本发明涉及介质泄露检测领域，特别涉及一种低温气体泄露检测系统。
背景技术：
天然气等易燃易爆介质泄漏危害甚大，尤其是在化工厂或者气体处理厂，例如液化天然气处理厂和加注站场等。在工厂界区范围内，危险介质泄漏点可能存在于任何地方，即不仅重要设备和管道可能发生泄漏，非关键设备和管道也存在泄漏的可能，因此，如何对泄漏介质进行全场性监测成为一个亟待解决的问题。
在对泄漏介质进行全场性监测时，可以采用红外成像的方法来进行泄漏监测。但由于固体与气体对红外辐射谱段的发射、反射和折射等性质具有重大差异，因此导致红外成像的主体是各类设备的固体表面温度，在各类工厂设备、管道的背景条件下，泄漏气体本身很难成像，因此，红外成像方法无法检测泄漏扩散后的气体，尤其是低温气体。
技术实现要素：
为了解决相关技术中利用红外成像的方式对泄露的介质进行检测时，无法对泄露的气体进行成功检测的问题，本发明实施例提供了一种低温气体泄露检测系统。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种低温气体泄露检测系统，该低温气体泄露检测系统包括用于对待探测的介质场内的低温气体进行全场探测的信号探测组件，与该信号探测组件相连的运算设备，以及与该信号探测组件相连的控制器，介质场中设置有用于存储低温气体的存储设备。
通过在介质场设置了信号探测组件，信号探测组件可以对介质场内的低温气体进行探测，由于只要介质场内的低温气体发生了变化，也即存储设备发生了低温气体的泄露，即可被信号探测组件探测出，因此解决了相关技术中利用红外成像的方式对泄露的介质进行检测时，无法对泄露的气体进行成功检测的问题；达到了可以对低温气体的泄露进行检测的效果。
可选的，该信号探测组件包括用于发送声波信号的声波发射器和用于接收声波信号的声波接收器；至少一组声波发射器和声波接收器位于介质场外围相对的位置，且两者之间不存在障碍物。
由于每组声波发射器和声波接收器位于该介质场外围相对的位置，因此声波发射器发射的信号到达声波接收器时会经过介质场，当介质场内存在泄露的低温气体时，会影响该信号的正常传输，根据声波接收器接收到该信号的延迟特征，判定介质场内是否有低温气体的泄露。
可选的，至少有一组信号探测组件中的声波发射器或声波接收器位于被探测介质场形成的气体空间内部。
由于至少有一组信号探测组件中的声波发射器或声波接收器位于介质场形成的气体空间内部，从而在介质场的面积过大或介质场的内部结构过于复杂时，避免了在介质场周围设置过高的信号探测组件，且在介质场形成的气体空间内部设置声波发射器或声波接收器可以有效地保证各组信号探测组件之间的距离无障碍物，进而保证了检测的精准度。
可选的，位于该气体空间内部的声波发射器或声波接收器被设置为可移动，以使得该声波发射器发射的信号可无阻碍地到达放置于另一距离之外的声波接收器。
由于声波发射器或声波接收器的位置被允许移动，因此安装人员可以根据介质场内部结构合理地设置声波发射器和声波接收器的位置，以保证每组声波发射器或声波接收器之间无障碍物，从而实现大范围、高密度的监测。
可选的，该低温气体泄露检测系统还包括用于安装声波发射器的第一立柱，和用于安装声波接收器的第二立柱；与第一立柱相对的第二立柱上设置的声波接收器的数量为至少两个，同一个第二立柱上的至少两个声波接收器被上下设置在第二立柱上。
通过在介质场的外围设置了立柱，第一立柱上设置有声波发射器，与第一立柱相对的第二立柱上设置有上下排布的多个声波接收器，由于声波发射器和各个声波接收器之间均存在传输路径，因此增加了对介质场内各高度和各区域的低温气体泄露的检测。
可选的，对于每一组声波发射器和声波接收器，控制器用于控制声波发射器发射声波信号；声波接收器用于接收该声波信号；运算设备用于计算该声波信号在该声波发射器和该声波接收器之间的传输路径上的飞跃时长，在该传输路径上飞跃时长的变化率大于第一阈值时，则判定该传输路径上存在从存储设备中泄露的低温气体。
通过计算声波发射器和声波接收器之间的传输路径上的飞跃时长，在该传输路径上的飞跃时长的变化率大于第一阈值时，则表明该传输路径上有突发的气体介入，此时则可以判定该传输路径上存在从该存储设备中泄露的低温气体。
可选的，对于每一个声波发射器，控制器用于控制声波发射器发射声波信号；各个声波接收器用于接收该声波信号；运算设备用于计算该声波信号在声波发射器和各个声波接收器之间的传输路径上的飞跃时长，利用得到的各个飞跃时长投影重建空间温度分布，在空间温度分布的变化率大于第二阈值时，则判定介质场内存在从存储设备中泄露的低温气体。
通过计算声波发射器和各个声波接收器之间的传输路径上的飞跃时长，构建空间温度分布，在连续的不同时段内的空间温度分布存在显著差异时，则表明该传输路径上有突发的气体介入，此时则可以判定该传输路径上存在从该存储设备中泄露的低温气体。且由于各个传输路径遍布了整个介质场，因此根据空间温度分布更能精确的反映出介质场内低温气体的泄漏情况。
可选的，该信号探测组件包括至少一个用于发射电磁波的电磁波收发器，电磁波收发器位于介质场的外围，或者位于介质场内。
可选的，电磁波收发器被设置为可移动，以便于安装人员可以根据介质场内部的实际结构调整电磁波收发器的位置，以保证电磁波收发器可以在发射电磁波之后，接收到反射回的电磁波。
可选的，对于任一个电磁波收发器，控制器用于控制电磁波收发器向介质场内发射电磁波；运算设备还用于检测电磁波收发器是否接收到反射回的电磁波，在电磁波收发器接收到反射回的电磁波，则判定介质场内存在从存储设备泄露的低温气体。
由于空气中的水分在遇到低温气体后会形成水滴漂浮在低空，而电磁波具备遇到障碍物反射的特性，因此这里将信号探测组件设置为电磁波收发器，该电磁波收发器反射的电磁波若能够反射，表明遇到了漂浮在低空的水滴，在天气晴朗时，反射的电磁波意味着介质场内存在低温气体的泄露。
可选的，控制器用于每隔预定时间间隔调节电磁波收发器的发射方向，该发射方向水平指向介质场内，并控制调节发射方向后的电磁波收发器发射电磁波。
通过调节电磁波收发器的发射方向，扩大了一个电磁波收发器可检测的区域，提高了对介质场内低温气体泄露检测的全面性。
可选的，控制器还用于获取电磁波收发器接收到的与各个发射方向对应的反射回的电磁波，若反射回的电磁波中至少两组电磁波之间的相似度大于预定相似度阈值，则判定介质场内存在从存储设备泄露的低温气体。
由于低温气体泄漏后会在介质场内扩散，导致空气中的水分形式的水滴在介质场内是不均匀的，而如果是下雨、下雪等天气，雨水和雪花通常会在介质场内均匀分布，因此若反射回的电磁波中至少两组电磁波之间的相似度大于预定相似度阈值，表明存在不均匀的水滴或颗粒分布，此时则可以判定介质场内存在从存储设备泄露的低温气体，从而可以确保在阴雨天气也能够成功检测出低温气体泄漏的情况。
可选的，低温气体泄露检测系统还包括与运算设备电连接的显示设备，显示设备用于显示运算设备输出的检测结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统的结构示意图；
图2a是本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统的结构示意图；
图2b是本发明实施例提供的一种布置有声波发射器和声波接收器的介质场的示意图；
图2c是本发明实施例提供的lng液化工厂典型lng储罐泄漏后的扩散范围的示意图；
图2d是本发明实施例提供的另一种布置有声波发射器和声波接收器的介质场的示意图；
图3a是本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统的结构示意图；
图3b是本发明实施例提供的布置有电磁波收发器的介质场的示意图；
图3c是本发明实施例中提供的利用电磁波探测水滴示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统的结构示意图，该低温气体泄露检测系统包括信号探测组件10、运算设备12和控制器14。
信号探测组件10用于对待探测的介质场内的低温气体进行全场探测。
运算设备12与信号探测组件10相连，控制器14与信号探测组件10相连，这里所讲的相连为电连接或网络连接。控制器14可以控制信号探测组件10发射信号、接收信号或输出接收到的信号等。比如，控制器14可以根据预定时机或指示的时机控制信号探测组件10发射信号、接收信号或输出接收到的信号等。
这里所讲的介质场中设置有用于存储低温气体的存储设备，比如储罐。
可选的，该低温气体泄露检测系统还可以包括展示设备16，展示设备16与运算设备12电连接，展示设备16可以用于显示运算设备12输出的结果。
综上所述，本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统，通过在介质场设置了信号探测组件，信号探测组件可以对介质场内的低温气体进行探测，由于只要介质场内的低温气体发生了变化，也即存储设备发生了低温气体的泄露，即可被信号探测组件探测出，因此解决了相关技术中利用红外成像的方式对泄露的介质进行检测时，无法对泄露的气体进行成功检测的问题；达到了可以对低温气体的泄露进行检测的效果。
由于低温气体在泄露后通常会扩散到空气后，影响声波的传输，因此根据低温气体的这种特性，本发明可以将信号探测组件10设置为包括至少一组声波发射器和声波接收器。
请参见图2a所示，该低温气体泄露检测系统中的信号探测组件10包括至少一组用于发射声波信号的声波发射器120，和用于接收声波信号的声波接收器140。
可选的，对于每个声波发射器120，还可以具备接收声波信号的功能；对每个声波接收器140，还可以具备发送声波信号的功能。
可选的，声波发射器120可以包括脉冲声波发射器121和声波换能器122，脉冲声波发射器121用于发射脉冲信号，声波换能器122将脉冲信号转换成声波信号进行发射。
对应的，声波接收器140可以包括声波换能器141和信号采集器142，声波换能器141将声波信号转换成脉冲信号，信号采集器142对脉冲信号进行采集。
当信号探测组件10包括至少一组声波发射器120和声波接收器140时，通常需要将一组中的声波发射器120和声波接收器140设置在介质场外围的相对位置，且每组声波发射器120和声波接收器140之间不存在障碍物。
这里所讲的障碍物是指介质场内设置的障碍物，比如用于存储低温气体的存储设备、管道和塔器等各类设备、管道及其附属设施等等。
为了能够使得介质场可以被全方位的监测，可以在介质场的四周分别布置相对的声波发射器120和声波接收器140。可选的，一个声波发射器120可以对应多个声波接收器140，这些声波接收器140可以位于相同的水平面上，也可以位于不同的水平面上。可选的，一个声波接收器140可以对应多个声波发射器120，这些声波发射器120可以位于相同的水平面上，也可以位于不同的水平面上。
在一种可能的实现方式中，请参见图2b所示，在介质场20的外围上设置有用于安装声波发射器的第一立柱21，和用于安装声波接收器的第二立柱22，与第一立柱21相对的第二立柱22上设置的声波接收器的数量为至少两个，同一个第二立柱22上的至少两个声波接收器被上下设置在第二立柱22上。
也就是说，在第一立柱21上设置有至少一个声波发射器120，在与该第一立柱21对应的第二立柱22上设置有至少两个声波接收器140，这样声波发射器120与每个声波接收器140之间均可以形成一条传输路径，且每条传输路径的角度不同，从而可以实现对介质场较多方位的监测。
在进行低温气体检测的过程中，对于每一组声波发射器120和声波接收器140，控制器控制声波发射器120发射声波信号，对应的，声波接收器140接收声波信号。运算设备计算声波信号在声波发射器120和声波接收器140之间的传输路径上的飞跃时长，在传输路径上飞跃时长的变化率大于第一阈值时，则判定该传输路径上存在从存储设备中泄露的低温气体。
在任一传输路径上，当地声速c0与当地温度和介质类型之间的关系为：
c0＝(γrt)0.5
式中，γ为气体比热比，即定压比热与定容比热之比；r为普适气体常数；t为当地热力学温度。
若介质(也即低温气体)发生泄漏，将导致空气中的气体的类型和温度发生变换，温度变化所导致的声速差异非常明显。例如，若环境温度为300k，储罐泄漏后设备周围环境温度为-200k(-73℃)，这导致当地声速存在约20％的差异。泄漏的低温气体不但自身温度低，同时还显著降低周围空气的温度。
在单条传输路径上的飞跃时间τ为：
其中，积分上限li表示第i条传输路径的全长；c0,x表示沿着传输路径x点处的当地声速。
在一条传输路径上飞跃时长的变化率大于第一阈值时，则判定该传输路径上存在从存储设备中泄露的低温气体。
而为了使得判定更加准确，可以结合所有传输路径的飞跃时长进行判定。当求出全部传输路径的声波飞越时间后，通过投影重建算法，即可获得具有一定分辨率的空间温度分布。
在此方案中，精确的温度分布测量并不必要，在连续的不同时间段内，若空间温度分布存在显著差异(比如空间温度分布的变化率大于第二阈值)，尤其是与正常工况相比存在显著下偏差时，就预示着在全场的某处存在低温气体泄漏。
图2c是lng液化工厂典型lng储罐泄漏后的扩散范围，从图2c中看到，储罐36.1m，在12.2m高度以下、211m直径范围内，存在显著的泄漏天然气分布，低温区只存在这些区域，或者说，对于lng工厂，低温泄漏介质产生的低温区仅仅依附在泄漏设备的周围。因此，在图2c所示的工厂界区内，用于安装声波发射器和声波接收器的立柱既可以单独安装，也可以直接敷设于工厂设备之上，这对于既有工厂的改造具有重要作用。
在另一种可能的实现方式中，考虑到被探测的介质场的面积比较大，或介质场内的设备或结构比较复杂，尤其是介质场内部具备较高设备或建筑的情况下，本申请实施例中还提出一种在介质场所形成的气体空间内部设置声波发射器或声波接收器的方式。需要补充说明的是，由于介质场所形成的气体空间内在正常情况下容纳是空气，在低温气体泄露后会容纳低温气体，因此介质场所形成的气体空间可以容纳设置的信号探测组件，为在介质场所形成的气体空间内部设置信号探测组件形成必要的条件。
可选的，至少有一组信号探测组件的声波发射器被放置于待检测介质场所形成的气体空间的内部，且该声波发射器被设置为可移动，以使得该声波发射器发射的声波信号可无阻碍得到达放置于另一距离之外的声波接收器(或检测器)。在这种方式中，在介质场内放置一组可移动的探测器，则其发射的信号总是可避开各类障碍物。
请参见图2d所示，声波发射器120被设置在介质场所形成的气体空间内部，声波接收器140被设置在介质场外围的立柱23和立柱24上。对于每个声波发射器120，其发送的声波信号均被会发送至与声波发射器120之间无障碍的声波接收器140上。这样，运算设备12则可以声波接收器140获取到的声波信号进行运算，判定介质场内是否存在低温气体的泄露。
可选的，当至少一个声波发射器设置在介质场所形成的气体空间内部时，还可以在介质场外围的相对位置设置若干个声波接收器。进一步的，相对位置之间可以经过声波发射器。比如图2d中，立柱23上设置的声波接收器140和立柱24上设置的声波接收器140可以经过其中一个声波发射器120。
可选的，当至少一个声波发射器设置在介质场所形成的气体空间内部时，还可以在介质场所形成的气体空间内部设置至少一个声波接收器，使气体空间内部设置的声波发射器和声波接收器之间无障碍物，或者使气体空间内部设置的声波接收器与其他位置设置的声波接收器之间无障碍物。
在实际应用中，还可以将至少一个声波接收器设置在介质场所形成的气体空间内部，将至少一个声波发射器设置在介质场外围的立柱上。可选的，当至少一个声波接收器设置在介质场所形成的气体空间内部时，还可以在介质场外围的相对位置设置若干个声波发射器，相对位置之间经过声波发射器。或者，当至少一个声波接收器设置在介质场所形成的气体空间内部时，还可以在介质场所形成的气体空间内部设置至少一个声波发射器。
可选的，移动设置在介质场所形成的气体空间内部的声波发射器或声波接收器，使至少一组声波接收器和声波接收器之间无障碍。
综上所述，本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统，通过计算声波发射器和声波接收器之间的传输路径上的飞跃时长，在该传输路径上的飞跃时长的变化率大于第一阈值时，则表明该传输路径上有突发的气体介入，此时则可以判定该传输路径上存在从该存储设备中泄露的低温气体。
由于低温气体在泄露后通常会扩散到空气后，会使得空气中的水分凝结成水滴漂浮在低空，因此根据低温气体的这种特性，可以将信号探测组件10设置具备收发电磁波功能的电磁波收发器。
请参见图3a所示，该低温气体泄露检测系统中的信号探测组件10包括至少一个用于发射和接收电磁波的电磁波收发器160。
可选的，电磁波收发器160可以包括脉冲声波发射器161和第一电磁波换能器162，脉冲声波发射器161用于发射脉冲信号，第一电磁波换能器162将脉冲信号转换成电磁波信号进行发射。
对应的，电磁波收发器160还可以包括第二电磁波换能器163和信号采集器164，第二电磁波换能器163将电磁波信号转换成脉冲信号，信号采集器对脉冲信号进行采集。第一电磁波换能器162和第二电磁波换能器163可以是集成的换能器，该换能器具备将脉冲信号转换成电磁波信号的功能，还具备将电磁波信号转换成脉冲信号的功能。
当信号探测组件10包括至少一个电磁波收发器160时，可以将至少一个电磁波收发器160设置在介质场外围的位置。
在一种可能的实现方式中，请参见图3b所示，在介质场30的外围上设置有一个电磁波收发器160，该电磁波收发器160可以向介质场30内发射电磁波。为了可以对介质场30进行全方位的监测，电磁波收发器160的发射方向被配置为可调节。原则上来讲，电磁波收发器160可以向介质场30内的任一方向发射电磁波。
可选的，还可以在介质场内部设置一电磁波发射器160，类似的，该电磁波发射器160的发射方向被配置为可调节。原则上来讲，电磁波收发器160可以向介质场内的任一方向发射电磁波。
对于任一个电磁波收发器160，控制器14用于控制电磁波收发器160向介质场内发射电磁波；运算设备12还用于检测电磁波收发器160是否接收到反射回的电磁波，在电磁波收发器160接收到反射回的电磁波，则判定介质场内存在从存储设备泄露的低温气体。
由于空气中的水分在遇到低温气体后会形成水滴漂浮在低空，而电磁波具备遇到障碍物反射的特性，因此这里将信号探测组件设置为电磁波收发器160，该电磁波收发器160反射的电磁波若能够反射，表明遇到了漂浮在低空的水滴，在天气晴朗时，反射的电磁波意味着介质场内存在低温气体的泄露。
而在下雨天或下雪天，雨水和雪花通常会在介质场内均匀分布，但如果此时低温气体发生了泄漏，低温气体会在介质场内扩散，导致空气中的水分形式的水滴在介质场内是不均匀的，因此导致介质场内的水滴或颗粒整体不均匀，这种情况下，可以探测介质场内各个方向上的电磁波反射的情况，来判定介质场内水滴或颗粒是否均匀分布。
这种情况下，控制器用于每隔预定时间间隔调节电磁波收发器160的发射方向，发射方向水平指向介质场内，并控制调节发射方向后的电磁波收发器160发射电磁波。也即，在每调节一次发射方向时，利用该电磁波收发器160在该发射方向发射电磁波，并接收反射回的电磁波；然后进行下一次发射方向的调整，继续执行利用该电磁波收发器160在该发射方向发射电磁波，并接收反射回的电磁波的步骤，直到发射方向均匀分布在了整个介质场。
也就是说，控制器还用于获取电磁波收发器160接收到的与各个发射方向对应的反射回的电磁波，若反射回的电磁波中至少两组电磁波之间的相似度大于预定相似度阈值，则判定介质场内存在从存储设备泄露的低温气体。
采用如图3c所示的全场泄漏监测方法。在立柱上安装有电磁波收发器160，该电磁波收发器160可以是机械转动雷达或者相控阵雷达，电磁波收发器160向着介质场发射信号，当低温气体泄漏后，例如液化天然气，周围环境温度迅速降低，这导致空气中的水分迅速凝结成水滴31并漂浮在低空，形成水汽云团。在正常环境条件下，低空不存在任何水汽云团。因此，当脉冲电磁信号经过水汽云团时将产生强烈反射，形成雷达回波，从而可判断出低温气体的泄漏，这与采用多普勒雷达遥测远方降水过程类似。
在一种可选的方式中，还可以将电磁波收发器设置在介质场所形成的气体空间内部，由于电磁波收发器可以向各个方向发射电磁波，因此在将电磁波收发器设置在介质场内部时，如果检测到雷达回波突变，或者与晴天时的雷达回波差别比较大时，则可以判定介质场可能存在低温气体泄露的情况。
若环境本身为降水状态，例如下雨、下雪等，天然气泄漏后的着火、爆炸的危险性已经大为降低。
综上所述，本发明实施例提供的低温气体泄露检测系统，将信号探测组件设置为电磁波收发器，由于空气中的水分在遇到低温气体后会形成水滴漂浮在低空，而电磁波具备遇到障碍物反射的特性，因此这里将信号探测组件设置为电磁波收发器，该电磁波收发器反射的电磁波若能够反射，表明遇到了漂浮在低空的水滴，在天气晴朗时，反射的电磁波意味着介质场内存在低温气体的泄露。
通过调节电磁波收发器的发射方向，扩大了一个电磁波收发器可检测的区域，提高了对介质场内低温气体泄露检测的全面性。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。