CN117007010A - 一种储罐不均匀沉降在线监测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储罐监测技术领域，尤其涉及一种储罐不均匀沉降在线监测系统和方法，系统包括多个沉降传感器和监测平台，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向间隔布设；监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，提高了储罐不均匀沉降监测的安全性、精度和灵活性，且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及储罐监测技术领域，尤其涉及一种储罐不均匀沉降在线监测系统和方法。
背景技术
目前，石油或其制品易燃的特性，对于存储形成了挑战，特别是大型储罐，因为储量大，重量沉，所以一旦因为地基沉降而发生倾覆，后果不堪设想，对于油制品储罐的不均匀沉降监测，传统的传感器和测量方法，存在安全隐患，传感器采集点存活率低，采集点容易产生数据漂移；金属封装材料热膨胀系数与采集本体不一致造成的采集数据不准确的问题。
如授权公开号为CN108592871B的中国专利公开了一种储罐地基沉降监测装置及系统，其中，该装置包括：传动线缆，第一端固定在待测储罐地基上；滑块，第一端与传动线缆延伸至地面的第二端连接，用于在待测储罐地基沉降时，随着传动线缆向地面水平方向传动而滑动；光纤传感器，光纤传感器的光纤探头朝向滑块的第二端，用于检测滑块滑动后第二端的端面反射的光信号；该光信号用于确定待测储罐地基的沉降位移。利用上述技术方案进行储罐地基沉降，监测过程无电流传输，提高了储罐地基沉降监测的安全性，同时提高了储罐地基沉降监测的精度和灵活性。
如授权公开号为CN112962565B的中国专利公开了一种地基不均匀沉降的监测装置，包括观测架，观测架水平固定设有止转导向杆，所述止转导向杆设有刻度，所述止转导向杆止转滑动配合套设有滑杆，所述滑杆外周设有螺旋导槽，所述滑杆间隔套设有转动套、惯性环，所述转动套设有与螺旋导槽配合的第一凸起，所述转动套、惯性环之间设有使两者远离的第一弹性件、使两者相互靠近的第二弹性件，所述转动套外周设有环槽，所述观测架设有至少三个用于限制转动套水平滑动的L形限位件，所述L形限位件设有与环槽配合的第二凸起，所述转动套设有第一导电片，惯性环设有第二导电片，用以解决监测坍塌沉降的技术问题。
以上专利均存在本背景技术提出的问题：现有的传感器监测储罐不均匀沉降存在安全风险，传感器采集点存活率低和测量精度低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种储罐不均匀沉降在线监测系统和方法。
本发明的一种储罐不均匀沉降在线监测系统的技术方案如下：
包括多个沉降传感器和监测平台，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向间隔布设；
所述监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
本发明的一种储罐不均匀沉降在线监测方法的技术方案如下：
在储罐的罐体底端沿环向间隔布设多个沉降传感器；
监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
本发明的有益效果如下：
提高了储罐不均匀沉降监测的安全性、精度和灵活性，且成本低。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例的一种储罐不均匀沉降在线监测系统的结构示意图之一；
图2为计算相对竖向变形量的示意图；
图3为本发明实施例的一种储罐不均匀沉降在线监测方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例的一种储罐不均匀沉降在线监测系统，包括多个沉降传感器和监测平台，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向间隔布设，其中，储罐为油罐或LNG储罐等。
监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
可选地，在上述技术放方案中，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
S20、对每个沉降传感器采集的沉降量进行拟合，得到拟合曲线；
S21、计算并将任一沉降传感器采集的沉降量以及该沉降传感器对应在拟合曲线上的沉降量之间的差值，作为该沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，直至计算每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量；
S22、根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
可选地，在上述技术放方案中，S22中，根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
S220、利用相对竖向变形量计算公式，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，相对竖向变形量计算公式为：
其中，Si表示第i个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，Ui表示第i个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui-1表示第i-1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui+1表示第i+1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，i为正整数。
可选地，在上述技术放方案中，监测平台还用于：
当任一沉降传感器所在位置的相对竖向变形量超过预设相对竖向变形量阈值时，发出警告信号。
可选地，在上述技术放方案中，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向均匀间隔布设，预设相对竖向变形量阈值为：其中，L表示任意相邻两个沉降传感器所在位置之间的弧长，Y表示储罐所用钢材的屈服强度，E表示储罐所用钢材的弹性模量，H表示储罐的高度。
下面通过一个实施例对本发明进行详细阐述：
S101、布设沉降传感器：
在储罐的罐体底端沿环向间隔布设多个沉降传感器，优选在储罐的罐体底端沿环向均匀间隔布设多个沉降传感器，沉降传感器的数量可根据实际情况设置，任意相邻两个沉降传感器所在位置之间的弧长可根据实际情况设置，在本实施例中，在储罐的罐体底端沿环向以10m的间距均匀布置若干沉降传感器，每个沉降传感器所在位置均为一个沉降观测点。
S102、采集沉降量：
从罐体安装结束，充水试压之时开始，定期进行观测，直至油罐基础地基沉降趋于稳定为止，此时，利用每个沉降传感器采集沉降量。
S103、将沉降传感器进行编号：
将罐壁底端的各个沉降观测点，沿罐壁环展开方向作为横坐标，向右为正，将沉降量作为纵坐标，向上为正，即向上时沉降值增加，选取一个沉降观测点为1号点，作为坐标原点(l，0)，观测点号从1号点起，以10m的间距均匀布置，从左向右依次加1，观测点2号坐标为(2,0)，观测点3号坐标为(3,0)，以此类推，直至所有观测点布置完成。
S104、得到实测最终沉降曲线：
得到每个沉降观测点的沉降量，按比例在坐标系中描点，将各点连接成一个边续的曲线，即实测最终沉降曲线，如图2所示。
S105、将实测最终沉降曲线中的最低点，即最小沉降点，做平行于横坐标轴的直线，作为校准沉降基准线。
S106、得到拟合曲线：
在已建立的坐标系中，对各沉降观测点的沉降量进行拟合，具体利用应用计算机绘制与实测沉降曲线贴合的拟合曲线，如最佳余弦曲线等，如图2所示。
S107、计算不均匀沉降量：
实测最终沉降曲线与最佳余弦曲线之间的垂直距离，即为每个沉降观测点对应的不均匀沉降量，也就是说，计算并将任一沉降传感器采集的沉降量以及该沉降传感器对应在拟合曲线上的沉降量之间的差值，作为该沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，直至计算每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量。
S108、计算相对竖向变形量：
利用相对竖向变形量计算公式，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，相对竖向变形量计算公式为：
其中，Si表示第i个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，单位为米，Ui表示第i个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，单位为米，Ui-1表示第i-1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，单位为米，Ui+1表示第i+1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，单位为米，i为正整数，Ui-1和Ui+1为与第i个沉降传感器相邻的两个沉降传感器的不均匀沉降量。
S109、计算预设相对竖向变形量阈值：
多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向均匀间隔布设，预设相对竖向变形量阈值为：其中，L表示任意相邻两个沉降传感器所在位置之间的弧长，单位为米，Y表示储罐所用钢材的屈服强度单位为千帕，E表示储罐所用钢材的弹性模量，单位为千帕，H表示储罐的高度，单位为米。
S110、预警：
当任一沉降传感器所在位置的相对竖向变形量超过预设相对竖向变形量阈值时，发出警告信号，具体可发出声光信号至给相关人员并记录在案，以便于及时排除险情。
监测平台还包括多个温度传感器、压力传感器，一个沉降传感器、一个温度传感器和一个压力传感器集成一个传感器组，在采集每个沉降观测点的沉降量的同时，还通过温度传感器和压力传感器，采集每个沉降观测点的温度和压力；
监测平台还包括数据显示屏，数据显示屏用于用于实时显示储罐底部的温度、压力、每个沉降观测点的相对竖向变形量。
本发明的系统还包括：
储液筒，用于存放水，筒底部设有一个出水孔；
连接管线，用于连接储液筒底部的出水口和沉降传感器的入水接口；
沉降传感器，用于测量沉降传感器所在区域的压力、温度和壁底沉降量数据；
传感器支架，用于支撑固定储液筒和沉降传感器；
沉降传感器还包括：
玄武岩封装的传感标距，用于测量储罐沉降的数值，使用玄武岩将传感标距封装，使得传感标距使用寿命增加，由此增加沉降传感器的使用寿命。
安装底座，用于固定光纤传感器，具有条形孔，用于根据需要调整高度；
光纤传感器，包括光纤压力传感器和光纤温度传感器，用于测量光纤压力传感器和光纤温度传感器所在区域的压力和温度的实时数据；
排气阀，用于控制管道里的气体排出；
液体输入接口，用于将液体输入至传感器内腔的接口；
气连通接口，用于通气，使所有的传感器内部都处于相同的压力。
沉降传感器的安装过程，包括以下具体步骤：
S121、安装储液筒，选定位置后，在墙壁打两个孔径10mm，深100mm的孔，两孔上下间距60mm，将孔内的砼灰刷除，配植筋胶注入，将两钢钉拧入带螺口的半片抱箍上，然后插入孔内，上下两个抱箍平行，储液筒靠住两抱箍，将另半片抱箍合上，拧紧；
S122、联接通液管，储液筒底部有一个出水孔，作为通液管的始端；将通液管从储液筒开始一直排到系统最后一个传感器，并在每个传感器的位置剪开，插入三通接头两端，上面再插入一段通液管，引至传感器安装位置处顶端接入一个阀门；
S123、安装传感器，各个传感器的安装位置由每个安装点的连通管液面来确定。在水平液位位置上下各5厘米处打两个10mm孔，放上带底座的传感器，通过膨胀钉锁紧固定；
S124、连接通气管，每个传感器底部都带有一个气接头，引出6mm的硅胶管，再用气三通将各个传感器相连接。
本发明的有益效果如下：
1)本发明对现有储罐不均匀沉降在线监测系统进行了架构、运行步骤和流程上的优化改进，系统具备流程简单，投资运行费用低廉，生产工作成本低的优点，在原有监测系统的基础上提高了监测效果。
2)本发明实测得到的各观测点的最终沉降量，按比例在坐标系中描点；将各点连接成一个边续的曲线，曲线中的最低点，做直线平行于横坐标轴作为校准沉降基准线，利用应用计算机绘制与实测沉降曲线贴合的最佳余弦曲线，最终沉降曲线与最佳余弦曲线之间的垂直距离，即为壁底各点对应的不均匀沉降量，计算罐壁测点的相对竖向变形量，罐壁测点的相对竖向变形量超出预设的竖向变形量数值时，发出警告信号，提高了储罐不均匀沉降监测的安全性、精度和灵活性。
3)本发明提出沉降传感器传感标距用玄武岩包装及安装方法，利用玄武岩将传感器的传感标距封装，然后依次安装储液桶、联接通液管、传感器和连接通气管，安装完毕后，采用台式光纤光栅解调仪对沉降传感器进行监测，提高了传感器的存活率和数据采集的准确率。
如图3所示，本发明实施例的一种储罐不均匀沉降在线监测方法，包括：
S1、在储罐的罐体底端沿环向间隔布设多个沉降传感器；
S2、监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
可选地，在上述技术方案中，S2中，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
S20、对每个沉降传感器采集的沉降量进行拟合，得到拟合曲线；
S21、计算并将任一沉降传感器采集的沉降量以及该沉降传感器对应在拟合曲线上的沉降量之间的差值，作为该沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，直至计算每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量；
S22、根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
可选地，在上述技术方案中，S22中，根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
S220、利用相对竖向变形量计算公式，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，相对竖向变形量计算公式为：
其中，Si表示第i个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，Ui表示第i个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui-1表示第i-1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui+1表示第i+1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，i为正整数。
可选地，在上述技术方案中，还包括：
S3、当任一沉降传感器所在位置的相对竖向变形量超过预设相对竖向变形量阈值时，监测平台发出警告信号。
可选地，在上述技术方案中，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向均匀间隔布设，预设相对竖向变形量阈值为：其中，L表示任意相邻两个沉降传感器所在位置之间的弧长，Y表示储罐所用钢材的屈服强度，E表示储罐所用钢材的弹性模量，H表示储罐的高度。
上述关于本发明的一种储罐不均匀沉降在线监测方法中的各个步骤的实现，可参考上文中关于一种储罐不均匀沉降在线监测系统的实施例中的内容，在此不做赘述。
在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种储罐不均匀沉降在线监测系统，其特征在于，包括多个沉降传感器和监测平台，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向间隔布设；
所述监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
2.根据权利要求1所述的一种储罐不均匀沉降在线监测系统，其特征在于，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
对每个沉降传感器采集的沉降量进行拟合，得到拟合曲线；
计算并将任一沉降传感器采集的沉降量以及该沉降传感器对应在所述拟合曲线上的沉降量之间的差值，作为该沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，直至计算每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量；
根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
3.根据权利要求2所述的一种储罐不均匀沉降在线监测系统，其特征在于，根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
利用相对竖向变形量计算公式，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，所述相对竖向变形量计算公式为：
其中，Si表示第i个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，Ui表示第i个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui-1表示第i-1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui+1表示第i+1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，i为正整数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种储罐不均匀沉降在线监测系统，其特征在于，所述监测平台还用于：
当任一沉降传感器所在位置的相对竖向变形量超过预设相对竖向变形量阈值时，发出警告信号。
5.根据权利要求4所述的一种储罐不均匀沉降在线监测系统，其特征在于，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向均匀间隔布设，所述预设相对竖向变形量阈值为：其中，L表示任意相邻两个沉降传感器所在位置之间的弧长，Y表示所述储罐所用钢材的屈服强度，E表示所述储罐所用钢材的弹性模量，H表示所述储罐的高度。
6.一种储罐不均匀沉降在线监测方法，其特征在于，包括：
在储罐的罐体底端沿环向间隔布设多个沉降传感器；
监测平台接收并根据每个沉降传感器采集的沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
7.根据权利要求6所述的一种储罐不均匀沉降在线监测方法，其特征在于，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
对每个沉降传感器采集的沉降量进行拟合，得到拟合曲线；
计算并将任一沉降传感器采集的沉降量以及该沉降传感器对应在所述拟合曲线上的沉降量之间的差值，作为该沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，直至计算每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量；
根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量。
8.根据权利要求7所述的一种储罐不均匀沉降在线监测方法，其特征在于，根据每个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，包括：
利用相对竖向变形量计算公式，计算每个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，所述相对竖向变形量计算公式为：
其中，Si表示第i个沉降传感器所在位置的相对竖向变形量，Ui表示第i个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui-1表示第i-1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，Ui+1表示第i+1个沉降传感器所在位置的不均匀沉降量，i为正整数。
9.根据权利要求6至8任一项所述的一种储罐不均匀沉降在线监测方法，其特征在于，还包括：
当任一沉降传感器所在位置的相对竖向变形量超过预设相对竖向变形量阈值时，所述监测平台发出警告信号。
10.根据权利要求9所述的一种储罐不均匀沉降在线监测方法，其特征在于，多个沉降传感器在储罐的罐体底端沿环向均匀间隔布设，所述预设相对竖向变形量阈值为：其中，L表示任意相邻两个沉降传感器所在位置之间的弧长，Y表示所述储罐所用钢材的屈服强度，E表示所述储罐所用钢材的弹性模量，H表示所述储罐的高度。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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