ES2934970T3 - Red de gas y método para la detección simultánea de fugas y obstrucciones en una red de gas bajo presión o vacío - Google Patents

Red de gas y método para la detección simultánea de fugas y obstrucciones en una red de gas bajo presión o vacío Download PDF

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Abstract

Método para la detección, localización y cuantificación simultánea de fugas (13a) y obstrucciones (13b) en una red de gas (1) bajo presión o vacío; comprendiendo la red de gas (1): - una o más fuentes (6) de gas comprimido o de vacío; - uno o más consumidores (7) o áreas de consumo de gas comprimido o aplicaciones de vacío; - tuberías (5) o una red (4) de tuberías (5) para transportar el gas comprimido o vacío desde las fuentes (6) hasta los consumidores (7), áreas de consumo o aplicaciones; - una pluralidad de sensores (9a, 9b, 9d) que proporcionan uno o más parámetros físicos del gas en diferentes momentos y ubicaciones dentro de la red de gas (1); caracterizado porque la red de gas (1) está provista además de una serie de válvulas de alivio controlables o ajustables (10a}, en el que se utiliza el modelo matemático establecido entre las medidas del primer grupo de sensores (9af 9b, 9c, 9d) y el segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d), para detectar, localizar y cuantificar fugas (13a) y obstrucciones (13b) en la red de gas; en donde la fase operativa (17) comprende los siguientes pasos: ~ controlar, si es necesario, las válvulas de alivio y las válvulas de mariposa en un orden predeterminado y de acuerdo con escenarios bien diseñados; leer el primer grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 3d); - basándose en estas medidas de lectura, calcular o determinar el valor del segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) con la ayuda del modelo matemático; ~ comparar los valores calculados o determinados del segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 3d) con los valores leídos del segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) y determinando la diferencia entre ellos; determinar si hay a. fuga (13a) y/o- an. obstrucción (13b) en la red de gas con base en la diferencia antes mencionada y cualquiera de sus derivados; - generar una alarma, si se detecta una fuga (13a) u obstrucción (13b) y/o determinar la ubicación de la fuga (13a) y/o la obstrucción (13b) y/o determinar el caudal de la fuga (13a) y/o el grado de obstrucción de la obstrucción (13b) y/o la generación del costo de fuga y/o obstrucción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Red de gas y método para la detección simultánea de fugas y obstrucciones en una red de gas bajo presión o vacío La presente invención se refiere a un método para la detección simultánea de fugas y obstrucciones en una red de gas bajo presión o bajo vacío.
Más concretamente, la invención pretende poder detectar y cuantificar las fugas y obstrucciones que se producen en una red de gas.
"Gas" aquí significa, por ejemplo, aire, pero no necesariamente.
"Obstrucción" aquí significa un bloqueo parcial o total en la red de gas o un aumento en la resistencia de una tubería. Ya se conocen métodos para monitorear o controlar una red de gas bajo presión, en donde estos métodos se establecen para tuberías largas y rectas, donde el flujo de entrada no es necesariamente igual al flujo de salida debido a la compresibilidad del gas en cuestión.
En particular, los métodos para la detección de fugas se basan en una serie de supuestos tales como tuberías muy largas, tuberías rectas, que no son adecuadas para redes complejas de gas bajo presión donde una o más plantas compresoras suministran gas bajo presión a una compleja red de consumidores. Además, ya existen métodos, como se describe en US 7.031.850 B2 y US 6.711.507 B2, para detectar fugas en componentes neumáticos o herramientas de los propios consumidores finales. Un consumidor final puede ser un consumidor final individual o incluir una denominada área de consumidores o un grupo de consumidores finales individuales.
Los métodos para estimar la tasa de fuga total en el lado fuente también se conocen, por ejemplo, DE 20.2008.013.127 U1 y DE 20.2010.015.450 U1. Además, en ABDULLA MOHAMMAD BURHAN ET AL: "Pipeline leak detection using artificial neural network: Experimental study" 2013 5TJ INTERNATIONAL CONFERENCE ON MODELING IDENTIFICATION AND CONTROL (ICMIC), UNIVERSIDAD DE CAIRO, EGIPTO, 31 de agosto de 2013, páginas 328­ 332, se describe un método de detección que utiliza una red neuronal. En Lehigh Preserve y otros: "Procedimiento de optimización de la Universidad de Lehigh para identificar bloqueos en redes de tuberías mediante una técnica no invasiva basada en algoritmos genéticos", 1 de enero de 2017, se divulga un procedimiento para identificar bloqueos en redes de tuberías mediante una técnica no invasiva basada en algoritmos genéticos.
La desventaja de tales métodos conocidos es que no permiten la detección de fugas y obstrucciones en una red compleja de tuberías entre la fuente y los consumidores o áreas de consumidor. Tales métodos conocidos tienen por lo tanto la desventaja de ser una fuente de fugas y obstrucciones que no deben subestimarse.
Para la detección simultánea de fugas y obstrucciones en la red de gas, aún no se conocen métodos específicos.
La presente invención pretende solucionar al menos uno de los inconvenientes mencionados y otros.
La presente invención se refiere a un método para la detección y cuantificación simultánea de fugas y obstrucciones en una red de gas bajo presión o bajo vacío; la red de gas, de acuerdo con la reivindicación 1.
'Un orden predeterminado' en el que se controlan las válvulas de alivio y las válvulas de mariposa significa el orden en el que se controlan las válvulas de alivio y se abren y cierran las válvulas de mariposa, en caso de que haya más de una. 'Escenarios' se refiere a los diferentes estados de encendido y apagado de las diferentes válvulas de alivio y los diferentes estados abiertos y cerrados de las diferentes válvulas de mariposa, por ejemplo: [0000], [1000], [0110], ... Es posible que haya más estados que solo encendido o abierto (1) y apagado o cerrado (0), donde un estado intermedio (por ejemplo, 1/2) es igualmente importante para la detección de fugas, la detección de obstrucciones y la cuantificación.
Las 'derivadas' de la diferencia significa cualquier cantidad matemática que se puede extraer de la diferencia, por ejemplo, una suma, media aritmética, suma de cuadrados más pequeños, ...
El "área de consumidor" se refiere a un grupo de consumidores (finales) individuales. Una red de gas puede contener varios grupos de consumidores o áreas de consumidores.
Una ventaja es que dicho método permitirá conocer, detectar y cuantificar al mismo tiempo fugas y obstrucciones en la propia red de gas.
En otras palabras, las fugas y obstrucciones detectadas y cuantificadas mediante el método no se limitan a fugas y obstrucciones en las fuentes o consumidores de gas comprimido, es decir, en las plantas compresoras y herramientas o componentes neumáticos, sino que también pueden referirse a fugas y obstrucciones en las canalizaciones de la propia red de gas.
Cabe señalar que en el caso de una red de gas bajo presión se producirán fugas al exterior y el gas escapará al área circundante. En una red de gas de vacío, las fugas se producirán "hacia adentro", es decir, el aire ambiente entrará en la red de gas.
Durante la fase de entrenamiento, usando las mediciones de los varios sensores, se establece una relación entre este grupo de sensores.
Se realizan diferentes mediciones en diferentes ajustes de las válvulas de alivio y/o válvulas de mariposa. En otras palabras, se generan diferentes fugas y/u obstrucciones en la red de gas en un orden específico bajo diferentes escenarios de prueba, y luego se leen las mediciones de los sensores.
En base a todos los datos, se establece un modelo matemático entre el primer grupo de sensores, o la entrada del modelo matemático, y el segundo grupo de sensores, o la salida del modelo matemático. Las manipulaciones matemáticas o de entrada también se denominan "características" del modelo matemático y la salida también se denomina "objetivos".
De esta forma, se creará un modelo matemático que represente la relación funcional entre los distintos parámetros medidos por los sensores. Estos parámetros o coeficientes también se denominan "pesos".
Este modelo puede usarse entonces para detectar inmediatamente irregularidades en futuras mediciones de los sensores comparando los resultados del modelo y las nuevas mediciones de los sensores.
De esta forma, las fugas y obstrucciones serán detectadas, localizadas y cuantificadas con mucha rapidez y precisión y, en caso de detección de una fuga y/u obstrucción, se podrá actuar y cerrar la fuga y/o se puede reparar la obstrucción.
Una ventaja adicional de un método de acuerdo con la invención es que no es necesario conocer la topología exacta de la red de gas. Conocer la ubicación de las válvulas de alivio y estrangulamiento es, en principio, suficiente para detectar, cuantificar y localizar las fugas u obstrucciones. Otra ventaja es que, de acuerdo con la invención, el método tiene en cuenta toda la red de gas y por tanto puede detectar, cuantificar y localizar fugas y obstrucciones en toda la red de gas. Esto significa que la red no debe dividirse en "subredes" a las que se aplica el método para poder aplicar el método.
Otra ventaja es que el método hace posible usar mediciones o conjuntos de datos de los sensores en la fase de entrenamiento para crear el modelo matemático, donde se simulan fugas y obstrucciones, en lugar de tener que usar datos de los sensores donde 'real' se han producido fugas u obstrucciones en la red de gas. Por lo tanto, la generación de los datos necesarios de los sensores es necesaria para establecer el modelo matemático, que no dependa de posibles fugas u obstrucciones que hayan ocurrido en el pasado.
Preferiblemente, la fase operativa debe interrumpirse temporalmente o detenerse en determinados momentos, después de lo cual se debe reanudar la fase de entrenamiento para redefinir el modelo matemático o la relación entre las mediciones de diferentes sensores, antes de reanudar la fase operativa.
Cabe señalar que el proceso, es decir, la red de gas con fuentes, tuberías y consumidores, no se apaga, sino solo el método. En otras palabras, si la fase operativa se interrumpe o se detiene temporalmente, las fuentes seguirán suministrando gas o vacío a los consumidores.
Interrumpir la fase operativa y reanudar la fase de entrenamiento tiene la ventaja de que el modelo o relación matemática se actualiza.
Esto permitirá tener en cuenta, por ejemplo, las fugas detectadas y las obstrucciones que se están reparando, o los ajustes o ampliaciones de la red de gas que se están realizando a lo largo del tiempo.
La invención también se refiere a una red de gas bajo presión o al vacío, de acuerdo con la reivindicación 8.
Para una mejor demostración de las características de la invención, a continuación, se describen, a modo de ejemplo y sin carácter limitativo, una serie de realizaciones preferentes de un procedimiento y de una red de gas de acuerdo con la invención, con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:
la figura 1 muestra esquemáticamente una red de gas de acuerdo con la invención;
la figura 2 muestra un diagrama de flujo esquemático del método de acuerdo con la invención.
La red de gas 1 de la figura 1 comprende principalmente un lado fuente 2, un lado consumidor 3 y una red 4 de tuberías 5 entre ambos.
La red de gas 1 en este caso es una red de gas 1 bajo presión. El gas puede ser aire, oxígeno o nitrógeno o cualquier otro gas o mezcla de gases no tóxicos y/o peligrosos.
El lado fuente 2 comprende una serie de compresores 6, en este caso tres, que generan aire comprimido. El lado consumidor 3 comprende un número de consumidores 7 de aire comprimido y en este caso también tres. También es posible que los compresores 6 contengan secadores de aire comprimido.
No se excluye que también pueda haber compresores 6 corriente abajo de la red de gas 1. Esto se conoce como "compresores de refuerzo".
El aire comprimido se conduce a través de la red 4 de tuberías 5 desde los compresores 6 hasta los consumidores 7. Esta red 4 es en la mayoría de los casos una red muy compleja de tuberías 5.
La figura 1 muestra esta red 4 de forma muy esquemática y simplificada. En la mayoría de las situaciones reales, la red 4 de tuberías 5 comprende una gran cantidad de tuberías 5 y acoplamientos que conectan los consumidores 7 en serie y en paralelo con los compresores 6. No se excluye que una parte de la red 4 adopte o comprenda una estructura en anillo. Esto se debe a que la red de gas 1 a menudo se amplía con el tiempo con consumidores 7 o compresores 6 adicionales, por lo que se deben colocar nuevas tuberías 5 entre las tuberías 5 existentes, lo que conduce a una maraña de tuberías 5.
La red de gas 1 también puede estar provista de un recipiente bajo presión 8, con todos los compresores 6 delante de este recipiente bajo presión 8.
No se excluye que pueda haber uno o más recipientes bajo presión 8 aguas abajo de la red de gas 1.
Además, los componentes 18, tales como filtros, separadores, atomizadores y/o reguladores, también pueden estar previstos en la red de gas 1. Estos componentes 18 se pueden encontrar en varias combinaciones y se pueden encontrar tanto cerca del tanque de compensación 8 como cerca de los consumidores individuales 7.
En el ejemplo mostrado, los componentes 18 están dispuestos detrás del depósito de inercia 8 y cerca de los consumidores individuales 7.
La red 4 también incluye varios sensores 9a, 9b, 9c, que están ubicados en diferentes ubicaciones en la red 4.
En este caso, se han instalado dos sensores de flujo 9a, uno de los cuales se encuentra justo después del mencionado recipiente bajo presión 8, que medirá el flujo total q proporcionado por todos los compresores 6.
No se excluye que los caudales de los compresores 6 se calculen o midan por sí mismos.
Además, la figura muestra cuatro sensores de presión 9b, que miden bajo presión en diferentes lugares de la red 4. También se recomienda un sensor de presión 9b para medir bajo presión en el recipiente bajo presión 8 para corregir el principio de "masa dentro - masa fuera" para volúmenes grandes y concentrados.
Está claro que también se pueden proporcionar más o menos de cuatro sensores de presión 9b. Además, el número de sensores de flujo 9a no limita la invención.
Además de los sensores de flujo 9a o los sensores de presión 9b, adicional o alternativamente, los sensores 9a, 9b pueden usarse para determinar uno o más de los siguientes parámetros físicos del gas: presión diferencial, temperatura, humedad, velocidad del gas y similares.
De acuerdo con la invención, la red de gas 1 también está provista de una serie de válvulas de alivio 10a que pueden expulsar gas de la red de gas 1. Las válvulas de alivio 10a son ajustables o controlables, lo que significa que la cantidad de gas que descargan puede establecerse o regularse.
Las válvulas de alivio 10a pueden estar formadas por válvulas de drenaje, que a menudo se proporcionan de forma estándar en una red de gas 1. Tales válvulas de drenaje pueden controlarse como una válvula de alivio 10a.
De acuerdo con la invención, la red de gas 1 también está provista de una serie de válvulas de mariposa 10b que están instaladas en las tuberías 5 en varios lugares. Las válvulas de mariposa 10b pueden cerrar parcialmente las tuberías 5 para simular una obstrucción, por así decirlo. Son ajustables o controlables, lo que significa que se puede establecer o controlar la medida en que cierran la tubería 5 relevante.
Además de los sensores 9a y 9b mencionados anteriormente, que miden los parámetros físicos del gas, también hay una serie de sensores 9c, o 'sensores de estado 9c', que están ubicados en las válvulas de alivio 10a y las válvulas de mariposa. 10b.
Un sensor de estado 9c en una válvula de alivio 10a podrá medir el estado de encendido/apagado de la válvula de alivio 10a, mientras que un sensor de estado 9c en una válvula de alivio 10b medirá la apertura de la válvula, es decir, el aumento o disminución relativa de la obstrucción así generada. Los sensores de estado 9c cerca de las válvulas de mariposa 10b pueden ser reemplazados por sensores de presión diferencial 9d, que determinan la caída de presión sobre las válvulas de mariposa 10b.
Aunque no se indica explícitamente en la figura 1, no se puede excluir que en la red de gas 1 existan sensores de estado adicionales 9c en las proximidades de los compresores 6 y los consumidores 7 que determinan el estado encendido/apagado de estos componentes. Preferentemente, estos sensores de estado forman parte de los propios consumidores 7.
Los sensores de estado adicionales 9c (por ejemplo, encendido/apagado de los compresores 6) tienen como objetivo reducir significativamente la sensibilidad cruzada del modelo durante el paso de entrenamiento 16 y la fase operativa 17, como se explica a continuación.
También es posible utilizar sensores 9a, 9b, que miden bajo presión o el flujo del gas en las válvulas de alivio 10a y 10b. También es posible utilizar sensores que miden la temperatura del gas en las válvulas de alivio 10a y las válvulas de mariposa 10b.
Preferiblemente, al menos una parte de los sensores de flujo, sensores de presión, sensores de temperatura y/o sensores de estado 9a, 9b, 9c deben estar ubicados en la proximidad de las válvulas de alivio 10a y las válvulas de mariposa 10b.
En este caso, cada sensor de estado 9c está ubicado cerca de una válvula de alivio 10a o una válvula de mariposa 10b, un sensor de flujo 9a está ubicado cerca de una válvula de alivio 10a, un sensor de presión 9b está ubicado en el cerca de una válvula de alivio 10a y tres sensores de presión 9b están ubicados cerca de una válvula de mariposa 10b.
Esto hará posible utilizar el sensor de estado 9c para determinar el estado, es decir, abierto o cerrado, de la válvula de alivio 10a y de las válvulas de mariposa 10b, así como la apertura de la válvula de mariposa 10b. En este caso, será posible medir con el sensor de estado 9c el relativo aumento o disminución de la obstrucción de la respectiva válvula de mariposa 10b, lo que permitirá cuantificar el grado de obstrucción. Además, con el sensor de flujo 9a, será posible medir el caudal de la respectiva válvula de alivio 10a, lo que permitirá cuantificar la tasa de fuga.
Aunque hay mucha libertad para elegir qué sensor 9a, 9b, 9c se colocará o no en una válvula de alivio 10a o válvula de mariposa 10b, es preferible tener un sensor 9a, 9b, 9c y/o viceversa en la vecindad de cada válvula de alivio 10a o válvula de estrangulación 10b en la red de gas 1, es decir, cerca de cada sensor 9a, 9b se proporciona una válvula de alivio 10a o válvula de estrangulación 10b.
También es posible que al menos una parte de los sensores 9a, 9b, 9c estén integrados en un módulo junto con una válvula de alivio 10a o una válvula de mariposa 10b.
Esto simplificará y acelerará la instalación o integración de los sensores 9a, 9b, 9c y las válvulas de alivio 10a y 10b. Además, se puede garantizar que un sensor correcto y adecuado 9a, 9b, 9c para las válvulas de alivio 10a y las válvulas de mariposa 10b se coloquen juntos en un módulo.
En este caso, y preferentemente, los sensores de estado 9c están integrados cada uno en un módulo con la correspondiente válvula de alivio 10a o válvula de mariposa 10b.
Los sensores de presión diferencial 9d antes mencionados se colocan preferentemente sobre los componentes 18 de filtro, separador, atomizador y/o regulador. En el caso actual, se incluyen cuatro sensores de presión diferencial 9d en la red de gas 1. Los sensores de presión diferencial 9d también se pueden colocar sobre las válvulas de mariposa 10b y luego asumir el papel de los sensores de estado 9c.
Por otro lado, los sensores de humedad y temperatura antes mencionados deben montarse preferentemente en la entrada/salida de los compresores 6 y los consumidores 7. En el ejemplo mostrado, estos sensores adicionales no están todos incluidos en la red de gas 1, pero se sobreentiende que esto también es posible. Especialmente en redes de gas más extensas y complejas 1, estos sensores pueden utilizarse, así como en redes en las que solo se mide el caudal volumétrico en lugar del caudal másico.
De acuerdo con la invención, la red de gas 1 está provista además de una unidad de control de adquisición de datos 11 para recopilar datos de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d mencionados anteriormente y también para controlar las válvulas de alivio 10a y las válvulas de mariposa 10b.
En otras palabras, los sensores 9a, 9b, 9c, 9d determinan o miden los parámetros físicos del gas, de las válvulas de alivio 10a y de las válvulas de mariposa 10b, y envían estos datos a la unidad de control de adquisición de datos 11 y los datos la unidad de control de adquisición 11 controlará o verificará si las válvulas de alivio 10a y las válvulas de estrangulamiento 10b se abren o cierran y cuánto se abren o cierran para simular una fuga soplando gas o para crear o simular una obstrucción.
De acuerdo con la invención, la red de gas 1 está provista además de una unidad informática 12 para procesar los datos de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d, donde la unidad informática 12 podrá llevar a cabo el método de acuerdo con la invención para la detección y cuantificación de fugas 13a y obstrucciones 13b en la red de gas 1, como se explica a continuación. La unidad de computación 12 mencionada anteriormente puede ser un módulo físico que es una parte física de la red de gas 1. No se puede excluir que la unidad de cómputo 12 no sea un módulo físico, sino una denominada unidad de cómputo basada en la nube 12, que puede o no estar conectada de forma inalámbrica a la red de gas 1. Esto significa que la unidad de cómputo 12 o el software de la unidad de cómputo 12 está ubicado en la "nube".
En este caso, la red de gas 1 está además provista de un monitor 14 para mostrar o señalar las fugas 13a y las obstrucciones 13b que se detectaron utilizando el método.
El funcionamiento de la red de gas 1 y el método de acuerdo con la invención es muy simple y como sigue.
La figura 2 ilustra esquemáticamente el método para la detección simultánea de fugas 13a y obstrucciones 13b en la red de gas 1 de la figura 1.
En la primera fase 15, fase de puesta en marcha 15, los sensores 9a, 9b, 9c, 9d se calibran antes de su uso si es necesario. No hace falta decir que, si hay otros sensores, también se pueden calibrar antes de su uso.
Esto sucede una vez cuando los sensores 9a, 9b, 9c, 9d se colocan en la red de gas 1. Por supuesto, es posible que los sensores 9a, 9b, 9c, 9d puedan volver a calibrarse con el tiempo.
Preferiblemente, al menos el segundo grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d debe calibrarse durante el funcionamiento o mediante una autocalibración in situ. Esto significa que estos sensores 9a, 9b, 9c, 9d en la red de gas 1, es decir, después de haber sido instalados, están calibrados. "En funcionamiento" o "in situ" significa calibración sin quitar el sensor 9a, 9b, 9c, 9d de la red 1.
Por supuesto, todos los sensores 9a, 9b, 9c, 9d y por lo tanto el primer grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d pueden calibrarse en funcionamiento o in situ mediante autocalibración.
De esta manera se puede estar seguro que la colocación y/o posible contaminación de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d no afectará sus medidas, ya que solo después de la colocación de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d realiza la calibración o repite la calibración durante un cierto período de tiempo.
Entonces comienza la segunda fase 1.6 o fase de entrenamiento 16.
En esta fase, se crea un modelo matemático entre las mediciones de un primer grupo calibrado de sensores 9a, 9b, 9c, 9d o 'características' y un segundo grupo calibrado de sensores 9a, 9b, 9c, 9d o 'objetivos'.
Preferiblemente, el primer grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d incluye una pluralidad de sensores de presión 9b en diferentes ubicaciones en la red de gas, varios sensores de flujo 9a y posiblemente uno o una pluralidad de sensores 9c y el segundo el grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d comprende una pluralidad de sensores de flujo 9a y sensores de estado 9c en diferentes ubicaciones en la red de gas.
En este caso, parte de los sensores de flujo 9a, los sensores de presión 9b y parte de los sensores de estado 9c forman el primer grupo de sensores y el resto de sensores de flujo 9a y sensores de estado 9c forman el segundo grupo de sensores.
En aras de la exhaustividad, se establece aquí que la invención no se limita a esto. Para el primer y segundo grupo de sensores se puede hacer una selección aleatoria de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d con la única restricción de que un sensor del primer grupo no puede estar en el segundo grupo y viceversa.
El modelo matemático antes mencionado se basa en varias mediciones de sensores 9a, 9b, 9c, 9d donde se controlan las válvulas de alivio ajustables 10a para generar fugas y las válvulas de mariposa ajustables 10b para generar obstrucciones.
En otras palabras, la unidad de control de adquisición de datos 11 recopila datos o mediciones de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d, en donde la unidad de control de adquisición de datos 11 controlará las válvulas de alivio 10a para abrirlas de modo que las fugas se crean en la red de gas 1, y donde la unidad de control de adquisición de datos controlará las válvulas de mariposa 10b con el fin de cerrarlas para que se creen obstrucciones en la red de gas 1, para que se puedan recopilar datos de los sensores 9a, 9b, 9c , 9d cuando se produzcan una o varias fugas 13a u obstrucciones 13b en la red de gas 1.
De esta manera, se puede recopilar un conjunto completo de datos o mediciones, junto con la información de las válvulas de alivio 10a y las válvulas de mariposa 10b, es decir, la ubicación y el tamaño de las fugas 13a y la ubicación y el grado de las obstrucciones 13b. La unidad de cómputo 12 realizará un modelo matemático a partir de toda esta información. Este modelo matemático es preferiblemente un modelo de caja negra o un modelo basado en datos. El modelo normalmente contiene una serie de parámetros o coeficientes, también llamados "pesos", que se estiman.
Este modelo de caja negra, por ejemplo, toma la forma de una matriz, una función vectorial matemática no lineal o similar. El modelo matemático no se basa en ninguna suposición.
La fase de entrenamiento 16 debe realizarse preferentemente durante el funcionamiento de la red de gas 1 o cuando la red de gas 1 está operativa.
El modelo matemático se utiliza en una fase operativa 17 para detectar y cuantificar fugas 13a y obstrucciones 13b en la red de gas 1. Aunque no es común, no se puede excluir que durante la fase operativa las válvulas de alivio 10a se controlen en un orden predeterminado para localizar las fugas 13a. Cabe señalar que el control de acuerdo con el escenario [000 ...] también es posible. Tampoco se puede excluir que durante la fase operativa las válvulas reguladoras ajustables 10b se controlen en un orden predeterminado para localizar obstrucciones 13b.
También durante esta fase, la unidad de control de adquisición de datos 11 recolectará diferentes datos de los sensores 9a, 9b, 9c, 9d y la unidad de cómputo 12 realizará los cálculos necesarios utilizando el modelo matemático que se estableció en la fase anterior 16.
La fase operativa 17 comienza con la lectura del primer grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d.
Con estas medidas de lectura, el valor del segundo grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d es determinado o calculado por la unidad de computación 12 usando el modelo matemático, también llamado "objetivo previsto".
El valor determinado o calculado del segundo grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d se compara con los valores leídos del segundo grupo de sensores 9a, 9b, 9c, 9d y se determina la diferencia entre ellos.
En base a la diferencia antes mencionada, la unidad de cálculo 12 determina si hay una fuga 13a o una obstrucción 13b y, si es necesario, la fuga 13a o la obstrucción 13b se ubica en la red de gas 1.
Para ello, se examinará si la diferencia supera un cierto umbral, lo que indicará entonces una fuga 13a o una obstrucción 13b en la red de gas 1.
Este valor umbral se puede establecer de antemano o seleccionar empíricamente.
Cuando se detecta una fuga 13a o una obstrucción 13b, se generará una alarma junto con posiblemente la ubicación correspondiente, la tasa de fuga, el nivel de obstrucción y/o el costo de la fuga y la obstrucción. En este caso, esto se hace usando el monitor 14, que muestra la alarma.
El usuario de la red de gas 1 notará esta alarma y podrá tomar las medidas oportunas.
Preferiblemente, los pasos de la fase operativa 17 se repiten secuencial y cíclicamente, en un cierto intervalo de tiempo. Como resultado, las fugas 13a y las obstrucciones 13b pueden detectarse durante todo el período operativo de la red de gas 1 y no solo una vez durante o poco después de la puesta en marcha de la red de gas 1, por ejemplo.
El intervalo de tiempo antes mencionado se puede seleccionar y configurar en función de la red de gas 1. No se puede excluir que el intervalo de tiempo pueda variar con el tiempo.
En una variante preferida de la invención, en determinados momentos, la fase operativa 17 se interrumpirá o detendrá temporalmente, después de lo cual se reanudará la fase de entrenamiento 16 para restablecer la relación matemática entre las mediciones de diferentes sensores 9a, 9b, 9c, 9d, antes de que se reanude la fase operativa 17.
'En ciertos momentos' debe interpretarse aquí como momentos preestablecidos, por ejemplo, una vez a la semana, al mes o al año, o como momentos que pueden ser elegidos por el usuario.
Esto actualizará el modelo matemático para tener en cuenta el posible comportamiento variable en el tiempo del sistema. Estos comportamientos variables en el tiempo son comportamientos que no fueron capturados por el modelo matemático durante la fase de entrenamiento 16 cuando el modelo matemático fue entrenado bajo diferentes escenarios.
Esto podría incluir, por ejemplo, cambios en la topología de la red de gas 1 o la adición de nuevos componentes a la red de gas 1.
Aunque en el ejemplo de la figura 1 se trata de una red de gas 1 bajo presión, también puede ser una red de gas 1 a vacío.
El lado fuente 2 comprende entonces una serie de fuentes de vacío, es decir, bombas de vacío o similares.
En este caso, los consumidores 7 han sido sustituidos por aplicaciones que requieren vacío.
Además, el método es el mismo que el descrito anteriormente, teniendo en cuenta que las fugas 13a ahora introducen aire ambiente en la red de gas 1. Preferiblemente, se establecerán otros umbrales para generar una alarma.
Además, en este caso, las válvulas de alivio 10a introducirán aire ambiente en la red de gas 1, en lugar de expulsar aire real. Por lo tanto, es más probable que las válvulas de alivio 10a sean válvulas de succión. Sin embargo, el principio sigue siendo el mismo. Esta invención no se limita en modo alguno a las realizaciones descritas a modo de ejemplo y mostradas en las figuras, sino que un método y una red de gas de acuerdo con la invención se pueden realizar en todo tipo de variantes sin salirse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Método para la detección, localización y cuantificación simultánea de fugas (13a) y obstrucciones (13b) en una red de gas (1) bajo presión o vacío; la red de gas (1) que comprende:
- una o más fuentes (6) de gas comprimido o vacío;
- uno o más consumidores (7) o áreas de consumidor de gas comprimido o aplicaciones de vacío;
- tuberías (5) o una red (4) de tuberías (5) para transportar el gas comprimido o vacío desde las fuentes (6) hasta los consumidores (7), áreas de consumidor o aplicaciones;
- una pluralidad de sensores (9a, 9b, 9d) que proporcionan uno o más parámetros físicos del gas en diferentes momentos y ubicaciones dentro de la red de gas (1);
caracterizado porque la red de gas (1) está provista además de varias válvulas de alivio controlables o ajustables (10a), varias válvulas de mariposa controlables o ajustables (10b) y posiblemente uno o una pluralidad de sensores (9c) capaces de monitorear el estado o estado de las válvulas de alivio (10a) y/o válvulas de mariposa (10b) y que el método comprende los siguientes pasos:
- una fase de entrenamiento (16), en la que se establece un modelo matemático entre las medidas de un primer grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) y un segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d), donde el primer grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) incluye una pluralidad de sensores de presión (9b), una pluralidad de sensores de flujo (9a), posiblemente una pluralidad de sensores (9c) que pueden determinar el estado de las válvulas de alivio (10a) y/o válvulas de mariposa (10b) y posiblemente uno o una pluralidad de sensores de presión diferencial (9d), en diferentes lugares de la red de gas (1) y que el segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d ) comprende una pluralidad de sensores de flujo (9a) y sensores (9c) capaces de determinar el estado de las válvulas de mariposa en diferentes lugares de la red de gas (1), donde un sensor del primer grupo no está en el segundo grupo y viceversa, con base en diferentes mediciones de estos sensores (9a, 9b, 9c, 9d), en donde las válvulas de alivio controlables o ajustables (10a) y el val del acelerador las ves (10b) son controladas en una secuencia predeterminada y de acuerdo con escenarios bien diseñados para generar fugas (13a) y obstrucciones (13b) respectivamente;
- una fase operativa (17), en la que se utiliza el modelo matemático establecido entre las medidas del primer grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) y el segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) para detectar, localizar y cuantificar fugas (13a) y obstrucciones (13b) en la red de gas;
en donde la fase operativa (17) comprende los siguientes pasos:
- controlar, si es necesario, las válvulas de alivio y las válvulas de mariposa en un orden predeterminado y de acuerdo con escenarios bien diseñados;
- leer el primer grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d);
- en base a estas mediciones de lectura, calcular o determinar el valor del segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) con la ayuda del modelo matemático;
- comparar los valores calculados o determinados del segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) con los valores leídos del segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) y determinar la diferencia entre ellos;
- determinar si existe una fuga (13a) y/o una obstrucción (13b) en la red de gas en base a la citada diferencia y alguna de sus derivadas comprendiendo una cantidad matemática extraíble de la diferencia;
- generar una alarma si se detecta una fuga (13a) u obstrucción (13b) y/o determinar la ubicación de la fuga (13a) y/o la obstrucción (13b) y/o determinar el caudal de la fuga (13a) y /o el grado de obstrucción de la obstrucción (13b) y/o la generación del costo de fuga y/o obstrucción, en donde la ubicación se determina controlando las válvulas ajustables de estrangulamiento y/o alivio en un orden predeterminado.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una parte de los sensores de flujo (9a) se sitúan en las proximidades de las válvulas de seguridad (10a).
3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los citados sensores (9a, 9b, 9d) pueden medir uno o varios de los siguientes parámetros físicos del gas: flujo, presión, presión diferencial, temperatura, humedad, velocidad del gas y similares.
4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el método para la fase de entrenamiento (16) comprende una fase de puesta en marcha (15), en la que se calibran los citados sensores (9a, 9b, 9c, 9d) antes de su uso.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque al menos el segundo grupo de sensores (9a, 9b, 9c, 9d) se calibran mediante una autocalibración in situ o durante el funcionamiento.
6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fase operativa (17) se interrumpe temporalmente o se detiene en determinados momentos, tras lo cual se reanuda la fase de entrenamiento (16) con el fin de redefinir el modelo matemático o la relación entre las medidas. de diferentes sensores (9a, 9b, 9c, 9d), antes de que se reanude el pase operativo (17).
7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los pasos de la fase operativa (17) se repiten secuencialmente en un intervalo de tiempo dado.
8. Red de gas bajo presión o bajo vacío, la red de gas (1) está provista al menos de:
- una o más fuentes (6) de gas comprimido o vacío;
- uno o más consumidores (7), áreas de consumidor de gas comprimido o aplicaciones de vacío;
- tuberías (5) o una red (4) de tuberías (5) para transportar el gas o el vacío desde las fuentes (6) hasta los consumidores (7) o áreas de consumidor;
- una pluralidad de sensores (9a, 9b, 9d) que proporcionan uno o más parámetros físicos del gas en diferentes momentos y ubicaciones dentro de la red de gas (1);
caracterizado porque la red de gas (1) está provista además de:
- varias válvulas de alivio controlables o ajustables (10a) y varias válvulas de mariposa controlables o ajustables (10b); - posiblemente uno o varios sensores (9c), que pueden registrar el estado o estado de una o varias válvulas de alivio (10a) y una o varias válvulas de mariposa (10a);
- una unidad de control de adquisición de datos (11) para la recopilación de datos de los sensores (9a, 9b, 9c, 9d) y para controlar o ajustar las válvulas de alivio (10a) y válvulas de mariposa (10b) antes mencionadas;
- una unidad de cómputo (12) para llevar a cabo el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
9. Red de gas de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque las válvulas de alivio (10a) están formadas por válvulas de drenaje.
10. Red de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 9, caracterizada porque al menos algunos de los sensores (9a, 9b, 9c, 9d) están integrados en un módulo junto con una válvula de alivio (10a) o una válvula de mariposa (10b).
11. Red de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 precedentes, caracterizada porque se proporciona un sensor (9a, 9b, 9c, 9d) en las proximidades de cada válvula de alivio (10a) y/o válvula de mariposa (10b) de la red de gas (1) y/o viceversa.
12. Red de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 11, caracterizada porque la red de gas (1) está provista además de un monitor (14) para visualizar o señalizar fugas (13a) y obstrucciones (13b), flujos de fuga, obstrucciones, costos de fugas, obstrucciones, ubicaciones de fugas (13a) y obstrucciones (13b).
13. Red de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 12, caracterizada porque los sensores (9c) capaces de registrar el estado o estado de un consumidor (7) forman parte de los propios consumidores (7).
14. Red de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13 anteriores, caracterizada porque la unidad informática (12) es una unidad informática basada en la nube (12), que puede o no estar conectada de forma inalámbrica a la red de gas (1).
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