燃气热电有限公司 | 供热一次管网泄漏故障定位方法及装置 |
| CN209230889U (zh) * | 2018-12-18 | 2019-08-09 | 瑞纳智能设备股份有限公司 | 具有管道节点泄漏检测的平台 |
| CN110513603A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-29 | 常州大学 | 一种基于逆瞬态分析法的非金属管道泄漏定位方法 |
| WO2021027803A1 (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-18 | 常州大学 | 一种城市非金属管道泄漏定位方法 |
| CN110671610A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-10 | 北京科技大学天津学院 | 一种供热管道的监测系统及监测方法 |
| CN110926731A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-27 | 中国特种设备检测研究院 | 一种高压气体泄漏扩散联动测量试验系统 |
| CN211178897U (zh) * | 2019-12-13 | 2020-08-04 | 中国特种设备检测研究院 | 一种能够联动测量高压气体泄漏扩散流场的试验装置 |
| CN113173803A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-07-27 | 中建安装集团有限公司 | 一种净水厂用水泥基材料养护系统及其方法 |
| CN113944891A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-18 | 中国安全生产科学研究院 | 一种化工装置设施泄漏检测修正方法 |
| CN114485455A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-05-13 | 中建安装集团有限公司 | 基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法 |
| CN217559935U (zh) * | 2022-04-18 | 2022-10-11 | 中建安装集团有限公司 | 一种温度均匀的分流式固体电蓄热节能装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 余本海；杨阳；: "蒸汽供热管道运行安全与泄露点定位", 轻工科技, vol. 36, no. 05 * |
| 吴晋湘;王彦逍;赵涛;韩为明;王向伟;: "基于土壤温湿度的埋地供热管道泄漏检测方法", 暖通空调, no. 09 * |
| 孙梓尧；姚盛清；王齐；肖智中: "基于DTU及PLC的工地电能信息化管理系统", 技术交流, no. 10 * |
| 袁朝庆;庞鑫峰;刘燕;: "管道泄漏检测技术现状及展望", 大庆石油学院学报, no. 02 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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