基于光纤测温技术的阀门内漏监测系统及监测方法与流程

1.本发明属于阀门监测技术领域，具体涉及一种基于光纤测温技术的阀门内漏监测系统及监测方法。


背景技术：

2.阀门是热工流体系统中广泛使用的机械设备，作为流体管路的控制装置，其基本功能是接通或者切断管路输送介质、改变介质流通方向、调节介质的压力和流量，保护管路、设备及系统的正常运行。对绝大多数阀门而言，阀座泄漏(内漏)是其最主要的失效形式，也是影响阀门安全运行的首要问题。阀门长期运行后会出现阀座密封磨损或者密封预紧力下降等原因导致阀座泄漏，不仅造成系统压力损失、流体浪费，更会影响热工系统及装置的安全性及经济性。对于阀门内漏这个普遍问题，现今缺乏有效的监测手段，准确监测阀门内漏情况为热工系统的安全运行提供时时有效的数据基础。
3.现有的阀门内漏监测装置及系统较少，并且均存在各自的设计缺陷无法准确监测热工运行系统中阀门内漏情况，经查询有关文献提出过内漏监测概念的，具体如下：
4.中国发明专利申请号201610855315(液体管路阀门内漏监测装置及其使用方法和应用)提出了一种适用于液体管路系统中阀门的内漏监测装置，其思路是在阀门下游开孔设置液位测量部件，当阀门截断后如有内漏，下游液位会上升，测量液位高度变化表征阀门是否内漏以及内漏量。但该装置及方法，在热工管路系统中无法适用，其一阀门下游管线一直存在介质，即使隔离状态下阀门后端管线也是充满介质的；其二对于热工系统中高温介质，即使截断后下游也是不允许排放的。综上所述，该方法对于热工系统是不具有可行性的。
5.中国发明专利申请号2017109132156(一种管道泄漏监测系统)提出了一种适用于泄漏监测的检测系统，其核心是采用超声波进行泄漏探测，当发生泄漏时该部位会出现声波振动。但该方法具有较大局限性，当管道处于振动环境或其它干扰下，就会被覆盖；此外对于微渗漏难以监测。综上所述，对于热工管道系统，阀门内漏均为小泄漏并且常处于旋转机械设备振动条件下，采用超声波监测阀门内漏很难实现。
6.中国发明专利申请号201710477024.x(一种蒸汽阀门内漏监测装置及监测方法)提出了通过阀门上下游内部蒸汽的热工参数测量，转换计算分析蒸汽阀门是否泄漏以及泄漏量。但该方法存在致命缺陷就是未考虑下游蒸汽冷凝相变的影响，导致即使蒸汽条件下泄漏监测也未必适用；此外该专利中阀门上下游介质温度采用温度传感器测量内部单点温度，具有较大随机性，无法表征上下游温度场典型温度，故该方法肯定无法推广至各种介质条件下的阀门内漏监测。
7.中国发明专利申请号2016106153160(基于红外线热成像技术的阀门泄漏检测系统及方法)提出了基于红外线热成像技术的阀门泄漏检测系统及方法，通过对阀门管线上下游布置加热以及冷却装置，实现加热升温以及冷却降温工况下红外线热成像，对比上下游温度场，判断是否泄漏。但该方法存在使用局限性，阀门安装于热工系统的实际使用条件
下，多数情况无法增设额外加热或冷却装置；在不增设额外加热或冷却装置条件下，阀门微渗漏导致的上下游细微温差变化，红外线测温仪难以捕捉，导致无法判断泄漏情况。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本发明提供了一种基于光纤测温技术的阀门内漏监测系统。本发明采用温度场测量传感器测量阀门下游连接处或系统与隔离阀门管路的分支连接处的温度场，结合前端微型处理器，输入完全截断后的典型稳态温度场，大数据比对分析泄漏情况，并根据温度场的变化速率计算获得当前泄漏量，实现阀门内漏的有效监测。
9.本发明通过下述技术方案实现：
10.基于光纤测温技术的阀门内漏监测系统，包括温度场测量传感器和微型处理器；
11.所述温度场测量传感器用于实时测量被测阀门的上游连接处和/或下游连接处的温度场并将测量的实时温度场数据上传给所述微型处理器；
12.所述微型处理器将实时温度场数据与基准温度场数据进行对比分析，判断被测阀门是否存在泄漏。
13.优选的，本发明的温度场测量传感器采用但不限于光纤测温环或红外线温度场测量仪。
14.优选的，本发明的系统还包括存储器；
15.所述微型处理器和存储器构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构；
16.所述微型处理器用于对历史记录的温度场数据进行处理，提取出截断后的稳态温度场存储至所述存储器中；或将场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场输入至所述存储器中，作为基准温度场数据进行对比分析。
17.优选的，本发明的微型处理器在判断得到被测阀门存在泄漏的情况下，结合管道、阀门、介质的物性参数以实时温度场数据计算被测阀门的当前泄漏量。
18.优选的，本发明的微型处理器将被测阀门的泄漏状态和泄漏量上报给热工运行监控系统进行报警。
19.优选的，本发明的系统还包括信号调解器；
20.所述信号调解器用于对所述温度场测量传感器测量的数据进行调理之后发送给所述微型处理器进行处理。
21.另一方面，本发明还提出了如本发明所述的阀门内漏监测系统的监测方法，包括：
22.步骤1，获取被测阀门的实时温度场数据；
23.步骤2，将获取的实时温度场数据与无泄漏状态下的基准温度场数据进行对比；
24.步骤3，当两个温度场中的温度分布一致，则可判断当前无泄漏；当两个温度场中的温度分布存在差异时，则判断阀门存在泄漏；
25.步骤4，在阀门存在泄漏时，计算被测阀门当前的泄漏量。
26.优选的，本发明的基准温度场数据的获取方式包括：
27.通过对历史记录的温度场数据进行大数据分析或可视化图像识别，提取出截断后的典型稳态温度场作为基准温度场；
28.或通过场外试验或数值仿真计算得到无泄漏工况下的典型温度场作为基准温度
场。
29.优选的，本发明的步骤4具体根据热工主系统中管道、阀门及介质的当前物性参数，结合温度场变化速率以及变化覆盖面，进行反向迭代计算得到阀门当前的泄漏量。
30.优选的，本发明的方法还包括：
31.步骤5，将阀门的泄漏状态及计算得到的泄漏量上传给热工运行监控系统进行内漏报警。
32.本发明具有如下的优点和有益效果：
33.1、本发明采用温度场测量传感器测量阀门下游连接处以及系统与隔离阀门管路的分支连接处的温度场，通过固有的温度场变化间接诊断内漏情况，实现阀门内漏的有效监测且不受使用环境限制。
34.2、本发明结合前端微处理器，输入完全截断后的典型稳态温度场，对比泄漏后温度场的变化速率，可模拟计算出实时泄漏量，获得有效的定量数据。
35.3、仅需在阀门下游连接处以及系统与隔离阀门管路的分支连接处外部布置温度场测量传感器，系统简单并且无需额外的安装空间，在运行装置增设及后续检测方便。
36.4、本发明的阀门连接处以及系统与隔离阀门管路的分支连接处多为焊缝，利用该内漏监测系统可同时监测该处焊缝情况，同理通过温度差变化可判断焊缝处是否泄漏。
37.5、本发明增加微型处理器实现监测的同时进行数据处理，无需实时传输大量复杂数据，仅告知泄漏状态及泄漏量，便于操作人员及系统利用。
附图说明
38.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
39.图1为本发明的阀门内漏监测系统示意图。
40.图2为本发明的温度场处理逻辑示意图。
41.附图中标记及对应的零部件名称：
[0042]1‑
热工主系统，2
‑
温度场测量传感器，3
‑
隔离阀门，4
‑
传输信号线，5
‑
信号调解器，6
‑
微型处理器，7
‑
存储器，8
‑
传输信号线，9
‑
热工运行监控系统。
具体实施方式
[0043]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0044]
实施例1
[0045]
本实施例提供了一种基于光纤测温技术的阀门内漏监测系统，本实施例的系统采用温度场测量传感器测量隔离阀门下游连接处以及热工主系统与隔离阀门管路的分支连接处的温度场，结合前端微型处理器输入截断时的稳态温度场典型数据，当阀门内漏时，阀门内部介质会从上游渗漏至下游，由于介质的渗漏导致阀门下游连接处温度场以及系统与隔离阀门管路的分支连接处的变化，通过该温度场与输入的典型温度场对比提取特征，从而诊断出内漏情况，并根据温度场的变化速率，模拟计算出实时泄漏量，为热工系统的运行
提供在线数据，为系统运行的操作决断提供数据支撑。
[0046]
如图1所示，本实施例的监测系统主要由温度场测量传感器2、信号传输线4、信号解调器5、微型处理器6、存储器7组成。
[0047]
本实施例的温度场测量传感器2设置在隔离阀门3的上游连接处(热工主系统与分离阀门管路的分支连接处)和/或下游连接处。
[0048]
本实施例的温度场测量传感器2设置位置取决于该隔离阀门3分支管路与系统的距离，当距离较远时，温度场测量传感器2优选设置于热工主系统与隔离阀门3管路的分支连接处便于捕捉隔离阀门内漏导致该支路流动后温度场变化；当距离近时，温度场测量传感器优选设置与隔离阀门3下游连接处以及热工主系统1与隔离阀门3管路的分支连接处(如图1所示)以监测温度场的变化，通过该温度场与输入的典型温度场比对提取特征，从而诊断出内漏情况，并且根据温度场的变化速率，模拟计算出实时泄漏量，为热工系统的运行提供实时在线数据，为系统运行的操作决断提供数据支撑。
[0049]
以往温度传感器只能离散单点测量温度，只有获得全部的温度场数据，才能保证泄漏引起的细微温度变化得以监测，而本实施例采用的温度场测量传感器2如光纤测温环、红外线温度场测量仪等是一种连续温度场的测量元件，可测量其安装位置处的整个环形温度场。
[0050]
本实施例通过温度场测量传感器2实时采集其安装位置处的环形温度场，并将采集的实时温度场数据通过传输信号线4传输给信号调解器5，通过信号调解器5对采集的温度场数据进行处理之后传输给微型处理器6。
[0051]
本实施例的微型处理器6是一种可以实时进行数据计算分析的微型处理器，本实施例的微型处理器6可对历史记录的温度场数据进行大数据处理或可视化图像识别，提取出截断后的典型稳态温度场，也可通过场外试验或数值仿真获得典型温度场，作为无泄漏情况下的基准温度场。
[0052]
本实施例的微型处理器6与存储器7构成一种可外部输入以及内部运算存储的微型处理架构，不仅可以根据历史采集的温度场数据分析提取出无泄漏公开下的典型温度场存储至存储器7，也可将场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场输入至存储器7，作为典型基准用于后续对比判断。
[0053]
本实施例的微型处理器6将基准温度场与实时监测的温度场进行数据比对分析，判断泄漏情况，如存在泄漏，则结合管道、隔离阀门、介质的物性参数与周边环境条件进行数值计算，根据温度场变化反推出当前泄漏量。
[0054]
本实施例通过微型处理器6即可实现实时数据处理以及泄漏量的计算等操作，仅需将泄漏状态以及泄漏量等泄漏情况上报(可通过传输信号线8，也可通过无线通信方式)给dcs运行系统9进行警示或预警，便于操作人员能够及时作出应对。
[0055]
本实施例的监测系统不仅适用于隔离阀门安装于热工主系统的分支上，同时也适用于隔离阀门安装于主系统中的工况下。
[0056]
实施例2
[0057]
本实施例基于上述实施例1提出的监测系统实现阀门内漏实时监测，预先将温度场测量传感器2安装在需要关注的隔离阀门下游连接处以及该阀门管线与热工主系统管线的连接处。如图2所示，该实时监测过程包括：
[0058]
步骤1，实时获取温度场测量传感器2采集的温度场数据；
[0059]
步骤2，将获取的实时温度场数据与无泄漏状态下的基准温度场数据进行对比；
[0060]
本实施例通过对历史记录的温度场数据进行大数据分析或可视化图像识别，提取出截断后的典型稳态温度场；或通过场外试验或数值仿真计算获得的无泄漏工况下的典型温度场作为基准温度场用于后续对比判断。本实施例的基准温度场包括温度随时间变化情况(从阀门上游高温至阀门下游低温的变化速率、变化覆盖面等)。
[0061]
本实施例通过采用大数据分析或可视化图像识别等技术对实时温度场数据与基准温度场数据进行对比分析。
[0062]
本实施例中，通过在隔离阀门上游和下游处分别获取实时温度场数据，即可得到高温温度场数据和低温温度场数据，将高温温度场数据与基准温度场数据进行对比、或者将低温温度场数据与基准温度场数据进行对比、或者将高温温度场数据、低温温度场数据与基准温度场数据进行对比，均可判断阀门是否存在泄漏。
[0063]
步骤3，当两个温度场中的温度分布一致，则可判断当前无泄漏；当两个温度场中的温度分布存在差异时，则判断阀门存在泄漏；
[0064]
步骤4，在阀门存在泄漏时，根据热工系统中管道、阀门及介质的当前物性参数，结合温度场变化速率以及变化覆盖面，进行反向迭代计算，获得阀门当前的泄漏量；
[0065]
步骤5，将阀门的泄漏状态及计算得到的泄漏量上传给热工运行监控系统9(dcs)进行内漏报警。
[0066]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。