一种基于多维度的现场设备泄漏监测系统及其监测方法与流程

1.本发明涉及介质泄漏监测系统技术领域，尤其涉及一种基于多维度的现场设备泄漏监测系统及其监测方法。


背景技术：

2.目前，石油化工生产装置中由于动静设备密集，泄漏点位众多，常常难以被巡检人员实时察觉泄漏并进行检测和维护，因此存在大量的高风险工艺部位与密封点。泄漏发生后的泄漏源难以及时被定位，安全风险不能在第一时间得以排查。石油化工企业目前较多使用先按照班组及巡检周期划分巡检人员，巡检人员再使用手持设备进行检测。当发现出现泄漏情况时，再通知维护人员进行维护。鉴于需要巡检的范围大，巡检时环境因素也恶劣，尤其在一些不可达的点位更是难以检测。部分重点区域可能每天能够实施一次巡检，但是不可达的重点区域可能数天才能进行一次常规巡检。
3.鉴于此，目前对石油化工生产设备的巡检方式存在以下缺陷：
4.1.人工巡检需要提前对巡检的区域按照巡检时间、巡检人员进行划分，每位巡检人员需要按规定在特定时间内对特定区域进行巡检，但由于天气、环境等因素的综合影响，巡检人员往往难以在特定时间内完成巡检任务，对泄漏的处理通常在泄漏已经发生后的一段很长的时间才能完成，时效性难以得到保证。
5.2.目前石油化工企业多数采用人工巡检方式对设备或装置进行检测，巡检人员通过随身携带的仪器，例如pid检测仪、fid检测仪等对可能存在泄漏的部位进行检测，但这种检测方式受人为操作习惯与巡检人员的熟练程度影响较大，检测精度较差。同时，人工巡检的信息化低，巡检信息难以第一时间上传至后端的数据平台或服务器进行分析，发生泄漏或异常状态时难以及时进行预测性的维护。
6.3.在日常巡检发生泄漏或异味时，巡检人员需要冒着生命危险去寻找泄漏点，鉴于现场动静设备众多，部分泄漏点位远离地面，人工手持仪器难以靠近检测部位，寻找泄漏点不但费时费力，泄漏点位难以及时发现，还容易对员工的身心健康造成伤害。
7.4.在传统模式下，环保部门只能针对大尺度、大范围的区域进行监测，不能深入企业内部，尤其是设备或装置的内部进行监测，导致只能监测到厂区级别的介质泄漏，当大范围发生泄漏时，虽然能够监测到是哪个厂区发生的泄漏，但是鉴于厂区面积大，无法得到是厂区内哪一台设备或泵机发生故障导致的泄漏事故，需要进行定漏溯源才能确认现场泄漏情况；此外，当厂区发生小尺度泄漏事故时，现有的环保监测手段是无法及时发现泄漏事故的。
8.为此，本技术人经过了有益的探索和研究，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有的人工巡检方式存在的不足而提
供一种基于多维度的现场设备泄漏监测系统。
10.本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述基于多维度的现场设备泄漏监测系统的监测方法。
11.作为本发明第一方面的一种基于多维度的现场设备泄漏监测系统，包括：
12.布置在需要巡检的现场区域处的用于对现场介质泄漏相关信息进行采集的介质泄漏监测模组；
13.泄漏数据边缘计算装置，所述泄漏数据边缘计算装置用于实时接收所述介质泄漏监测模组采集到的现场介质泄漏相关信息，并对所述现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理；以及
14.定漏溯源预测预警平台，所述定漏溯源预测预警平台用于实时接收所述泄漏数据计算装置生成的分析计算处理结果，并对所述分析计算处理结果进行预警判断处理，再将预警判断处理结果推送给相关责任人员。
15.在本发明的一个优选实施例中，所述介质泄漏监测模组包括：
16.环境多要素监测仪，所述环境多要素监测仪用于对现场风向、风速、环境温湿度进行监测；
17.可见光图像监测仪，所述可见光图像监测仪用于对现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息进行监测；
18.红外成像监测仪，所述红外成像监测仪用于对现场泄漏介质进行可视化监测；
19.固定式阵列监测仪，所述固定式阵列监测仪用于对现场泄漏介质的浓度信息进行监测；
20.激光气体监测仪，所述激光气体监测仪用于对可燃气体的泄漏状态进行远距离监测；以及
21.超声波泄漏监测仪，所述超声波监测仪用于对现场介质泄漏时产生的异响进行监测。
22.在本发明的一个优选实施例中，所述泄漏数据边缘计算装置通过有线方式或无线方式与所述介质泄漏监测模组进行通信连接。
23.在本发明的一个优选实施例中，所述泄漏数据边缘计算装置通过有线方式或无线方式与所述定漏溯源预测预警平台进行通信连接。
24.在本发明的一个优选实施例中，还包括声光报警器，所述声光报警器根据所述泄漏数据边缘计算装置生成的分析计算处理结果进行报警。
25.作为本发明第二方面的一种上述基于多维度的现场设备泄漏监测系统的监测方法，包括以下步骤：
26.对现场介质泄漏相关信息进行采集；
27.对采集到的现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理，以生成分析计算处理结果；以及
28.对分析计算处理结果进行预警判断处理，以生成预警判断处理结果，并将预警判断处理结果推送给相关责任人员。
29.在本发明的一个优选实施例中，所述现场介质泄漏相关信息包括现场风向、现场风速、现场环境温湿度、现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息、现场泄漏
介质的红外成像图、现场泄漏介质的浓度信息、可燃气体的泄漏状态以及现场介质泄漏时产生的异响情况。
30.在本发明的一个优选实施例中，所述对采集到的现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理，包括以下步骤：
31.根据现场介质泄漏相关信息构建气体扩散模型；
32.对气体扩散模型进行预测处理，并生成预测结果；
33.将预测结果与当前监测数据中的浓度最大值进行整合得到一个理想测量值；
34.将理想测量值与实际收到的测量值进行比较，并判断两者之间的差值是否低于收敛门限，若低于收敛门限，则迭代终止，否则重新对气体扩散模型进行预测处理。
35.在本发明的一个优选实施例中，所述预警判断处理结果包括泄漏介质类型、介质泄漏方位、介质泄漏危险等级以及介质泄漏监测信息表。
36.由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明通过多维度监测介质泄漏情况，并通过泄漏数据边缘计算装置实时对现场介质泄漏相关信息进行分析计算，再经由定漏溯源预测预警平台将相关预警判断处理结果推送给相关责任人员，极大地解决了传统检测距离近、模式单一、检测精度低等问题，具有检测精度高、时效性强、不受现场环境影响等特点，同时也降低巡检人员的工作强度，保证巡检人员的人身安全。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明的基于多维度的现场设备泄漏监测系统的结构示意图。
39.图2是本发明的基于多维度的现场设备泄漏监测系统的监测方法的流程示意图。
40.图3是本发明对现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理的流程示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
42.参见图1，图中给出的是一种基于多维度的现场设备泄漏监测系统，包括介质泄漏监测模组100、泄漏数据边缘计算装置200以及定漏溯源预测预警平台300。
43.介质泄漏监测模组100布置在需要巡检的现场区域处，其用于对现场介质泄漏相关信息进行采集。具体地，介质泄漏监测模组100包括环境多要素监测仪110、可见光图像监测仪120、红外成像监测仪130、固定式阵列监测仪140、激光气体监测仪150以及超声波泄漏监测仪160。环境多要素监测仪110用于对现场风向、风速、环境温湿度进行监测。可见光图像监测仪120用于对现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息进行监测。红外成像监测仪130用于对现场泄漏介质进行可视化监测。固定式阵列监测仪140用于对现场泄漏介质的浓度信息进行监测。激光气体监测仪150用于对可燃气体的泄漏状态进行远距离监测。超声波泄漏监测仪160用于对现场介质泄漏时产生的异响进行监测。本发明通过介
质泄漏监测模组100多维度监测介质泄漏情况，有效地提高检测精度。
44.泄漏数据边缘计算装置200通过有线方式或无线方式与介质泄漏监测模组100进行通信连接。其用于实时接收介质泄漏监测模组100采集到的现场介质泄漏相关信息，并对现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理。泄漏数据边缘计算装置200在满足恶劣的现场使用环境，又适用不同的人群使用的同时，且兼顾了数据网络传输的安全性。
45.定漏溯源预测预警平台300通过有线方式或无线方式与泄漏数据边缘计算装置200进行通信连接，其用于实时接收所述泄漏数据计算装置生成的分析计算处理结果，并对所述分析计算处理结果进行预警判断处理，再将预警判断处理结果推送给相关责任人员，便于相关责任人实施对设备的预测性维护，自动形成从监测、巡检到有据可循的闭环操作，提高安全风险等级，降低人员及财产的损失。
46.本发明的基于多维度的现场设备泄漏监测系统还包括声光报警器400，声光报警器400通过有线方式或无线方式与与泄漏数据边缘计算装置200连接，其根据泄漏数据边缘计算装置200生成的分析计算处理结果进行报警，以提醒现场巡检人员及时安排检修。
47.参见图2，图中给出的是一种基于多维度的现场设备泄漏监测系统的监测方法，包括以下步骤：
48.步骤s10，对现场介质泄漏相关信息进行采集。其中，现场介质泄漏相关信息包括现场风向、现场风速、现场环境温湿度、现场各类仪表读数及阀门状态和巡检过程中的图像信息、现场泄漏介质的红外成像图、现场泄漏介质的浓度信息、可燃气体的泄漏状态以及现场介质泄漏时产生的异响情况。
49.步骤s20，对采集到的现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理，以生成分析计算处理结果。
50.步骤s30，对分析计算处理结果进行预警判断处理，以生成预警判断处理结果，并将预警判断处理结果推送给相关责任人员，便于相关责任人实施对设备的预测性维护，自动形成从监测、巡检到有据可循的闭环操作，提高安全风险等级，降低人员及财产的损失。其中，预警判断处理结果包括泄漏介质类型、介质泄漏方位、介质泄漏危险等级以及介质泄漏监测信息表。
51.在步骤s20中，对采集到的现场介质泄漏相关信息进行分析计算处理，包括以下步骤：
52.步骤s21，根据现场介质泄漏相关信息构建气体扩散模型。具体地，假设气体泄漏初始点浓度最大，其被作为一个源强并在开阔的环境中以某种扩散系数向四周扩散，有风气体扩散模型公式如下：
53.其中参数c(x,y,z；t)表示t时刻点(x,y,z)的气体浓度，q是气体源强度，k为气体扩散系数，
54.为误差补偿函数；d为(x,y,z)到源点(x
s
,y
s
,z
s
)的欧几里得距离，
55.为自然风
[0056][0057]
实际检测的时候认为气体的扩散达到稳定状态，t
→
∞，表达式改写为：
[0058][0059]
距离与浓度的关系转化为：
[0060][0061]
监测环境中需要部署n个监测仪，且随机位置为r
i
＝(x
i
,y
i
)。在实际监测中每个监测节点都有一个阈值t
th
，只有当前浓度值超过阈值，监测仪进行监测。区域中监测仪处在激活状态，收集各监测仪测量值并利用气体源加权质心算法进行信息预处理，任务管理监测仪迭代循环定位。
[0062]
步骤s22，对气体扩散模型进行预测处理，并生成预测结果。具体地，
[0063]
(a)初始化：t＝0,从初始参数中提取m个粒子，其初始权重w
0j
＝1/m，先验分布概率p(x0)；
[0064]
(b)更新过程，在t时刻，构造似然函数，并更新粒子权值：
[0065]
w
tj
＝w
t
‑
1j
p(z
t
|x
tj
),j＝1,2,...,m
[0066]
归一化权值，得：
[0067][0068]
则可得到t时刻未知参数x的最小均方估计值为:
[0069][0070]
(c)重采样：计算有效粒子数：
[0071][0072]
如果m
eff
＜m
t
,m
t
为门限值，一般取0.5：采用残差重采样得到m随机样本x
j0:t
，同时使
[0073]
(d)预测：利用状态方程f预测未知参数x
jt 1
；
[0074]
(e)时刻t＝t 1,转到第(b)步。
[0075]
步骤s23，将预测结果与当前监测数据中的浓度最大值进行整合得到一个理想测量值。
[0076]
步骤s24，将理想测量值与实际收到的测量值进行比较，并判断两者之间的差值ξ＝z
max
/z
t
＝1 ε是否低于收敛门限，若ε小于收敛门限则迭代终止，反之，重新对气体扩散模型进行预测处理，即返回步骤s22。
[0077]
本发明通过多维度监测介质泄漏情况，并通过泄漏数据边缘计算装置实时对现场介质泄漏相关信息进行分析计算，再经由定漏溯源预测预警平台将相关预警判断处理结果推送给相关责任人员，极大地解决了传统检测距离近、模式单一、检测精度低等问题，具有检测精度高、时效性强、不受现场环境影响等特点，同时也降低巡检人员的工作强度，保证巡检人员的人身安全。
[0078]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。