短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術分析

韓 明

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北荊門 431910）

0 引言

濃硫酸是一種具有腐蝕性的危險性極高的化學物質，其輸送管道的泄漏問題一直是工業領域的難題。對于濃硫酸輸送管道泄漏問題，傳統的監控主要是依靠人工巡檢方式，這種方式存在信息時效性差、監測范圍有限等問題，迫切需要一種基于現有技術的監控技術方案來解決這一問題。短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術是一種針對濃硫酸等危險化學品短距離輸送管道的泄漏監測和預警技術，能夠對其輸送管道進行實時監控，及時發現和處理泄漏事故，保障生產安全和環境安全。采用視頻監控等技術手段對管道周圍環境進行監測，確保生產場地和周邊環境的安全。短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術在?；份斔?、儲存和使用中具有重要的應用價值，能夠有效保障工業生產和環境安全。

1 傳統人工巡檢的優缺點

傳統人工巡檢作為一種基礎的監測手段，在一定程度上可以發現管道泄漏問題，但也存在一些局限性，需要結合其他監測技術和手段共同應用，以提高監測效率和準確性，其優點和缺點如下：

（1）優點：人工巡檢可以隨時進行，能夠快速發現管道泄漏問題，提高了泄漏處理的及時性；由于巡檢人員能夠直接觀察管道運行情況，可以及時發現問題，因此巡檢結果比較可靠；傳統的人工巡檢技術適用于各種管道類型和場景，不需要額外的設備和技術支持。

（2）缺點：人工巡檢需要耗費大量的時間和精力，尤其是在管道較長、難以觀察的情況下，工作強度更大；由于巡檢人員的視線和范圍有限，可能會漏檢一些細小的問題，容易產生盲區；巡檢人員需要具備一定的專業知識和技能，否則可能會對泄漏情況作出錯誤的判斷，影響處理效果。

2 傳感器監測原理和技術路線

基于傳感器的短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術中，不同類型的傳感器具有不同的監測原理、監測指標以及優缺點。通過表1 的比較可以看出，不同類型的傳感器在不同方面各有優缺點，應根據實際情況選擇合適的傳感器進行監測。例如，壓力傳感器可以精確地測量管道內部壓力變化，但是受到管道內部腐蝕和污染的影響較大；流量傳感器可以精確地測量管道內部流量變化，但是受到管道截面積和介質黏度等因素的影響較大。因此，根據實際情況選擇合適的傳感器可以提高監測效率和準確性[1]。

表1 傳感器監測原理和技術路線

基于傳感器的短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術中，傳感器監測技術路線通常包括以下步驟：

（1）傳感器安裝。根據管道的具體情況和監測要求，選擇合適的傳感器類型和數量，安裝在管道內部或外部。

（2）傳感器信號采集。傳感器感應到的信號會被傳輸到數據采集系統中，數據采集系統可以是硬件設備或軟件程序，用于采集和處理傳感器信號。

（3）數據處理與分析。數據采集系統將采集到的信號進行處理和分析，以獲取管道內部的壓力、溫度、流量、振動、聲音等信息，并通過算法進行分析和判斷是否存在泄漏風險。

（4）報警與預警。當監測到管道內部存在泄漏風險時，監測系統會通過報警與預警方式通知相關人員，及時采取應對措施，以避免發生事故。

在實際應用中，監測系統可以設置不同的報警閾值，一旦傳感器監測到的數據超過了閾值，就會觸發報警，提醒相關人員及時采取應對措施，以確保管道的安全運行。此外，監測系統還可以將采集到的數據進行存儲和分析，為管道的運行和維護提供參考[2]。

3 實現方案

3.1 監控系統整體架構與設計

（1）硬件設備：監測系統需要的硬件設備包括：傳感器、數據采集設備、信號轉換器、報警器等（圖1～圖4），其整體架構可表示為：硬件設備=傳感器+數據采集設備+信號轉換器+報警器。

圖2 數據采集設備

圖3 信號轉換器

圖4 報警器

（2）數據采集與處理：監測系統需要對采集到的數據進行實時處理和分析，以便及時發現管道泄漏風險。數據采集和處理過程可表示為：數據采集和處理=數據采集設備+數據處理算法。

（3）報警與預警：監測系統需要在監測到管道泄漏風險時，及時發出報警和預警信號，以便相關人員及時采取應對措施。報警與預警過程可表示為：報警與預警=報警器+預警系統。

（4）監測系統整體架構：將以上3 個部分進行整合，可得到基于傳感器的短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術的整體監測系統架構，可表示為：監測系統整體架構=硬件設備+數據采集和處理+報警與預警。

3.2 監控系統各模塊功能

短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術實現方案中，監控系統包括多個模塊，每個模塊各有不同的功能。

（1）傳感器模塊：負責實時監測管道的溫度、壓力、流量等物理量，并將采集到的數據發送給數據采集設備。傳感器模塊的功能可以表示為：傳感器模塊功能=物理量監測+數據傳輸。

（2）數據采集模塊：負責采集傳感器模塊發送的數據，并對其進行處理和分析，以便及時發現管道泄漏風險。數據采集模塊的功能可以表示為：數據采集模塊功能=數據采集+數據處理。

（3）信號轉換模塊：負責將數據采集模塊采集到的數據轉換為標準信號，并將其發送給報警器。信號轉換模塊的功能可以表示為：信號轉換模塊功能=數據轉換+信號傳輸。

（4）報警器模塊：負責實時監測管道泄漏風險，并在檢測到風險時，及時發出警報信號，通知相關人員進行應急處置。報警器模塊的功能可以表示為：報警器模塊功能=風險檢測+報警信號發送。

（5）預警系統模塊：負責實時監測管道的運行狀態，并在檢測到異常時，發出預警信號，以便及時進行管道維修或更換。預警系統模塊的功能可以表示為：預警系統模塊功能=異常監測+預警信號發送。

4 實驗與驗證

4.1 泄漏監測實驗設計與實施

4.1.1 實驗步驟

（1）數據處理。對采集到的傳感器數據進行處理，計算出各個時刻的傳感器信號值，并將其存儲到數據庫中。

（2）數據分析。利用數據分析軟件，如MATLAB、Python 等，對存儲在數據庫中的數據進行分析?？梢允褂眯盘柼幚砑夹g，如濾波、譜分析、小波變換等，對傳感器信號進行處理，提取出有用信息，并對其進行分析。

（3）結果展示。將處理后的數據和分析結果進行展示?？梢岳L制泄漏監測數據曲線，以及泄漏預警圖表等。同時，還可以設置報警閾值，當傳感器信號超過設定的閾值時，系統會發出警報，并及時通知相關人員進行處理。

4.1.2 泄漏量計算

短距離濃硫酸輸送管道泄漏量計算公式：Qf=Kf×A×ΔP。其中，Qf為泄漏量，Kf為系數，A 為燃氣管道泄漏部位的表面積，ΔP 為壓降的大小。該計算公式顯示，泄漏量Qf與表面積A、壓力降低量ΔP 密切相關。Kf系數是由氣體種類以及泄漏管道結構形式以及環境因素決定，這里只能給出一個Kf值的平均數，不能準確地反映實際情況，實際應用中應當根據實際情況進行更精確的校核。

表面積A 的大小與管道類型、直徑有關，它可以由管道的外徑r、內徑R、管道長度L 等參數計算而確定，表面積A=πrL+π（r2-R2）。

壓降ΔP 與氣體的性質，流量，管道的結構及表面粗糙度等有關，可以用壓降公式AP=f（流量、管徑、管道類型、管道表面粗糙度等）表示[3]。

4.2 實驗數據處理與結果分析

實驗數據處理與結果分析是短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術實現方案中非常重要的一步，包括以下5 個方面：①數據采集，在實驗中，傳感器采集到的數據可能包括溫度、壓力、流量、振動等，需要將其存儲在數據庫中以備后續處理；②數據預處理，對采集到的原始數據進行預處理，如去噪、濾波、插值等，以獲得更加準確的數據；③特征提取，通過對預處理后的數據進行特征提取，可以得到數據的主要特征，如幅值、頻率、功率譜等，這些特征可以用于泄漏檢測和診斷；④泄漏檢測算法，針對所采集到的數據，需要開發泄漏檢測算法，以實現對泄漏的準確檢測。泄漏檢測算法可以基于統計分析、機器學習、神經網絡等技術進行開發；⑤結果分析，對泄漏檢測結果進行分析，如計算泄漏位置、泄漏量等。同時，還需要對檢測結果進行評估，如準確率、誤判率等指標，以評估監測系統的性能[4]。

5 結束語

本文以濃硫酸輸送管道泄漏問題為研究對象，基于現有技術提出了一種監控技術方案，并實現了泄漏監測的實驗驗證。短距離濃硫酸輸送管道泄漏監控技術通常采用多種監測手段，如壓力監測、溫度監測、流量監測、振動監測、聲學監測等技術手段，將實時采集的數據通過計算機軟件進行分析，對管道運行狀態進行實時監測和預警，發現管道異常情況及時報警，并對泄漏事故采取緊急處置和應急措施。