CN201522632U - 一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，包括：现场检测探头、风险评估控制计算机和报警装置。现场检测探头进一步包括：热导式氢气检测器、PID式VOC检测器、电化学式硫化氢检测器和氨气检测器。现场探测探头检测出来的数据经过RS485信号线传输到所述控制计算机，所述控制计算机与装置的DCS相联结，用于从所述DCS中取得工艺温度参数和工艺压力参数。本实用新型进行泄漏风险定量分析，用量化数值评判各密封点泄漏的风险，评价指标中包含物料危险性、工艺参数、使用与维护等多项影响因素，相对现有的检测仪器仅仅给出一个检测结果，其对泄漏风险的考核更全面，更可靠。

Description

一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统

技术领域

本实用新型涉及化装置泄漏检测、风险评估与报警技术领域，特别涉及一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统。

背景技术

随着石油化工生产规模的不断发展扩大和装置运行周期的逐步延长，设备、管线密封发生泄漏带来的危害日益凸现。主要表现在：(1)泄漏造成的物料损失和能源消耗；(2)泄漏可能造成火灾和爆炸事故；(3)长期接触泄漏物质可能导致职工中毒或患职业病。(4)泄漏会造成对大气环境的负面影响。国外将这种装置密封点的泄漏称为逸散性泄漏(FugitiveEmissions)。欧美发达国家研究密封泄漏检测和管理技术已经很多年，形成较为完整的泄漏检测管理和维修的体系，制定了一系列的法律法规和技术文件。

国外制定的标准文件包括EPA的Maximum Achievable ControlTechnology(MACT)标准，New Source Performance Standards(NSPS)标准，National Emissions Standards for Hazardous Air Pollutants(NESHAPS)标准。美国环保局(USEPA)早在二十世纪八十年代就开始推行“泄漏检测与维修”(简称LDAR)计划，并且就逸散性泄漏检测，制定了具体的操作规程《method 21》。LDAR主要采用人工带检测仪巡检的方式查找和发现泄漏源并将检测结果人工录入数据库，通过浓度检测结果估计泄漏量。如果泄漏比较严重则提示操作人员处理。

国内石化行业装置密封点泄漏主要靠人员的观察和数液滴、看油污、用便携式检漏仪检测等简单的检测方法。国内外都没有采用能自动检测、自动进行泄漏风险计算、报警的泄漏检测报警系统。设计一种可以对石化装置泄漏自动检测、自动进行风险评估并报警、控制的自动检测系统对石化企业发现和控制泄漏，减少环境污染和事故发生有较大的意义。

现有泄漏检测技术都是人工巡检方式为主，对泄漏情况的判断仅仅依靠单一便携式仪器的检测值。在石化装置当中各种管道和容器中的物料种类很多，不同种类的物料泄漏出来造成的危险各不相同。使用一种检测仪器对多种物料的泄漏进行检测，同时对结果不进行针对性的风险评估，反映出来的泄漏检测结果不客观真实，不宜作为报警和控制的条件。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供了一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，通过在现场设置复合式气体检测探头，检测氢气、硫化氢、VOC、氨气几种气体，检测信号通过信号线传输到控制室的控制计算机上，在控制计算机上根据物料的理化特性参数和危险性权重进行风险评估，评估结果进行排序，对于风险高的泄漏，发出报警提示。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，包括：现场检测探头、控制计算机和报警装置。

所述现场检测探头可以进一步包括：热导式氢气检测器、PID式VOC检测器、电化学式硫化氢检测器和氨气检测器。

所述现场探测探头检测出来的数据可以经过RS485信号线传输到所述控制计算机，所述控制计算机与石化装置(这里的石化装置，是指常减压、加氢、催化裂化等石化装置)的DCS相联结，用于从所述DCS中取得工艺温度参数和工艺压力参数。

本实用新型中的DCS是指分布式控制系统，英文全称为DistributedControl System，在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS中有工艺数据，如工况下的工艺温度，工艺压力。本报警系统需要取得工艺温度和压力数据才能进行评估，工艺温度和压力数据是进行评估的参数，故连接DCS取工艺数据。DCS是一个现有的独立系统，与控制计算机和报警装置相连。

所述控制计算机可以进一步包含一个或多个存储单元，所述存储单元中预先存入物料在各个工艺段的相态、成分、闪点、自燃点、爆炸极限、毒性阈值、物质系数和/或物质密度信息。

所述现场检测探头，可以用于在检测到特定气体物质时，将结果通过数据线送入控制计算机。

所述控制计算机，可以用于根据对应位置预先存入的物料参数、工艺参数与检测结果合成计算进行风险评估；当风险评估结果高于设定阈值时，控制计算机发出命令控制报警装置发出报警信号。

所述现场检测探头优选为多个复合式检测探头，所述多个复合式检测探头分别通过数据线与控制计算机相连，控制计算机控制一个或多个报警装置；所述报警装置为声光报警装置。

所述控制计算机可以进一步包含一个或多个存储单元，所述存储单元中预先存入现场检测的设备类型、密封类型、物料相态查询表，现场检测探头与检测对象所属的设备类型、密封类型、物料相态存在对应关系表；所述密封类型分为动密封、静密封、管线开口或安全泄放；所述设备类型分为安全阀、泵、阀门、法兰和/或管件；所述物料相态分为气态、液态或气液两相。

所述系统在使用过程中，当检测探头检测到物料泄漏存在后，控制计算机可以采集检测结果，控制计算机可以通过检测探头的ID号查找该检测探头所处的工艺段；控制计算机根据工艺段查找到对应的设备类型和密封类型；控制计算机根据工艺段查找到对应的物料的理化特性；控制计算机根据工艺段从DCS中取工艺温度和工艺压力数据。

所述系统在使用过程中，控制计算机可以采集数据，对其采集的各种数据归一化处理，以总层次排序为权重向量，采集数据与因素总层次排序权重向量的结果进行加权求和，计算评估对象泄漏风险的数值，并以泄漏风险评估的结果作为触发标准控制报警装置发出报警提示。

本实用新型带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统用于泄漏风险定量分析，用量化数值评判各密封点泄漏的风险，评价指标中包含物料危险性、工艺参数、使用与维护等多项影响因素，相对现有的检测仪器仅仅给出一个检测结果，其对泄漏风险的考核更全面，更可靠。本实用新型带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统可以对石化装置因为密封失效、管道减薄穿孔、容器破裂形成的物料泄漏进行检测、评估和报警，控制物料泄漏造成的环境污染与火灾爆炸事故。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统进行泄漏风险评价的步骤方法流程图；

图2为本实用新型实施例所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统进行泄漏风险评估的影响因素层次分析图。

具体实施方式

在装置现场易发生泄漏的主要位置布设复合式检测探头。检测探头通过数据线与控制室的控制计算机联结，控制计算机控制一个声光报警装置。

主要特征在于在控制计算机中预先设定了装置中各个不同的工艺段各种物料的理化特性数据，将包括闪点、自燃点、爆炸极限、毒性阈值、物质系数、物质密度、物料相态的数据存入查询表中。同时对现场不同位置的检测探头，预先建立检测探头和设备类型、密封类型、物料相态对应关系的查询表。检测探头与检测对象的所属的设备类型、密封类型、物料相态存在对应关系。密封类型分为动密封、静密封、管线开口、安全泄放；设备类型分为安全阀、泵、阀门、法兰、管件；介质相态分为气态、液态、气液两相。

PID检测可以测量(1ppb-2000ppm)量程范围的VOC(可挥发性有机物)和一些有毒气体。

许多有害物质原料都含有VOC，PID由于其对VOC的高灵敏度，成为有害物质早期危险报警、泄漏监测等不可缺少的实用工具。

VOC是在工业领域广泛使用的一些化学混合物。它包括：

燃料(多数有毒有害气体都是由它产生)

油脂、原油、去污剂等

溶剂、油漆、塑料、树脂等

但是，并不是所有的VOC都能够使用PID来测量，多数能被PID测量的化合物都包含碳元素，它们包括：

芳香烃类(一些拥有苯环的化合物)，像：苯、甲苯、二甲苯、乙苯等

酮类和醛类(一些含有C＝O基的化合物)，像：丙酮、甲基酮、乙基酮、乙醛等

胺以及胺类化合物(包含氮元素的碳化物)，像：二乙基胺

氯代烃类，像：三氯乙烯、全氯乙烯

硫化物，像：硫醇

不饱和烃类，像：丁烷、辛烷

氨气(无机物)

半导体气体，砷化氢、磷化氢

氮氧化物，溴气，碘。

如图1所示，为本实用新型实施例所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统进行泄漏风险评价的步骤和方法的流程图。图1逐步说明进行智能检测报警系统的工作过程。检测探头检测到物料泄漏存在后，控制计算机采集检测结果(101)，控制计算机通过检测探头的ID号查找该检测探头所处的工艺段(102)。控制计算机根据工艺段查找到对应的设备类型和密封类型(103)；控制计算机根据工艺段查找到对应的物料的理化特性(104)；控制计算机根据工艺段从DCS中取工艺温度和工艺压力数据(105)。

控制计算机中存储有设备类型、密封类型与泄漏发生率数据表，数据表的内容是对该石化装置发生泄漏的次数和检测次数根据历史数据统计汇总的结果并做归一化处理(106)，将类型转换成0到1范围内的数值。

物料理化特性数据，工艺温度和工艺压力的数据，根据公式 $x_i=\frac{x-x_{\min }}{x_{\max }-x_{\min }}$ 求取归一化的数值(106)。

如图2所示，为本实用新型实施例所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统进行泄漏风险评估的影响因素层次分析图。图2说明分不同层次对装置泄漏影响因素进行分析的结果。在现有对泄漏风险产生影响的实际因素中选择影响比较大的因素作为考核指标(107)。将影响因素根据因素自身的属性进行层次化分类(108)。如火灾爆炸方面(201)的影响因素包括：物质系数(204)、爆炸极限(205)、闪点(206)、自燃点(207)；中毒方面(202)的影响因素主要是：毒性阈值(208)；而扩散方面(203)显著的影响因素是：物料密度(209)、物料相态(210)；泄漏发生趋势方面(211)的影响因素有：工艺温度(212)、工艺压力(213)、物料相态(214)、设备类型(215)、密封类型(216)。经分析划分第一层的影响因素有：火灾爆炸因素(201)、中毒因素(202)、扩散因素(203)、泄漏趋势因素(211)；其下所包含的影响因素作为第二层影响因素。

(1)为划分好层析的因素建立比较矩阵(109)，如第一层影响因素的比较矩阵。矩阵的行和列都是第一层影响因素的内容，在矩阵中行和列交叉的地方，矩阵数据使用三分度法对交叉位置所对应的行和列影响因素的影响进行评判，影响较大的取值2，影响相同取值1，影响小的取值0。对上述经过分类的因素都如同上面例子建立比较矩阵。A为矩阵形式。

$A=\left|\begin{array}{cccc}{A}_{11}& A_{12}& \mathrm{\Λ}& A_{1n}\\ A_{21}& A_{22}& \mathrm{\Λ}& A_{2n}\\ M& M& M& M\\ A_{n1}& A_{n2}& \mathrm{\Λ}& A_{\mathrm{nn}}\end{array}\right|$

(2)应用公式： $r_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{ij}}$ 计算重要性排序指数r_i(110)，取：

r_max＝max{r_i}，r_min＝min{r_i}

(3)对每组元素构造判断矩阵(111)，其元素遵循以下算子：

$b_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{r_i-r_j}{r_{\max }-r_{\min }}(k-1)+1,r_i>r_j\\ {[\frac{r_i-r_j}{r_{\max }-r_{\min }}(k-1)+1]}^{-1},r_i>r_j\end{array}\right.$ 其中 $k=\frac{r_{\max }}{r_{\min }}$

得到判断矩阵 $B=\left|\begin{array}{cccc}1& b_{12}& \mathrm{\Λ}& b_{1n}\\ \frac{1}{a_{12}}& 1& \mathrm{\Λ}& b_{2n}\\ M& M& M& M\\ \frac{1}{b_{1n}}& \frac{1}{b_{2n}}& \mathrm{\Λ}& 1\end{array}\right|$

(4)根据判断矩阵就其传递矩阵的元素，传递矩阵的元素c_ij＝lgb_ig(i，j＝1，2，...，n) (112)

对传递矩阵，求最优传递矩阵的元素： $d_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(c_{\mathrm{ik}}-c_{\mathrm{jk}})$

然后即可求得判断矩阵B的拟优一致矩阵B’(113)

拟优一致矩阵的元素 $b_{\mathrm{ij}}^{\′}={10}^{d^{\mathrm{ij}}}$

(5)用方根法计算：首先计算B矩阵每一行元素的乘积： $M_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{b}_{\mathrm{ij}}^{\′}$

式中：i＝1，2，3，...，n

然后计算方根： $\stackrel{\‾}{W_i}=\sqrt[n]{M_i}$

最后对向量：W＝(W₁，W₂，Λ，W_n)^T

作归一化处理，即得特征向量(114)： $W_i=\frac{\stackrel{\‾}{W_i}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{W_i}}$

则：W＝(W₁，W₂，Λ，W_n)^T

(6)利用总排序单层次排序的结果进行总层次排序(115)，每个层次的特征向量值乘以所属的上一个层次的特征向量值得出总层次排序的结果。

控制计算机采集到信号，并对上述各种数据并归一化(106)，以总层次排序是权重向量，采集数据与因素总层次排序权重向量的结果(115)进行加权求和(116)，计算结果就是对评估对象泄漏风险的数值。

以泄漏风险评估的结果作为触发标准控制报警装置发出报警提示。报警提示的结果比仪器的检测值更反应装置泄漏可能造成的各种事故的危险性。风险评估的结果不仅反映了物料泄漏后在环境中的浓度，还包含了物料自身的危险性数据，也包括了不用类型的设备发生泄漏可能会产生的危险性。据此作出的报警决策，真实反应泄漏发生后造成的不良影响，是提示管理人员维护更换设备的有效手段。

Claims (10)

1.一种带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，包括：现场检测探头、用于进行风险计算评估的控制计算机和报警装置。

2.根据权利要求1所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述现场检测探头进一步包括：热导式氢气检测器、PID式VOC检测器、电化学式硫化氢检测器和氨气检测器。

3.根据权利要求1所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述现场探测探头检测出来的数据经过RS485信号线传输到所述控制计算机，所述控制计算机与石化装置的DCS相联结，用于从所述DCS中取得工艺温度参数和工艺压力参数。

4.根据权利要求1所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述控制计算机进一步包含一个或多个存储单元，所述存储单元中预先存入物料在各个工艺段的相态、成分、闪点、自燃点、爆炸极限、毒性阈值、物质系数和/或物质密度信息。

5.根据权利要求1所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述现场检测探头，用于在检测到特定气体物质时，将结果通过数据线送入控制计算机。

6.根据权利要求4所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述控制计算机，用于根据对应位置预先存入的物料参数、工艺参数与检测结果合成计算进行风险评估；当风险评估结果高于设定阈值时，控制计算机发出命令控制报警装置发出报警信号。

7.根据权利要求1所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述现场检测探头为多个复合式检测探头，所述多个复合式检测探头分别通过数据线与控制计算机相连，控制计算机控制一个或多个报警装置；所述报警装置为声光报警装置。

8.根据权利要求1～7中任一项所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述控制计算机进一步包含一个或多个存储单元，所述存储单元中预先存入现场检测的设备类型、密封类型、物料相态查询表，现场检测探头与检测对象所属的设备类型、密封类型、物料相态存在对应关系表；所述密封类型分为动密封、静密封、管线开口或安全泄放；所述设备类型分为安全阀、泵、阀门、法兰和/或管件；所述物料相态分为气态、液态或气液两相。

9.根据权利要求8所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述系统在使用过程中，当检测探头检测到物料泄漏存在后，控制计算机采集检测结果，控制计算机通过检测探头的ID号查找该检测探头所处的工艺段；控制计算机根据工艺段查找到对应的设备类型和密封类型；控制计算机根据工艺段查找到对应的物料的理化特性；控制计算机根据工艺段从DCS中取工艺温度和工艺压力数据。

10.根据权利要求9所述带风险评估功能的泄漏智能检测报警系统，其特征在于，所述系统在使用过程中，控制计算机采集数据，对其采集的各种数据归一化处理，以总层次排序为权重向量，采集数据与因素总层次排序的权重向量的结果进行加权求和，计算评估对象泄漏风险的数值，并以泄漏风险评估的结果作为触发标准控制报警装置发出报警提示。