專利名稱：壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏智能檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于實時瞬態(tài)模型法進(jìn)行壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏智能檢測的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓縮空氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、冷卻干燥設(shè)備、過濾設(shè)備、儲氣罐、輸送管網(wǎng)等主要元件，根據(jù)不同行業(yè)要求為生產(chǎn)工藝提供具有一定壓力的氣流。由于安全、潔凈、易于控制等有利因素，廣泛應(yīng)用于汽車、輪胎、紡織、半導(dǎo)體、化工、電力、鋼鐵、食品等行業(yè)。但壓縮空氣系統(tǒng)中能量浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重，壓縮空氣系統(tǒng)能耗的96%為工業(yè)壓縮機(jī)的耗電，我國工業(yè)壓縮機(jī)的耗電量2006年1800億度，2007年高達(dá)2000億度，約占全國總耗電量的6%。 而當(dāng)前GDP約為我國1.2倍的日本的工業(yè)壓縮機(jī)耗電量僅為400億度。這說明我們在調(diào)整產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的同時，還需大力提高壓縮空氣系統(tǒng)的能源利用效率。壓縮空氣的產(chǎn)生需要相當(dāng)多的能源投入，然而由于其無色無味，使得使用者對于其運送過程中管網(wǎng)的泄漏常常較不重視，因而造成能源浪費，這也是壓縮空氣系統(tǒng)中重要的能量損失。通過大量實踐測試對壓縮空氣耗氣量所占比例的統(tǒng)計分析結(jié)果表明管網(wǎng)泄漏量經(jīng)常占到系統(tǒng)產(chǎn)氣量的20% -30%。對于孔徑為4毫米的泄漏孔，它在6bar壓力時因空氣泄漏造成的功率損耗就達(dá)到6. 5kW，全年泄漏損失的電量超過5萬度，每年會浪費超過 3萬元人民幣。此外，管網(wǎng)泄漏還會造成壓縮空氣系統(tǒng)運行效率的下降，并由于頻繁的啟停使設(shè)備使用壽命下降。因此，需要對壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行實時的檢測，以期能及時地發(fā)現(xiàn)泄漏并對泄漏點進(jìn)行定位。而目前主要采用的檢測方法分為在線和離線兩種。離線的檢測方式一類是使用超聲波槍在全廠停工時進(jìn)行檢測，一類是基于磁通、渦流、攝像等投球技術(shù)的管內(nèi)檢測法，稱作管道爬行機(jī)或PIG。在線的檢測方法是基于管線壓力、溫度、流量、振動等運行參數(shù)的外部檢測法，應(yīng)用較多的有流量差、壓力差、負(fù)壓波以及聲波法，這類方法費用較低并且可以連續(xù)在線監(jiān)測，但定位精度低，泄漏事故的漏報、誤報率高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種靈敏度高、誤報率低的壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏智能檢測方法及系統(tǒng)，能對壓縮空氣輸送管網(wǎng)在線實時進(jìn)行泄漏檢測及泄漏點精確定位。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏智能檢測方法，包括以下步驟(1)由安裝于終端輸送管網(wǎng)上的傳感器采集管網(wǎng)中每段管道起點和終點處壓縮空氣的壓力、溫度和流量，并將信號傳送至低通濾波電路；(2)低通濾波電路對接收到的信號進(jìn)行粗過濾，去除干擾和采樣噪聲之后再傳送至A/D轉(zhuǎn)換電路，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號后傳送至下位機(jī)；下位機(jī)將采集到的數(shù)字信號傳回上位機(jī)；(3)上位機(jī)接收數(shù)據(jù)后，先由其內(nèi)置的精過濾模塊采用滑動平均與小波變換相結(jié)合的濾波算法進(jìn)一步還原數(shù)據(jù)信號的真實值，然后由仿真運算模塊對管道中的氣體建立嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型，并使用基于隱式中心有限差分法的快速瞬態(tài)數(shù)值模擬技術(shù)對非線性方程組進(jìn)行數(shù)值求解，以實際測得的起終點數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到氣體的流動參數(shù)隨時間和管線長度的變化關(guān)系，然后比較理論輸出與實際輸出來實現(xiàn)管網(wǎng)泄漏檢測；具體的步驟如下<a>建立壓縮空氣輸送管網(wǎng)中任一條無分支、均質(zhì)的管道中流體的基本方程動量方程
權(quán)利要求
1. 一種壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏智能檢測方法，其特征在于，包括以下步驟(1)由安裝于終端輸送管網(wǎng)上的傳感器采集管網(wǎng)中每段管道起點和終點處壓縮空氣的壓力、溫度和流量，并將信號傳送至低通濾波電路；(2)低通濾波電路對接收到的信號進(jìn)行粗過濾，去除干擾和采樣噪聲之后再傳送至A/ D轉(zhuǎn)換電路，由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號后傳送至下位機(jī)；下位機(jī)將采集到的數(shù)字信號傳回上位機(jī)；(3)上位機(jī)接收數(shù)據(jù)后，先由其內(nèi)置的精過濾模塊采用滑動平均與小波變換相結(jié)合的濾波算法進(jìn)一步還原數(shù)據(jù)信號的真實值，然后由仿真運算模塊對管道中的氣體建立嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型，并使用基于隱式中心有限差分法的快速瞬態(tài)數(shù)值模擬技術(shù)對非線性方程組進(jìn)行數(shù)值求解，以實際測得的起終點數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到氣體的流動參數(shù)隨時間和管線長度的變化關(guān)系，然后比較理論輸出與實際輸出來實現(xiàn)管網(wǎng)泄漏檢測；具體的步驟如下<a>建立壓縮空氣輸送管網(wǎng)中任一條無分支、均質(zhì)的管道中流體的基本方程 動量方程
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括對泄漏點的定位<a>以現(xiàn)場實測的起點和終點處的壓力和流量數(shù)據(jù)作為邊界條件，分別模擬出一條管線沿線的壓力變化曲線，這兩條壓力變化曲線的交點就是管線的泄漏點；<b>由實時采集到的壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)輸氣管輸量公式得到理論流量，然后用這個理論流量與現(xiàn)場實測的起點和終點處流量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)行泄漏點定位；流量變化的定位方程為
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，上位機(jī)根據(jù)檢測結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的泄露報警信號。
4.一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述方法的系統(tǒng)，包括安裝于終端輸送管網(wǎng)中每段管道起點和終點處的壓力傳感器、溫度傳感器和流量傳感器，其特征在于，該系統(tǒng)還包括低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、下位機(jī)和上位機(jī)；所述各傳感器分別通過電纜連接至低通濾波電路，低通濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、下位機(jī)和上位機(jī)通過電纜依次連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)中內(nèi)置了用于實現(xiàn)所述泄漏檢測或泄露點定位的方法的軟件功能模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述下位機(jī)為PLC200。
全文摘要
本發(fā)明涉及故障診斷技術(shù)，旨在提供一種壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)泄漏智能檢測方法及系統(tǒng)。包括由安裝于終端輸送管網(wǎng)上的傳感器采集壓縮空氣的壓力、溫度和流量，并將信號傳送至低通濾波電路，對接收到的信號進(jìn)行粗過濾，再由A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)下位機(jī)傳回上位機(jī)；上位機(jī)以實際測得的起終點數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到氣體的流動參數(shù)隨時間和管線長度的變化關(guān)系，然后比較理論輸出與實際輸出來實現(xiàn)管網(wǎng)泄漏檢測。本發(fā)明的檢測技術(shù)具有泄漏檢測準(zhǔn)確性高，準(zhǔn)確性超過95％；誤報率低，低于3％；檢測時間短，小于55s；靈敏度高，大于管道輸量1.5％的泄漏量可檢測。在泄漏定位時具有精度高，定位精度誤差小于管道全長的1％。在線檢測避免了工廠停工以及人工檢測的勞動強(qiáng)度。
文檔編號F17D5/06GK102563362SQ20111045819
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者吳平, 楊春節(jié), 沈新榮, 胡鵬, 郁輝球, 麻劍鋒, 黃龍誠 申請人:杭州哲達(dá)科技股份有限公司