一种阀门泄漏在线检测系统及方法

技术领域

本申请涉及工业检测设备技术领域，特别涉及一种阀门泄漏在线检测系统及方法。

背景技术

工业生产中会使用各种液体作为原材料，例如各种酸、碱等液体，一般情况下这些液体都存放在储液罐中，以确保随时可用。

在储液罐的出口处会安装阀门，阀门以人工手动或自动控制的方式打开或关闭，以控制液体的输出状态。经过长时间的使用和操作后，阀门难免会存在泄漏的情况，因此需要确定阀门泄漏的具体位置以确定维护或维修方案。目前，排查泄漏位置仍以人工检查为主，维护人员观察阀门的各个位置并基于经验判断泄漏的点位。这种方式对人员的要求很高，而且无法做到实时的检测，检测效果并不好。

发明内容

本申请实施例提供了一种阀门泄漏在线检测系统及方法，用以解决现有技术中人工检查阀门泄漏存在的对人员要求高和无法实时检测的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种阀门泄漏在线检测系统，包括：

压力传感器，用于设置在阀门内部靠近填料的位置，压力传感器用于采集阀门内部靠近填料位置的填料压力值；

压差传感器，用于设置在阀门内部的中腔和接口处，压差传感器用于采集阀门的阀前压力值和阀后压力值；

检测装置，包括检测单元和支架，检测单元通过支架安装在与阀门连接的管道上，压力传感器和压差传感器均与检测单元电连接，检测单元根据填料压力值、阀前压力值和阀后压力值确定阀门是否存在泄露。

在一种可能的实现方式中，阀门的接口包括出口和入口，压差传感器包括第一压差传感器和第二压差传感器，第一压差传感器的两个检测端分别设置在入口和中腔中，用于采集入口和中腔处的压力差值，即阀前压力值，第二压差传感器的两个检测端分别设置在出口和中腔中，用于采集出口和中腔处的压力差值，即阀后压力值。

在一种可能的实现方式中，支架包括：连接板，用于连接在管道的外侧面上；立板，与连接板的顶部连接，检测单元通过连接组件连接在立板的上端。

在一种可能的实现方式中，连接板为与管道的外表面形状匹配的弧形板，连接板的底部穿过锁紧箍，且锁紧箍套设在管道的外侧面上。

在一种可能的实现方式中，锁紧箍和管道的外侧面之间设置防滑层。

在一种可能的实现方式中，检测单元的背面设置有电池仓，电池仓用于放置电池，检测单元由电池供电。

在一种可能的实现方式中，电池仓顶部设置有报警单元，报警单元与检测单元电连接。

本申请实施例还提供了一种阀门泄漏在线检测方法，包括：

控制阀门关闭，采集阀前压力值和填料压力值；

对阀前压力值进行分析，确定相应的阀前压力曲线；

将阀前压力曲线与标准阀前曲线进行比较，确定阀门是否存在内漏，并将填料压力值与设定值进行比较，确定阀门是否存在外漏。

在一种可能的实现方式中，将阀前压力曲线与标准阀前曲线进行比较时，将标准阀前曲线与多个不同的阀前泄露曲线进行融合，得到多个融合阀前曲线后，分别确定每个融合阀前曲线与阀前压力曲线的相似度，将与相似度最高的融合阀前曲线对应的内漏量作为当前阀门的内漏量。

在一种可能的实现方式中，在采集阀前压力值时还采集阀后压力值，获得阀后压力值后进行分析得到相应的阀后压力曲线，将标准阀后曲线与多个不同的阀后泄露曲线进行融合，得到多个融合阀后曲线后，分别确定每个融合阀后曲线与阀后压力曲线的相似度，获取与相似度最高的融合阀后曲线对应的内漏量，将该内漏量与根据阀前压力曲线确定的泄漏量进行平均后，获得当前阀门的内漏量。

本申请中的一种阀门泄漏在线检测系统及方法，具有以下优点：

通过在阀门内部出口、中腔以及填料附近设置传感器，以实时检测阀门内部的压力状态，通过压力状态反应阀门是否存在泄漏，无需人工巡检，大大提高了阀门泄漏检测的实时性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种阀门泄漏在线检测系统的组成示意图；

图2为本申请实施例提供的阀门内部结构示意图；

图3为本申请实施例提供的检测装置的结构示意图；

图4为目前采用的内漏检测逻辑流程图；

图5为目前采用的外漏检测逻辑流程图；

图6为本申请实施例提供的检测方法流程图。

附图标号说明：100-阀门，101-阀体，102-阀盖，103-中腔，104-填料，105-压力传感器，106-第一压差传感器，107-第二压差传感器，110-管道，200-检测单元，201-电池仓，210-支架，211-连接板，212-立板，213-连接组件，214-锁紧箍，220-报警单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1-3为本申请实施例提供的一种阀门泄漏在线检测系统的结构示意图。本申请实施例提供了一种阀门泄漏在线检测系统，包括：

压力传感器105，用于设置在阀门100内部靠近填料104的位置，压力传感器105用于采集阀门100内部靠近填料104位置的填料压力值；

压差传感器，用于设置在阀门100内部的中腔103和接口处，压差传感器用于采集阀门100的阀前压力值和阀后压力值；

检测装置，包括检测单元200和支架210，检测单元200通过支架210安装在与阀门100连接的管道110上，压力传感器105和压差传感器均与检测单元200电连接，检测单元200根据填料压力值、阀前压力值和阀后压力值确定阀门是否存在泄露。

示例性地，如图2所示，阀门100包括阀体101和阀盖102，阀盖102内部的中空区域为中腔103，压差传感器的一个检测端即设置在该中腔103的表面。阀盖102的顶部设置有填料104，该填料104可以采用柔性石墨制成，主要起到密封的作用，压力传感器105即设置在阀盖102内侧面上靠近填料104的位置。

检测单元200包括外壳和检测电路板，检测电路板上可以设置检测芯片，该检测芯片可以采用单片机，例如STM32或STC89C52系列单片机，除检测芯片外，检测电路板上还可以设置信号调理电路，该信号调理电路的输入端与压力传感器105和差压传感器连接，输出端则与检测芯片连接，信号调理电路能够对传感器输入的模拟信号进行滤波、放大和数模转换等处理，再输入至检测芯片中。

检测单元200还包括设置在外壳上的显示屏，该显示屏可以采用LED或LCD屏，该显示屏与检测芯片连接，用以显示压力值和压力差值。

在本申请的实施例中，阀门100的接口包括出口和入口，压差传感器包括第一压差传感器106和第二压差传感器107，第一压差传感器106的两个检测端分别设置在入口和中腔103中，用于采集入口和中腔103处的压力差值，即阀前压力值，第二压差传感器107的两个检测端分别设置在出口和中腔103中，用于采集出口和中腔103处的压力差值，即阀后压力值。

在一种可能的实施例中，支架210包括：连接板211，用于连接在管道110的外侧面上；立板212，与连接板211的顶部连接，检测单元200通过连接组件213连接在立板212的上端。

示例性地，连接板211为与管道110的外表面形状匹配的弧形板，连接板211的底部穿过锁紧箍214，且锁紧箍214套设在管道110的外侧面上。

连接板211和立板212可以一体成型，并使用同种材料。连接组件213可以为螺杆，立板212的顶端设置有大小与螺杆匹配的通孔，并且检测单元200的外壳背面设置有与螺杆大小匹配的螺孔，螺杆穿过通孔后螺接在螺孔中，即可将检测单元200与支架210连接在一起。

进一步地，锁紧箍214和管道110的外侧面之间设置防滑层。该防滑层可以采用橡胶或硅胶制成，以增大锁紧箍214和管道110外侧面的摩擦力，防止支架210和检测单元200发生转动。

在一种可能的实施例中，检测单元200的背面设置有电池仓201，电池仓201用于放置电池，检测单元200由电池供电。

示例性地，电池可以采用一次性电池或可充电电池，如果电池的输出电压和检测单元200中的各个器件电压不匹配，还可以在检测电路板上设置电压转换电路，以对电池输出的电压进行升压或降压，满足检测单元200中各个器件的需要。

进一步地，电池仓201顶部设置有报警单元220，报警单元220与检测单元200电连接。

报警单元220可以采用声光报警的方式发出报警信息，检测单元200可以对压力值和压力差值进行监测，如果发现压力值和/或压力差值处在设定的阈值范围以外，例如低于阈值范围的下限或高于阈值范围的上限，将控制报警单元220发出报警信息，以通知维修人员尽快处理。

在实际应用中，阀门泄漏包括阀座密封泄漏造成的阀门内漏，以及填料密封泄漏造成的阀门外漏。阀门内漏是由于阀座密封泄漏，使阀门中腔高压介质向阀门出口泄漏，造成阀门中腔压力下降或波动。阀座密封检漏通过采集不同时段阀门出口与中腔的压差，判断阀门是否出现内漏。阀门外漏是由于阀门填料密封处发生泄漏，造成阀门中腔向填料处泄漏，造成填料处压力升高。填料密封检漏是在阀杆填料处设置填料密封监测装置，通过监测填料处压力，判断是否发生填料泄漏。

目前常用的内漏和外漏的检测逻辑分别如图4-5所示。在内漏检测中，驱动装置控制阀门进行关闭动作，阀门到达关闭位置后开始计时，60s后采集压差传感器P1值，阀门关闭位置持续300s后采集压差传感器P2值，对比P1与P2值，P1-P2≥0.2MPa时，说明阀门中腔介质向出口泄漏，存在阀门内泄漏，发出故障报警提示；当0.2MPa＞P1-P2≥0.1MPa时，说明阀门中腔介质压力存在波动，此时预警内泄漏风险；当P1-P2＜0.1MPa时，说明此时阀座密封正常，若阀门持续保持关闭位置，则持续计时300s后采集压差传感器P3值，对比P1-P3差值，按照上述判断依据判断阀座是否泄漏，当P1-P3＜0.1MPa时，循环进行每300s采集一次压差传感器Pn，进行P1-Pn的差值判断。

在外漏检测中，阀门打开或关闭过程中，每5s采集一次压力传感器P1值，若P1≥0.05MPa，则表示填料发生泄漏进行故障报警，否则每5s进行一次压力值采集循环，直至阀门到达全开或全关位置；当阀门达到全开或全关位置时，重新计时每120s采集一次压力传感器Pn值，若Pn≥0.05MPa，则表示填料发生泄漏进行故障报警，否则持续每120s进行一次压力值采集，循环采集及判断直至阀门在全开或全关位置持续960s仍未发生故障报警，则判断结束。

从以上检测逻辑可以看出，无论是内漏还是外漏，其检测所需的时间都比较长，通常都需要数十乃至数百秒，导致泄露检测的效率很低。本申请在现有的检测方法基础上进行了改进，可以有效缩短检测时间，大大提高检测效率。

本申请采用的检测方法如图6所示，具体如下：

步骤1，驱动装置控制阀门100以预设速度关闭，采集第一压差传感器106产生的阀前压力值以及压力传感器105产生的填料压力值。

示例性地，驱动装置应以预设速度匀速关闭阀门100，该预设速度可以高于阀门100正常关闭时的速度，以提高检测效率，但是速度不应过高，过高的关闭速度将造成严重的水锤效应，会对管道的安全造成严重威胁。

在采集阀前压力值的同时，还可以采集第二压差传感器107产生的阀后压力值。

步骤2，对一定时间内的阀前压力值数据进行记录和分析，确定相应的阀前压力曲线。

示例性地，第一压差传感器106将以较高的频率持续监测阀前压力值，其产生的阀前压力值虽然密度较高，但仍然为离散数据，为了获得连续的阀前压力曲线，需要对其进行拟合，实际拟合时可以采用最小二乘法。

相应地，在采集得到阀后压力值后，还可以对离散点形式的阀后压力值进行拟合，得到阀后压力曲线。

步骤3，将阀前压力曲线与标准阀前曲线进行比较，确定阀门100是否存在内漏，并将填料压力值与设定值进行比较，确定阀门100是否存在外漏。

示例性地，标准阀前曲线为阀门100不存在内漏时的经过实验拟合得到的压力曲线。在比较过程中，可以将标准阀前曲线与多个不同的阀前泄露曲线进行融合，将融合后的曲线与阀前压力曲线进行比较。本申请中阀前泄露曲线为不同内漏量下阀后压力对阀前压力曲线的影响曲线，该曲线是经过计算机模拟得到的，即在确定的内漏量下将阀前压力曲线分解为多组分解曲线，每组分解曲线包括两个曲线，当某组中的一个曲线与标准阀前曲线的相似度最高时，该组中的另一个曲线即为当前泄漏量下的阀前泄露曲线。由于参与融合的阀前泄露曲线为多个，因此得到的融合阀前曲线也为多个，在得到多个融合阀前曲线后，分别计算每个融合阀前曲线与阀前压力曲线的相似度，将与相似度最高的融合阀前曲线对应的内漏量作为当前阀门100的内漏量。

相应地，当填料压力值超过设定值时，说明阀门100也存在外漏。

由于存在内漏时阀后压力会对阀前压力产生影响，在该影响下阀前压力曲线会偏离标准阀前曲线，而偏离量的大小可以在一定程度上代表内漏量的大小。因此在对标准阀前曲线进行融合后，可以根据融合时采用的阀前泄露曲线确定内漏量，不但准确快速的定性确定可阀门100是否存在内漏，而且还定量确定了阀门100的内漏量，整个检测过程仅需数秒，在检测效率上远超现有的检测方法。

在本申请的实施例中，阀后压力在对阀前压力曲线造成影响的同时，阀前压力也将对阀后压力曲线造成影响，因此在拟合得到阀后压力曲线后，可以采用上述对阀前压力曲线的处理方法处理阀后压力曲线，进而确定相应的内漏量。在分别根据阀前压力曲线和阀后压力曲线确定两个内漏量后，可以对这两个内漏量进行平均，作为最终的内漏量。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。