一种煤粉输送装置的泄漏监测预警装置及方法与流程

本发明涉及一种煤粉输送装置的泄漏监测预警装置及方法，尤指一种监测与预警用于煤制油/气工艺中的煤粉输送装置是否泄漏的设备和方法。

背景技术：

对于煤制油/气行业，安全生产是企业的头等大事。执行煤制油/气工艺时，原煤要先通过皮带输送机送至原煤仓，经过研磨、干燥、分选后制成粒径在63微米至500微米的煤粉，利用低压氮气将煤粉输送至煤粉储仓，再由高压氮气输送至反应装置。目前的气力输送线路——煤粉输送装置的最大输送能力可高达160吨/条/小时。实际实施中，大量煤粉颗粒在高速输送途中会不停地摩擦煤粉输送装置的内壁，随着时间的积累，特别是煤粉输送装置内壁的下壁面、弯折部位的弯曲壁面易被磨穿，从而造成煤粉泄漏，与空气混合形成可燃物后遇到明火极易引发火灾，甚至爆炸，导致恶性安全生产责任事故发生。

目前业内对煤粉输送均采用高温惰性热气体作为输送载体，并沿伴热性质的煤粉输送装置装有配套的保温层。从实际操作可以发现，由于保温层的存在，煤粉输送装置因磨损发生初期泄漏的时候，巡线的安全检查人员难以凭肉眼观察发现，另外这种人工巡检方式不仅安全性得不到保证，还严重影响着企业的生产效率，为保证生产安全，工厂通常采用停产检修的方法，用超声波探伤仪沿管道进行超声探伤，但这种方式效率低、工作量大、实时性差。

目前有些企业采用传统的点式压力传感器来监测煤粉泄漏情况，但从实际实施中可以看到，由于煤粉输送装置较长，发生泄漏的部位具有很大的随机性，因此这种技术无法对泄漏进行监测，且只能在泄漏发生后探测到，缺乏预警能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤粉输送装置的泄漏监测预警装置及方法，此装置及方法一方面不仅可在泄漏初期对煤粉输送装置是否因孔洞或裂缝而发生泄漏做出准确判断，还可对煤粉输送装置是否因煤粉运输途中的摩擦而发生泄漏做出准确判定，并对泄漏点做出精确捕捉及定位，可很好地确保企业的安全生产，另一方面，还可对煤粉输送装置的薄弱部位实现预测及定位，为企业制定停产维修计划提供依据。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种煤粉输送装置的泄漏监测预警装置，其特征在于：它包括间隔绕制并粘贴在输送钢管整个外壁上的分布式感温光纤，安装有分布式感温光纤的输送钢管外依次包覆有保温层、保护套，输送钢管沿轴线划分出连续的若干监测区域，其中：每一监测区域内的保护套外部设有一层夹克，夹克的两端伸入保护套和保温层后与输送钢管紧密粘接，以使夹克与其对应的输送钢管外壁之间形成密闭的压力检测腔体，处于压力检测腔体内的输送钢管外壁上设有至少一个光纤光栅振动传感器，并且处于压力检测腔体内的保温层内部安装有至少一个光学压力传感器，分布式感温光纤、光纤光栅振动传感器、光学压力传感器与信号处理装置相连。

所述夹克由瞬时光固化的高强度高分子树脂材料制成。

当一个所述监测区域内设置多个所述光纤光栅振动传感器时，所有所述光纤光栅振动传感器在所述输送钢管外壁上均布。

所述分布式感温光纤等间隔地绕在所述输送钢管外壁上，以实时监测所述输送钢管外部沿输送钢管长度方向上的温度场。

一种基于所述的煤粉输送装置的泄漏监测预警装置实现的泄漏监测预警方法，其特征在于，它包括步骤：

所述分布式感温光纤以及每一所述监测区域内的所述光纤光栅振动传感器和所述光学压力传感器实时向所述信号处理装置反馈检测信号，由所述信号处理装置对检测信号进行处理分析而做出判断，其中：

当某一监测区域的所述光学压力传感器反馈回的压力信号发生变化时，表明此监测区域内的所述输送钢管出现了孔洞或裂缝，即将或已经发生泄漏，于是所述信号处理装置发出预警信号；

当某一监测区域的所述光纤光栅振动传感器反馈回的振动信号特征发生变化时，表明此监测区域内的所述输送钢管即将或已经发生泄漏，于是所述信号处理装置发出预警信号，并且所述信号处理装置根据所述分布式感温光纤反馈回的温度信号进行进一步判断：当此监测区域内某一位置的温度场也发生变化，则温度场发生变化的位置被判定为泄漏点，所述信号处理装置发出报警信号。

进一步地，当某一监测区域的所述光学压力传感器反馈回的压力信号发生超过设定压力差值的较大变化时，表明此监测区域已发生泄漏，于是所述信号处理装置发出报警信号。

进一步地，当某一监测区域的所述光纤光栅振动传感器反馈回的振动信号特征发生超过设定振动差值的较大变化，或者某一监测区域内的某一位置的温度场发生超过设定温度差值的较大变化时，表明此监测区域已发生泄漏，所述信号处理装置发出报警信号。

本发明的优点是：

本发明泄漏监测预警装置及方法运行安全可靠，探测灵敏性和准确性高，可确保企业安全生产。本发明一方面可在泄漏初期通过光学压力传感器，在第一时间对煤粉输送装置是否因孔洞或裂缝而发生泄漏做出准确判断并预警，而且随着数据的积累，可以通过对分布式温度传感数据与管道振动数据的融合，来判断出输送钢管的薄弱部位，以便用户有足够时间进行合理停车检修，避免大量泄漏时匆忙采取紧急停车造成不必要的损失，另一方面，本发明可对煤粉输送装置是否因煤粉运输途中的摩擦而发生泄漏做出准确判定，并对泄漏点做出精确捕捉及定位，发出预警、报警，以便用户对煤粉输送装置可有针对性地进行及时维修，大大缩减了检修用时，有效提高了工作效率。

本发明的主要特点是在煤粉输送装置最外面部署了一定数量的高强度、耐高温的树脂夹克，以及时监测到煤粉发生泄漏，并且由于夹克的保护，煤粉不会泄漏到大气中，从而使工厂有足够的时间进行有序地停车，避免因紧急停车造成的损失。

附图说明

图1是本发明泄漏监测预警装置的组成示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明泄漏监测预警装置用于对煤粉借助氮气在煤粉输送装置内输送的过程中某部位是否即将或已经发生泄漏进行监测及预警、报警。传统的煤粉输送装置包括输送钢管60，输送钢管60外包覆有保温层70，保温层70外包覆有保护套80，煤粉在输送钢管60内借助氮气实现传送。

如图，本发明泄漏监测预警装置包括以一定距离间隔地缠绕绕制并粘贴在输送钢管60整个外壁上的分布式感温光纤20，安装有分布式感温光纤20的输送钢管60外依次包覆有保温层70、保护套80(保温层70和保护套80属于本领域熟知技术)，输送钢管60沿其轴线(即沿输送钢管长度方向)划分出连续的若干监测区域(一段一段的区域)，其中：每一监测区域内的保护套80外部设有一层夹克50，夹克50的两端伸入保护套80和保温层70后与输送钢管60外壁紧密粘接，以使夹克50与其对应的输送钢管60外壁之间形成密闭的压力检测腔体，如图1，压力检测腔体呈现两边封口的袋状，将包覆有保温层70和保护套80的输送钢管60包裹起来，处于压力检测腔体内的输送钢管60外壁上紧贴设有至少一个光纤光栅振动传感器30，并且处于压力检测腔体内的保温层70内部安装有至少一个光学压力传感器40(在这里，光学压力传感器40不安装在输送钢管60外壁上)，分布式感温光纤20、光纤光栅振动传感器30、光学压力传感器40的信号端口分别与用于判定是否泄漏、泄漏点及发出预警、报警的信号处理装置10的相应信号端口相连。

在实际设计中，夹克50由瞬时光固化的高强度高分子树脂材料(已有材料)制成，通常由光固化、高强度、高粘合力的高分子贴片现场制作，这种树脂材料与钢质管材具有很强的粘合度，耐压可达6MPa。夹克50能够承受输送钢管60泄漏时产生的压力而不将煤粉泄漏到大气中。

在本发明中，各监测区域之间呈连续状态，以实现对整个煤粉输送装置进行全面监测，并且在实际实施中，输送钢管60的弯折部位应对应设计一个监测区域，是重点监测对象。

在实际设计中，当一个监测区域内设置多个光纤光栅振动传感器30时，所有光纤光栅振动传感器30在输送钢管60外壁上均布。对于一个监测区域，其内可安装多个光学压力传感器40，但存在成本提高、功能浪费的缺点。

在本发明中，光学压力传感器40自身不带电，使用安全，其能够实时感知夹克50内的压力。分布式感温光纤20为分布式测温装置，其等间隔地绕在输送钢管60外壁上，以实时监测输送钢管60外部沿输送钢管长度方向上的温度场，可对整个输送钢管60外壁的各个部位的温度进行检测。光纤光栅振动传感器30可实时检测输送钢管60的振动情况。

在本发明中，分布式感温光纤20、光纤光栅振动传感器30、光学压力传感器40为本领域的熟知设备与器件，信号处理装置10为本领域的熟知技术，故它们的具体结构不在这里详述。

基于上述本发明泄漏监测预警装置，本发明还提出了一种煤粉输送装置的泄漏监测预警方法，它包括如下步骤：

分布式感温光纤20以及每一监测区域内的光纤光栅振动传感器30和光学压力传感器40实时向信号处理装置10反馈各自测量得到的检测信号，由信号处理装置10对各检测信号进行处理分析而做出判断，其中：

当某一监测区域的光学压力传感器40反馈回的压力信号发生变化时，表明此监测区域内的输送钢管60出现了孔洞或裂缝，即将或已经发生泄漏，于是信号处理装置10发出预警信号。

而进一步地，当某一监测区域的光学压力传感器40反馈回的压力信号突然发生超过设定压力差值的较大变化(即与正常压力值相比，突然发生超过设定压力差值的变化)时，表明此监测区域已发生泄漏，于是信号处理装置10发出报警信号。

当某一监测区域的光纤光栅振动传感器30反馈回的振动信号(振动频率或振动波形等)特征发生变化时，表明此监测区域内的输送钢管60即将或已经发生泄漏，于是信号处理装置10发出预警信号，并且信号处理装置10根据分布式感温光纤20处于此监测区域内的部分反馈回的温度信号进行进一步判断：当此监测区域内某一位置的温度场也发生变化，则温度场发生变化的位置被判定为泄漏点，即捕捉并定位出了泄漏点，从而信号处理装置10发出报警信号。

而进一步地，当某一监测区域的光纤光栅振动传感器30反馈回的振动信号特征突然发生超过设定振动差值的较大变化(即与正常振动值相比，突然发生超过设定振动差值的变化)，或者某一监测区域内的某一位置的温度场突然发生超过设定温度差值的较大变化(即与正常温度值相比，突然发生超过设定温度差值的变化)时，表明此监测区域已发生泄漏，信号处理装置10发出报警信号。

下面阐述一下本发明的实施原理。

随着煤粉输送装置投入运营时间的加长，输送钢管60的管壁因煤粉在输送途中的不断摩擦会逐渐变薄，导致变薄部位的导热系数增大，较多热量传导到外部。当输送钢管60发生泄漏时，泄漏出来的煤粉和氮气会与保温层70发生热量交换，打破泄漏点附近保温层70内部的温度场均匀性，导致局部温度变化明显，因此此时采用分布式感温光纤20是可以精确捕捉并定位泄漏点的，但是，在输送钢管60变薄但尚未发生泄漏的时候，虽然变薄部位的导热系数发生变化，变薄部位对应的保温层70内部的温度场发生变化，但此温度场的变化是较微弱的，且温度信号的信噪比较差，因此单独使用分布式感温光纤20来捕捉并定位泄漏点存在很大误判性，而当因摩擦造成管壁变薄时，输送钢管60的振动特征会发生变化，故而在本发明中，将分布式感温光纤20与光纤光栅振动传感器30相结合，来对输送钢管60是否发生泄漏进行判断。具体来说，当输送钢管60的管壁变薄，即将发生泄漏时，当光纤光栅振动传感器30检测到输送钢管60的振动特征与未变薄(正常输送煤粉时的振动特征)时不同，即发生变化的时候，结合分布式感温光纤20检测的温度信号(此时温度信号明显)，来判定输送钢管60的变薄部位所在位置，捕捉并定位出泄漏点，而后发出报警。

另外，由于输送钢管60内部的压力高于外部，当输送钢管60因使用时间过长而出现孔洞或裂缝时，会导致保温层70压力升高，因此本发明通过检测保温层70内的压力，来达到对输送钢管60是否出现孔洞或裂缝的检测目的，进而防止泄漏发生。于是，本发明通过光学压力传感器40对压力的灵敏检测手段，在泄漏初期，便可对输送钢管60是否因孔洞或裂缝而发生泄漏做出判断。当即将或已经开始泄漏时，发出预警，以使用户有足够的时间进行合理停车检修，避免紧急停车造成损失。

同时在本发明中，即使发生泄漏，本发明的设计结构也可保证煤粉和氮气不会直接泄漏到大气中，而是泄漏在夹克50形成的压力检测腔体内，夹克50是高强度高分子材料，具有较高的耐压强度，从而可形成一定防护，以便使用户有足够的时间有序停车检修，减少了不必要的浪费。

本发明的优点是：

本发明泄漏监测预警装置及方法运行安全可靠，探测灵敏性和准确性高，可确保企业安全生产。本发明一方面可在泄漏初期通过光学压力传感器，在第一时间对煤粉输送装置是否因孔洞或裂缝而发生泄漏做出准确判断并预警，而且随着数据的积累，可以通过对分布式温度传感数据与管道振动数据的融合，来判断出输送钢管的薄弱部位，以便用户有足够时间进行合理停车检修，避免大量泄漏时匆忙采取紧急停车造成不必要的损失，另一方面，本发明可对煤粉输送装置是否因煤粉运输途中的摩擦而发生泄漏做出准确判定，并对泄漏点做出精确捕捉及定位，发出预警、报警，以便用户对煤粉输送装置可有针对性地进行及时维修，大大缩减了检修用时，有效提高了工作效率。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。