一种LNG运输过程中的质量安全追溯系统和方法与流程

本发明涉及一种lng运输过程中的质量安全追溯系统和方法。

背景技术

近年来，随着lng液化天然气(liquefiednaturalgas，主要成分甲烷，无色，无味，无毒且无腐蚀性，-162℃液化)在我国应用技术的成熟，加之国内煤改气、交通领域气化、天然气发电及分布式能源等大气污染治理相关项目的推进，市场对lng的需求日益增大，lng市场价格高涨，一度出现大面积气荒现象。

目前国内lng陆地运输多是采用汽车拖车、轮船、火车方式运输低温lng储罐，lng储罐确保在-162℃超低温状态下完成lng的运输，一些lng供货商、运输商为获取更大商业利益，在lng生产、装卸、运输过程中加入低温液氮(n2，惰性，无色无臭，无腐蚀性，不可燃，温度-196℃)。lng中一旦掺入液氮会大幅度降低热值，做车辆燃料使用时会导致燃气车辆动力严重不足，热值不足导致能量供应不足司机必然会加大油门，如此一来lng与空气混合比例的长时间异常使用必会造成发动机的寿命缩短。在工业使用中由于lng纯度降低的原因会导致工业产品残次品的增多。同时由于lng与液氮密度差异较大，从而导致罐内液体容易分层，而分层会导致lng的翻滚，lng的翻滚则极易导致罐体超压产生隐患，温度的异常分布也会导致罐体应力的异常分布，严重时可能会导致罐体被破坏，为运输与存储造成极大安全隐患。

目前低温lng质量检测靠人工方式无法完成含氮量的检测，只能靠在装卸过程中使用专用检测仪器进行现场检测分析，人为操作的随意性对lng质量安全造成了很大隐患。同时，目前我国尚没有立法来管控这一违法现象，政府安监、质量技术监督、市场监督等各部门对这一现象缺乏执法依据，lng用户在发现问题后只能选择报警由警方协调处理。由于高额利润的存在，还是造成了目前此种掺假现象有不断扩大的趋势。

lng罐车作为危化品运输方式，目前国内针对危化品运输车辆均加装了gps定位，部分固定式lng储罐上增加了防爆型变送器或智能仪表采集压力、温度、液位、泄漏等参数，为lng储存、使用安全提供远程监控，通过该技术手段实现lng储存的动态管理，初步达到了lng管理要求。由于汽车拖车、轮船、火车方式运输的车载低温lng储罐为移动式罐体，和固定式lng储罐静止不动不同之处在于lng储罐大部分时间处于高速移动状态，此时加装防爆型变送器或智能仪表采集压力、温度、液位，一方面由于罐体自身无电源，靠车辆电源直接给变送器或智能仪表供电，另一方面由于罐体的特殊构造，电源和信号布线受到很大局限也极容易受到人为破坏。同时车辆在移动的情况下采集的压力、温度、液位是不准确的，没有多少实际使用价值。

由此可知，lng运输过程中lng质量保障涉及到人、车、罐、位置、lng液五大类因素，原有的远程监控不但需要花费很大投入加装监控设备和改造仪表，还不能在根本上有效解决lng运输过程中掺假的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种lng运输过程中的质量安全追溯系统和方法，采用物联网、工业4.0、4g(5g)移动通讯技术更好地解决人为加注液氮的监控问题，降低lng运输和使用质量风险，保障客户的合法权益，同时降低罐体改造费用，减轻用户经济负担。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种lng运输质量安全追溯系统，包括：

质量追溯云服务平台：其用于在线监测模块信息的接收、存储和数据分析，并将处理后的信息发送给智能终端；

智能终端：所述智能终端为具有信息处理、移动通讯和定位功能的设备；所述智能终端安装有质量云追溯app或者微信程序，用于接收质量追溯云服务平台发送过来的信息；

供电模块：所述供电模块为以车载电源为主，以锂电池为辅的方式进行对外供电；所述锂电池采用震动装置将震动能量转换为电能为锂电池充电，所用锂电池采用满足气体环境防爆要求的双保护电路；

在线监测模块：所述在线监测模块电路中集成有热敏电阻、温湿度传感器、光敏电阻、震动传感器、gps和北斗定位芯片、蓝牙芯片、移动通讯芯片、以及时钟芯片；所述在线监测模块与供电模块采用不可拆分的一体化结构，并安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口的管道上；所述一体化结构外表面设有供智能终端扫描识别的二维条码标识；通过对应的传感器采集管道外壁的温度、湿度、震动加速度信息、所在位置经纬度信息和时钟信息，经过在线监测模块内置监控程序进行处理和存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台，同时通过蓝牙4.0ble协议将该信息对外进行短距离广播。

优选的，所述移动通讯芯片为nbiot、lora、4g或5g芯片。

一种基于权利要求1所述的lng运输质量安全追溯方法，包括以下步骤环节：

环节1)：lng储罐加液锁定环节：

a)、lng储罐在lng液加注地完成lng充装后，工作人员使用智能终端上安装的质量云追溯app或者微信程序，对拖车车牌拍照以识别车牌；

b)、识别lng储罐上压力容器使用登记二维条码获取lng罐信息；

c)、识别出厂单和气质分析报告上的二维码或nfc防伪标签，获取出厂单和气质分析报告信息；

d)、录入包括温度、压力、液位、充装量和充装人员在内的充装信息；

e)、使用智能终端对驾驶员和押运员进行人脸拍照和图像分析，以采集人脸识别信息；通过移动网络或定位模块获取当前操作位置的经纬度地理信息；

f)、通过蓝牙无线方式将获取的所有信息写入到在线监测模块，并上传到质量追溯云服务平台，完成lng质量电子封条信息的锁定；

环节2)：在线监控环节：

a)、安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的在线监测模块，通过对应的传感器采集管道外壁的温度、湿度、震动加速度信息、所在位置经纬度信息和时钟信息，经过在线监测模块内置监控程序进行处理和存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台，同时通过蓝牙4.0ble协议将该信息对外进行短距离广播；

b)、安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的在线监测模块，通过在线监测模块所安装的两路光敏传感器，将防护门打开和关闭时光线强度的变化转为电信号，以非接触方式完成防护门的开关状态检测；一旦检测到防护门被打开，及时将该状态上传至质量追溯云服务平台，以短信、微信或语音方式报警；同时通过蓝牙无线方式远程控制车辆点火线在防护门被打开时禁止拖车点火启动；

c)、车辆运输人员包括驾驶员、押运员使用智能终端填写lng槽车运行记录后通过蓝牙无线方式发送到安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的在线监测模块存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台；

环节3)：用户解锁环节：

lng运输到客户指定地点后，工作人员使用智能终端上安装的质量云追溯app或者微信程序，识别lng储罐上压力容器使用登记二维条码获取lng罐信息，通过质量追溯云服务平台下载出厂单、气质分析报告、充装和lng质量电子封条信息，使用智能终端对驾驶员和押运员进行人脸拍照和图像分析，以采集人脸识别信息；通过蓝牙无线方式写入到在线监测模块，解锁并更新lng质量电子封条数据；

环节4)：数据分析环节：

质量追溯云服务平台接收到人、车、lng储液罐、lng信息数据后，以时间、人、车、罐、地理位置(经度、纬度、海拔)、充装管道进出口温度、充装管道进出口湿度、震动加速度信息、防护门开关状态，建立数据分析模型和方法来分析判断是否有无对lng储液罐内进行液氮加注的掺假行为或中途卸液行为。

优选的，所述lng质量电子封条信息包括：日期、时间、经度、纬度、海拔、车牌颜色、车牌号、lng储罐使用登记代码、液体进出管温度、液体进出管湿度、气体进出管温度、气体进出管湿度、压力、液位、智能设备id和操作人员编号。

优选的，所述lng罐车充装信息包括：充装单位、充装许可证编号、充装温度、充装压力、液位、充装量、充装前检查人员、充装人员和充装后复检人员。

优选的，所述lng车辆出厂单信息包括：出厂单编号、出厂单电子id、发货单位、提货单位、运输单位、运输单位社会统一信用代码、目的地、车牌颜色、车牌号、lng储罐登记代码、皮重、毛重、净重、铅封号、驾驶员姓名和押运员姓名。

优选的，所述lng气质分析报告信息包括：气质报告编号、气质报告日期、报告电子id、甲烷(ch4)含量、氮(n2)含量、供方单位、供方单位社会统一信用代码和供方计量员姓名。

优选的，所述运输在线监控信息包括日期、时间、经度、纬度、海拔、车牌颜色、车牌号、lng储罐登记代码、出厂单编号、分析报告编号、液体进出管温度、液体进出管湿度、气体进出管温度、气体进出管湿度、震动加速度信息和防护门状态。

优选的，所述卸液解锁信息包括日期、时间、经度、纬度、海拔、车牌颜色、车牌号、lng储罐登记代码、出厂单编号、质量检验单编号、液体进出管温度、液体进出管湿度、气体进出管温度、气体进出管湿度、震动加速度信息、防护门状态、智能设备id和操作人员编号。

本发明的有益效果：

本发明充分利用lng和液氮两种液体介质低温、停车装卸、气液进出口单一的特点，以跟踪温度变化为主，以采集位置、震动、防护门状态为辅，通过nbiot等物联网手段实现全程跟踪追溯，既可以解决在车船运输环境下使用变送器等仪表测量误差大、数值不稳定、寿命短的缺点，同时不用安装价格昂贵的质量流量计等仪表，整体设计成本更低，不易破坏，安全可靠，便于产品推广，能够更大程度上有效解决lng运输过程中掺假的问题。

附图说明

图1为在线监测模块安装位置示意图。

图中标记：1-液体进出口，2-气体进出口，3-在线监测模块，4-进液阀，5-气体排放阀，6-止回阀，7-气相安全阀。

图2为lng运输质量安全追溯系统的结构示意图。

图中标记：11-在线监测模块，21-供电模块，31-nbiot、lora、4g、5g基站，41-质量追溯云服务平台，51-智能终端。

具体实施方式

图1至图2所示，公开了一种lng运输质量安全追溯系统，包括：

质量追溯云服务平台：其用于在线监测模块信息的接收、存储和数据分析，并将处理后的信息发送给智能终端；

智能终端：所述智能终端为具有信息处理、移动通讯和定位功能的设备；所述智能终端安装有质量云追溯app或者微信程序，用于接收质量追溯云服务平台发送过来的信息；

供电模块：所述供电模块为以车载电源为主，以锂电池为辅的方式进行对外供电；所述锂电池采用震动装置将震动能量转换为电能为锂电池充电，所用锂电池采用满足气体环境防爆要求的双保护电路；

在线监测模块：所述在线监测模块电路中集成有热敏电阻、温湿度传感器、光敏电阻、震动传感器、gps和北斗定位芯片、蓝牙芯片、移动通讯芯片、以及时钟芯片；所述在线监测模块与供电模块采用不可拆分的一体化结构，并安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口的管道上；所述一体化结构外表面设有供智能终端扫描识别的二维条码标识；通过对应的传感器采集管道外壁的温度、湿度、震动加速度信息、所在位置经纬度信息和时钟信息，经过在线监测模块内置监控程序进行处理和存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台，同时通过蓝牙4.0ble协议将该信息对外进行短距离广播。

为了达到最佳效果，优选的方案是，所述移动通讯芯片为nbiot、lora、4g或5g芯片。

本发明的lng运输质量安全追溯方法，包括以下步骤环节：

环节1)：lng储罐加液锁定环节：

a)、lng储罐在lng液加注地完成lng充装后，工作人员使用智能终端上安装的质量云追溯app或者微信程序，对拖车车牌拍照以识别车牌。

b)、识别lng储罐上压力容器使用登记二维条码获取lng罐信息。

c)、识别出厂单和气质分析报告上的二维码或nfc防伪标签，获取出厂单和气质分析报告信息。

d)、录入包括温度、压力、液位、充装量和充装人员在内的充装信息。

e)、使用智能终端对驾驶员和押运员进行人脸拍照和图像分析，以采集人脸识别信息；通过移动网络或定位模块获取当前操作位置的经纬度地理信息。

f)、通过蓝牙无线方式将获取的所有信息写入到在线监测模块，并上传到质量追溯云服务平台，完成lng质量电子封条信息的锁定。

环节2)：在线监控环节：

a)、安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的在线监测模块，通过对应的传感器采集管道外壁的温度、湿度、震动加速度信息、所在位置经纬度信息和时钟信息，经过在线监测模块内置监控程序进行处理和存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台，同时通过蓝牙4.0ble协议将该信息对外进行短距离广播。

b)、安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的在线监测模块，通过在线监测模块所安装的两路光敏传感器，将防护门打开和关闭时光线强度的变化转为电信号，以非接触方式完成防护门的开关状态检测；一旦检测到防护门被打开，及时将该状态上传至质量追溯云服务平台，以短信、微信或语音方式报警；同时通过蓝牙无线方式远程控制车辆点火线在防护门被打开时禁止拖车点火启动。

c)、车辆运输人员包括驾驶员、押运员使用智能终端填写lng槽车运行记录后通过蓝牙无线方式发送到安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的在线监测模块存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台。

环节3)：用户解锁环节：

lng运输到客户指定地点后，工作人员使用智能终端上安装的质量云追溯app或者微信程序，识别lng储罐上压力容器使用登记二维条码获取lng罐信息，通过质量追溯云服务平台下载出厂单、气质分析报告、充装和lng质量电子封条信息，使用智能终端对驾驶员和押运员进行人脸拍照和图像分析，以采集人脸识别信息；通过蓝牙无线方式写入到在线监测模块，解锁并更新lng质量电子封条数据。

环节4)：数据分析环节：

质量追溯云服务平台接收到人、车、lng储液罐、lng信息数据后，以时间、人、车、罐、地理位置(经度、纬度、海拔)、充装管道进出口温度、充装管道进出口湿度、震动加速度信息、防护门开关状态，建立数据分析模型和方法来分析判断是否有无对lng储液罐内进行液氮加注的掺假行为或中途卸液行为。

本发明的核心创新点包括如下：

1)、在线监测模块与供电模块采用不可拆分的一体化结构安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口的管道上，与车辆电源相连接，在最大程度减少布线的同时，采用充电锂电池最为后备电源，确保在外部连线被破坏时保证在线监测模块可以继续工作并完成报警。

2)、在线监测模块与供电模块采用不可拆分的一体化结构，其表面的二维条码标识，完成对设备的标识，使用智能终端使用微信程序扫描后，可以获取lng质量电子封条信息、lng储罐充装信息、lng出厂单信息、lng气质分析报告信息，便于用户、政府监管部门相关人员在线查询和监督。

3)、由于在lng掺氮作假操作过程中必须打开防护门才能完成，在线监测模块安装在lng储罐的液体进出口和气体进出口管道上的，采用光敏传感器将防护门打开和关闭时光线强度的变化转为电信号，以非接触方式完成防护门的开关状态检测。由于lng储罐日常装卸过程中防护门频繁地开启和关闭，使用有线方式很容易造成连线卡断造成检测失效，采用隐蔽安装的光敏传感器既可以解决断线的问题，也可以预防人为破坏。

4)、在lng运输监控过程中，为了缓解数据上传时的移动通讯压力，采用定时上传(按照预设的时间间隔)、罐体开关门报警上传(防护门开关状态变化)、液体进出管和气体进出管温湿度异常报警上传(液体进出管和气体进出管温度、湿度异常快速变化)、人员更换上传(驾驶员、押运员人脸识别更换时)多种方式相结合模式上传，实现最低流量完成报警采集。

5)、在线监测模块与供电模块采用不可拆分的一体化结构，通过其内部安装的蓝牙模块，采用蓝牙ble协议，将所采集处理的管道温度、管道湿度、震动加速度、所在位置经纬度和时钟、充装量等信息定时对外进行短距离广播，在车辆行驶过程中，交警等政府监管部门通过警务通等终端可以及时获取相关信息，对疏导交通和事故应急处置提供数据支撑。同时采用蓝牙ble协议与拖车点火系统通讯推送防护门开关状态，确保在防护门打开时拖车点火系统不予点火启动车辆，最大程度杜绝在装卸过程中发生事故。

6)、车辆驾驶员、押运员等运输人员使用智能终端使用微信程序扫描在线监测模块一体化结构表面的二维条码标识后填写lng槽车运行记录后通过蓝牙无线方式发送到在线监测模块存储，再通过移动通讯方式上传至质量追溯云服务平台。实现对押运过程中安全管控。

7)、通过在线监测模块对lng运输实现全过程监控追溯，质量追溯云服务平台自动形成全国lng罐车运输大数据，自动绘制lng罐车危化品运输轨迹电子地图，lng运输相关人员包括司机、押运员、经营管理者通过微信程序获取该地图，为合理规划lng运输安全路线提供导航模型数据，为行业从业人员提供增值服务。

本发明中，lng运输过程中与质量相关信息涉及人、车、罐、地理位置、lng液五大类因素，整个追溯过程产生大量信息，具体信息包括：

1)、在lng加液锁定环节产生的lng质量电子封条信息包括日期、时间、经度、纬度、海拔、车牌颜色、车牌号、lng储罐使用登记代码、液体进出管温度、液体进出管湿度、气体进出管温度、气体进出管湿度、压力、液位、智能设备id和操作人员编号。

2)、lng罐车充装信息包括充装单位、充装许可证编号、充装温度、充装压力、液位、充装量、充装前检查人员、充装人员、充装后复检人员。

3)、lng车辆出厂单信息包括出厂单编号、出厂单电子id、发货单位、提货单位、运输单位、运输单位社会统一信用代码、目的地、车牌颜色、车牌号、lng储罐登记代码、皮重、毛重、净重、铅封号、驾驶员姓名和押运员姓名。

4)、lng气质分析报告信息包括气质报告编号、气质报告日期、报告电子id、甲烷(ch4)含量、氮(n2)含量、供方单位、供方单位社会统一信用代码和供方计量员姓名。

5)、运输在线监控信息包括日期、时间、经度、纬度、海拔、车牌颜色、车牌号、lng储罐登记代码、出厂单编号、分析报告编号、液体进出管温度、液体进出管湿度、气体进出管温度、气体进出管湿度、震动加速度信息、防护门状态。

6)、卸液解锁信息包括日期、时间、经度、纬度、海拔、车牌颜色、车牌号、lng储罐登记代码、出厂单编号、质量检验单编号、液体进出管温度、液体进出管湿度、气体进出管温度、气体进出管湿度、震动加速度信息、防护门状态、智能设备id、操作人员编号。

本发明系统在lng运输过程中监控报警分析见表1：

表1lng运输在线监控分析

由上表可以看出，装卸lng液和液氮必须是在停车、防护门打开的状况下进行操作，同时液体进出管、气体进出管外壁低温结霜而出现温度骤然降低和湿度骤然增大的现象，根据此时的监控报警数据可以准确判定该车辆正在装卸液。由于液氮的温度(-196℃)低于lng液的温度(-162℃)，根据液体进出管、气体进出管外壁最低温度可以判定出装卸的介质是lng液还是液氮。

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。