法兰泄漏监测装置及高能管网法兰泄漏监测调控系统的制作方法

本实用新型涉及法兰泄漏监测领域，具体涉及法兰泄漏监测装置及高能管网法兰泄漏监测调控系统。

背景技术：

法兰因为易安装、拆卸等优点广泛应用于石油、化工、制药、能源和核电等行业，但是高能管道法兰在长期服役的过程中，会因为材料腐蚀、垫片老化、应力松弛和高温蠕变等原因而出现泄漏现象。近年来，化工厂爆炸事故、油气管道泄漏屡见报道，其中较大比例的泄漏事故与法兰泄漏有关。各行业的高能管道从属于复杂而庞大的管道网络系统，采用人员不间断在厂区、车间对众多法兰联接巡查的方法存在灵敏度底的弱点，而且突发的泄漏事故可能危害到相关人员的生命安全。有毒、有害、放射性和易燃易爆介质的外泄往往会带来严重的后果，然而并没有一种用于高能管网的法兰泄漏监测调控系统，来对高能管网的众多法兰的状态进行远程实时监测、调节和控制。

技术实现要素：

本实用新型提供法兰泄漏监测装置及高能管网法兰泄漏监测调控系统，解决了上述技术问题，所述法兰泄漏监测调控系统主要应用于高温高压工况(其他工况也适用)的管道网络系统，通过法兰泄漏监测装置实时监测高能管道网络中任意一个法兰的紧密状态，并给出状态反馈，甚至给出控制措施。

本实用新型的技术方案为：

法兰泄漏监测装置，包括上边框、上侧囊体、下边框、下侧囊体、合页、法兰紧固螺栓、垫片，还包括测量模块、注胶孔；

上边框和下边框为对称的框架结构，上边框和下边框的整体形状均为半圆柱体，包括两个半圆边框和平行于轴向的两个直线边框连接组成，上边框和下边框闭合时，形成一个圆柱体边框，能够卡在相应直径的管道外侧；

上边框和下边框与法兰两侧管道之间的环形接触面设置垫片密封，上边框和下边框的接触面之间也设置垫片密封；

上边框和下边框分别覆盖有上侧囊体和下侧囊体，上侧囊体和下侧囊体将法兰包裹在内部，形成密闭的测漏腔体；

上边框和下边框的一个直线边框设置有合页，上边框和下边框通过合页连接，能够绕合页柱销上下转动；

上边框和下边框的另一个直线边框分别设置有径向延伸板，通过法兰紧固螺栓对上边框延伸板和下边框延伸板进行紧固；

上侧囊体设置有测量模块，测量模块包括测量传感器和信息发射装置；测量传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器，监测测漏腔体内介质的温度、压力、湿度；信息传输装置发送测量传感器测得的数据，同时接收法兰运行状态的信息；

上侧囊体还设置有注胶孔，能够通过注胶孔注入不与测漏腔体内介质反应的密封胶对法兰进行带压堵漏。

所述垫片粘贴在上边框和下边框的密封面上。

所述上侧囊体和下侧囊体为帆布材料。

所述测量模块还包括状态显示灯，显示法兰运行状态。

所述测量模块为可拆卸结构。

高能管网法兰泄漏监测调控系统，包括所述法兰泄漏监测装置、高能管网系统和法兰泄漏监测控制平台；

高能管网系统中的每一个法兰都安装了法兰泄漏监测装置；

法兰泄漏监测控制平台包括无线信号传输装置、信号传输线路、数据分析调节模块、信息传输线路、状态信息显示屏，无线信号传输装置通过信号传输线路与状态信息显示屏相连，数据分析调节模块通过信息传输线路与状态信息显示屏相连；

无线信号传输装置接收来自每一个法兰泄漏监测装置发出的信号，通过信号传输线路传输到状态信息显示屏进行显示，再通过信息传输线路传输到数据分析调节模块对法兰运行状态进行分析；数据分析调节模块将法兰运行状态的分析结果回传至状态信息显示屏进行显示，再通过无线信号传输装置发送至每一个法兰泄漏监测装置。

所述状态信息显示屏包括法兰状态显示模块和阀门电控开关模块；

法兰状态显示模块包括温度传感器数据显示屏、压力传感器数据显示屏、湿度传感器数据显示屏、法兰状态显示屏，分别显示高能管网系统中的每一个法兰泄漏监测装置所监测的温度、压力、湿度的具体数值和数据分析调节模块的分析结果；

阀门电控开关模块包括阀门电控开关，对高能管网系统中的每一个电动阀门的开度进行调节和显示。

所述高能管网系统还包括应急旁路管道，应急旁路管道与泄漏故障率较高的5号法兰形成并联支路；

5号法兰外侧安装有5号法兰泄漏监测装置，5号法兰左右两侧管道为Ⅴ管段和Ⅷ管段；

应急旁路管道包括Ⅵ管段、4号法兰泄漏监测装置、4号法兰、Ⅶ管段，Ⅵ管段通过4号法兰与Ⅶ管段相连，4号法兰外侧安装有4号法兰泄漏监测装置；

应急旁路管道通过左三通阀门和右三通阀门分别连接Ⅴ管段和Ⅷ管段。

所述数据分析调节模块判断是否发生泄漏的分析方法如下：

如果高能管网系统中的介质为高温介质，当法兰出现泄漏状况时，法兰泄漏监测装置中的温度传感器会出现明显的温度升高，数据分析调节模块通过此信号判断法兰发生了泄漏；

如果高能管网系统中的介质为液态，当法兰出现泄漏状况时，法兰泄漏监测装置中的湿度传感器会发出异常信号，数据分析调节模块通过此信号判断法兰发生了泄漏；

如果高能管网系统中的介质是气体，当法兰在某一段时间间隔t内出现泄漏状况时，该时间段内的温度、压力均会发生变化；法兰泄漏监测装置测漏腔体的体积为V，数据分析调节模块在接收到的信号中提取某一个法兰泄漏监测装置一定时间间隔t始末的两组压力和温度数据，初态温度、压力数据为p₁、T₁，末态温度、压力数据为p₂、T₂，数据分析调节模块通过上述参数计算出泄漏率L，进而判断法兰发生了泄漏。

数据分析调节模块判断泄漏所属级别的分析方法如下：

当数据分析调节模块监测到法兰为泄漏状态时，根据温差、湿度变化、压差、泄漏率的大小来进行法兰泄漏程度分级；

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均较小时，评价为法兰微量泄漏，数据分析调节模块提示，采用力矩扳手合理地对螺栓进行二次预紧，确保垫片有足够的压紧力，确保密封面的完整性；

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均略大时，评价为法兰轻度泄漏，且不希望高能管网系统停车检修时，数据分析调节模块提示，采用法兰泄露监测装置的带压堵漏方法进行修复；

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均较大时，评价为法兰中度泄漏，数据分析调节模块提示，启用应急旁路管道，或临时短暂停机，对螺栓、垫片和法兰盘进行更换，改善密封效果，确保管道法兰良好的密封性；

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均很大时，评价为法兰重度泄漏，数据分析调节模块提示，将整个高能管道网络系统停车，对所有出现法兰泄漏的情况进行细致的检修。

本实用新型的有益效果为：

第一，本实用新型所述法兰泄漏监测装置由于在被检测的法兰周围制作了一个容积较小的密闭空间，测量灵敏度高，可以在法兰发生微泄漏的时候检测出来，可在酿成重大事故之前及时改进、补救或更换相关部件，有效避免灾难的发生。

第二，本实用新型所述法兰泄漏监测装置采用气囊式设计，大部分结构为帆布材料，质量较轻，卡箍式结构，结构简单，携带或搬运至现场安装轻便。另外，帆布材质的法兰泄漏监测装置具有较好的保温作用，避免螺栓-垫片-法兰连接系统收到外界环境温度的影响。

第三，本实用新型所述法兰泄漏监测装置设置有注胶孔，方便直接利用法兰泄漏监测装置对泄漏法兰进行带压堵漏，避免停车检修带来经济损失，方便快捷。

第四，本实用新型所述高能管网法兰泄漏监测调控系统对被监测的整个高能管网系统中的每一处法兰都安装了法兰泄漏监测装置，实施了全局覆盖。另外，高能管网系统对泄漏故障率较高的法兰设置了应急旁路管道，法兰发生泄漏故障时，维修方便快捷。

第五，本实用新型所述法兰泄漏监测装置，从温度、湿度和压力三个方面进行了监测，可以通过多个信号验证泄漏与否结论的正确性。

第六，本实用新型引用了无线信号或物联网这种新式的传递途径进行传输，避免了复杂的有限传输线路的安装与维护。所述法兰泄漏监测装置可远程传输数据，安全巡视人员可通过远程接收数据实现巡视功能，可以有效避开有毒、有害、有辐射、易燃、易爆介质的管道法兰现场巡视，避免事故中的人员伤亡。

第七，本实用新型设置了数据分析调节模块，采用多种方法来对多种情况下接收的信号进行分析，并合理的对泄漏进行等级划分，针对不同的泄漏等级给出相应的泄漏调控措施。

第八，本实用新型所述高能管网法兰泄漏监测调控系统适用范围广，可以实时监测任意工况下法兰的服役状态，特别适宜用在易发生泄漏的高温高压法兰连接系统上，监测有毒、有害、有辐射、易燃、易爆介质的管道法兰，有效避免事故的发生。

附图说明

图1为本实用新型所述法兰泄漏监测装置示意图。

图2为本实用新型所述法兰泄漏监测装置立体图。

图3为本实用新型所述法兰泄漏监测装置俯视图。

图4为高能管道网络系统示意图。

图5为本实用新型所述法兰泄漏监测调控系统示意图。

图中，1-上边框，2-上侧囊体，3-测量模块，4-注胶孔，5-下边框，6-下侧囊体，7-合页，8-法兰紧固螺栓，9-入口端管道，10-电动蝶阀，11-Ⅰ管段，12-1号法兰泄漏监测装置，13-1号法兰，14-Ⅱ管段，15-2号法兰泄漏监测装置，16-2号法兰，17-Ⅲ管段，18-3号法兰泄漏监测装置，19-3号法兰，20-Ⅳ管段，21-左三通阀门，22-Ⅴ管段，23-Ⅵ管段，24-4号法兰泄漏监测装置，25-4号法兰，26-Ⅶ管段，27-Ⅷ管段，28-右三通阀门，29-5号法兰泄漏监测装置，30-5号法兰，31-Ⅸ管段，32-Ⅹ管段，33-6号法兰泄漏监测装置，34-6号法兰，35-Ⅺ管段，36-无线信号传输装置，37-信号传输线路，38-状态信息显示屏，39-法兰状态显示模块，40-温度传感器数据显示屏，41-压力传感器数据显示屏，42-湿度传感器数据显示屏，43-法兰状态显示屏，44-n号阀门电控开关，45-3号阀门电控开关，46-2号阀门电控开关，47-1号阀门电控开关，48-信息传输线路，49-数据分析调节模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

如图1、图2、图3所示，本实用新型提供法兰泄漏监测装置，采用气囊式设计，主体包括上边框1、上侧囊体2、下边框5、下侧囊体6、合页7、法兰紧固螺栓8、垫片，还包括测量模块3、注胶孔4。

上边框1和下边框5为对称的框架结构，上边框1和下边框5的整体形状均为半圆柱体，包括两个半圆形边框和平行于轴向的两个直线形边框连接组成。上边框1和下边框5合并时，刚好组成一个圆柱体边框，能够卡在相应直径的管道外侧。上边框1和下边框5与连接法兰两侧管道之间的环形接触面上采用垫片密封，上边框1和下边框5的接触面之间也设置垫片密封。为方便固定垫片，可将垫片直接粘贴在上边框1和下边框5的密封面上，确保法兰泄漏监测装置所包容的测漏空间与外界有效隔断。

上边框1和下边框5分别覆盖有上侧囊体2和下侧囊体6。上侧囊体2和下侧囊体6为帆布材料，质地坚牢，紧密厚实，具有较好的密封性。上边框1和上侧囊体2构成上测漏腔体，下边框5和下侧囊体6组成下测漏腔体，上、下测漏腔体闭合在法兰外围，刚好将法兰完全箍在其内部，形成对法兰泄漏状况进行监测的测漏腔体。

上边框1和下边框5的一个直线边框设置有合页7，上边框1和下边框5通过合页7连接，并可绕合页7柱销上下转动。上边框1和下边框5在绕合页7柱销转动闭合后，整个法兰泄漏监测装置的中间位置有着一个圆形的通道，所述圆形通道的直径与被监测法兰的管道外径相吻合。

上边框1和下边框5的另一个直线边框分别设置有径向延伸板，并根据长度设置有合适数目的螺栓孔(例如4个)。上边框1和下边框5绕合页7柱销转动闭合时，用法兰紧固螺栓8通过上述螺栓孔对上边框1和下边框5进行紧固，将整个法兰泄漏监测装置箍在管道上，使得整个法兰连接系统整体均被法兰泄漏监测装置包围，以收集法兰泄漏的气体，对法兰泄漏状态进行监测。

上侧囊体2设置有测量模块3，测量模块3包括测量传感器、信息传输装置和状态显示灯。所述测量传感器为温度传感器、压力传感器和湿度传感器，对密闭测漏腔体内介质的温度、压力、湿度进行监测。所述信息传输装置用于将传感器测得的数据通过无线电波或物联网发送到法兰泄漏监测控制平台，同时接收来自法兰泄漏监测控制平台的法兰运行状态的信息。所述状态显示灯用于显示法兰运行状态，泄漏与否。

上侧囊体2还设置有注胶孔4，当法兰出现轻微泄漏的时候，可以通过注胶孔4注入不与介质反应的胶对法兰连接进行带压堵漏，实现对法兰泄漏的控制。测量模块3为可拆卸结构，注胶封堵后，能够拆下来重复使用，有效节约成本。

如图4、图5所示，本实用新型提供高能管网法兰泄漏监测调控系统，包括所述法兰泄漏监测装置、高能管网系统和法兰泄漏监测控制平台。

所述高能管网系统是指被监测的一套复杂的高温管道网络系统，高能管网系统中的每一个连接法兰都安装了所述法兰泄漏监测装置，以监测每一个法兰的状态。

如图4所示，为高能管网系统的一个实施例。

入口端管道9通过电动蝶阀10与Ⅰ管段11相连；Ⅰ管段通过1号法兰13与Ⅱ管段14相连，1号法兰13外侧安装有1号法兰泄漏监测装置12；Ⅱ管段14通过2号法兰16与Ⅲ管段17相连，2号法兰16外侧安装有2号法兰泄漏监测装置15；Ⅲ管段17通过3号法兰19与Ⅳ管段20相连，3号法兰19外侧安装有3号法兰泄漏监测装置18；以此类推。

通过高能管网法兰泄漏监测调控系统长期不间断对高能管网系统中各个法兰的状态进行监测，能够通过大数据确定泄漏故障率较高的法兰，为其添加应急旁路管道。本实施例中，5号法兰30为泄漏故障率较高的法兰，5号法兰30外侧安装有5号法兰泄漏监测装置29，5号法兰30左右两侧管道为Ⅴ管段22和Ⅷ管段27；应急旁路管道包括Ⅵ管段23、4号法兰泄漏监测装置24、4号法兰25、Ⅶ管段26，Ⅵ管段23通过4号法兰25与Ⅶ管段26相连，4号法兰25外侧安装有4号法兰泄漏监测装置24；应急旁路管道与5号法兰30形成并联支路，Ⅵ管段23通过左三通阀门21连接Ⅳ管段20和Ⅴ管段22，Ⅶ管段26通过右三通阀门28连接Ⅷ管段27和Ⅸ管段31。

当泄漏故障率较高的5号法兰30发生泄漏时，被监测的高能管网系统可以通过控制左三通阀门21和右三通阀门28，将Ⅳ管段20内的介质经由应急旁路Ⅵ管段23、Ⅶ管段26引导到至Ⅸ管段31，而不中断生产。同时，对泄漏的5号法兰30进行维修，或更换密封垫片，或二次预紧螺栓，或更换螺栓等。维修完毕后，再次通过调节左三通阀门21和右三通阀门28放弃使用应急旁路管道，而将Ⅳ管段20内介质经由Ⅴ管段22、Ⅷ管段27引导至Ⅸ管段31，恢复之前的使用状态，不影响生产，且确保安全。

Ⅸ管段31与Ⅹ管段32之间省略各种复杂的管道网络系统，图4仅用于示意说明原理。Ⅹ管段32通过6号法兰34与Ⅺ管段35相连，6号法兰34外侧安装有6号法兰泄漏监测装置33；以此类推。

如图5所示，所述法兰泄漏监测控制平台包括无线信号传输装置36、信号传输线路37、数据分析调节模块49、信息传输线路48、状态信息显示屏38，无线信号传输装置36通过信号传输线路37与状态信息显示屏38相连，数据分析调节模块49通过信息传输线路48与状态信息显示屏38相连。

无线信号传输装置36用于接收来自于整个高能管网系统的每一个法兰泄漏监测装置发出的信号，然后将接收到的信号通过信号传输线路37传递到状态信息显示屏38进行显示，再通过信息传输线路48传递到数据分析调节模块49对法兰运行状态进行分析。数据分析调节模块49将法兰运行状态的分析结果回传至状态信息显示屏38进行显示，再通过无线信号传输装置36发送至每一个法兰泄漏监测装置。

状态信息显示屏38包括法兰状态显示模块39和阀门电控开关模块。法兰状态显示模块39包括温度传感器数据显示屏40、压力传感器数据显示屏41、湿度传感器数据显示屏42、法兰状态显示屏43，温度传感器数据显示屏40、压力传感器数据显示屏41、湿度传感器数据显示屏42分别显示每一个法兰泄漏监测装置所监测的温度、压力、湿度的具体数值，而且经数据分析调节模块49分析后，法兰状态显示屏43还能够对泄漏状态的分析结果进行显示。阀门电控开关模块包括多个阀门电控开关，例如1号阀门电控开关47、2号阀门电控开关46、3号阀门电控开关45、n号阀门电控开关44，阀门电控开关模块能对整个高能管网系统中的每一个电动阀门的开度进行调节和显示，所述电动阀门包括电动蝶阀10、左三通阀门21、右三通阀门28等。

数据分析调节模块49接收温度、压力、湿度的信号，对信号进行分析后，输出法兰运行状态的分析结果，所述分析结果包括是否发生泄漏、泄漏所属级别。

数据分析调节模块49判断是否发生泄漏的分析方法如下：

如果高能管网系统中的介质为高温介质，当法兰出现泄漏状况时，法兰泄漏监测装置中的温度传感器会出现明显的温度升高，数据分析调节模块49可通过此信号判断法兰发生了泄漏。

如果高能管网系统中的介质为液态，当法兰出现泄漏状况时，法兰泄漏监测装置中的湿度传感器会发出异常信号，数据分析调节模块49可通过此信号判断法兰发生了泄漏。

如果高能管网系统中的介质是气体，当法兰在某一段时间间隔t内出现泄漏状况时，则该时间段内的温度、压力值均会发生变化。法兰泄漏监测装置测漏腔体的体积为V，数据分析调节模块49在接收到的信号中提取某一个法兰泄漏监测装置一定时间间隔t始末的两组压力和温度数据，现假设该时间间隔内，初态温度、压力数据为p₁、T₁，末态温度、压力数据为p₂、T₂。

在时间间隔初态，法兰泄漏监测装置内的气体介质的质量m₁为：

式中，M为气体摩尔质量，p₁为初态温度，V为测漏腔体的体积，R为摩尔气体常数，T₁为初态压力。

在时间间隔末态，法兰泄漏监测装置内的气体介质的质量m₂为：

式中，M为气体摩尔质量，p₂为末态温度，V为测漏腔体的体积，R为摩尔气体常数，T₂为末态压力。

在所选取的时间间隔t内，由法兰泄漏引起的法兰泄漏监测装置内的气体质量Δm为：

则在时间间隔t内，法兰泄漏的质量变化率L_m为：

工程中一般使用气体的体积变化率来对泄漏率进行描述，故将以上质量变化率转化为体积变化率L_v为：

再将其转化标准大气压状态下的体积变化率，即泄漏率L为：

式中，p_s为标准温度，T_s为标准压力。

数据分析调节模块49判断泄漏所属级别的分析方法如下：

当数据分析调节模块49监测到法兰为泄漏状态时，会根据温差(温度始末状态差值)、湿度变化(湿度始末状态差值)、压差(压力始末状态差值)、泄漏率的大小来进行法兰泄漏程度分级。

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均较小(可后期根据经验对每个变量给出一个具体的范围)时，评价为法兰微量泄漏，数据分析调节模块49提示，利用力矩扳手合理地对螺栓进行二次预紧，确保垫片有足够的压紧力，确保密封面的完整性。由于高能管网系统中的法兰处在一种高温高压环境中，所以不管是螺栓材料、垫片材料还是法兰材料都容易出现蠕变现象，特别是螺栓的应力松弛会导致泄漏现象的反复发生，这时数据分析调节模块49会提示使用蝶形弹簧来补偿应力松弛带来的应力不足现象。

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均略大(可后期根据经验对每个变量给出一个具体的范围)时，评价为法兰轻度泄漏，且不希望高能管网系统停车检修时，数据分析调节模块49提示，可以采用法兰泄露监测装置的带压堵漏方法进行修复。所述带压堵漏方法如下，根据管道内介质的性质选择合适的堵漏密封胶，然后将注胶枪连接至油泵，利用油泵将密封胶经由注胶孔4注入到法兰泄漏监测装置的测漏腔体中，待密封胶固化以后，对法兰形成密封，保证法兰的紧密性。此时，可以将法兰泄漏监测装置上的测量模块3取下来二次利用，节约成本。

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均较大(可后期根据经验对每个变量给出一个具体的范围)时，评价为法兰中度泄漏，数据分析调节模块49提示，可以通过调节左三通阀门21和右三通阀门28启用应急旁路管道，或临时短暂停机，对螺栓、垫片和法兰盘进行更换，改善密封效果，确保管道法兰良好的密封性。

当温差、湿度变化、压差、泄漏率均很大(可后期根据经验对每个变量给出一个具体的范围)时，评价为法兰重度泄漏，数据分析调节模块49提示，这时需要将整个高能管道网络系统停车，对所有出现法兰泄漏的情况进行细致的检修。

上面对本实用新型的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。