承压设备在线监测预警设计探讨

承压设备在线监测预警设计探讨

廖盈,黄雪优,吴文超

湖南省特种设备检验检测研究院  湖南省 长沙市 410000

摘要：本文根据实际情况，利用移动物联网技术和传感技术，研制了一套能够对特种设备—压力容器的运行情况进行实时、全面地监控以及管理的系统。压力容器检验检测工作专业性较强，通过对目前检验检测工作中的问题进行了分析，并结合实际设计了一套在线监管系统，对系统的设计原则、准备工作以及运行原理进行了详细的介绍，并对系统的各个模块进行了设计，为同类课题的设计提供了借鉴。

关键词：压力容器；监测预警；设计；远程、探讨

引言

物联网技术是以因特网为基础，以其使用者的终端为对象，并利用传感器对任何需要监测、连接、互动的物体或过程进行实时采集，并对其进行声光、热、生物等多种信息的交换与通讯，从而达到一种物物连接的网络状态。通过传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，使其能够满足不同的用户需要，从而探索出新的应用领域和应用模式。近几年，我国特种设备的信息化建设日新月异，许多使用单位都已建立了自己的信息化体系。但受到区域经济和人才结构等各种因素的影响，各部门的信息系统在规模和功能上差异较大，资源利用率较低，无法满足特种设备数量日益增长，检验质量日益提升的要求。

目前，特种设备中，采用传感器进行日常监控和管理的压力容器主要集中在装载危化品的压力容器和低温液化气体储罐，一般压力容器开展得并不普遍。压力容器的检验检测工作专业性较强，随着经济的发展，其数量不断增加，技术不断进步，结构也越来越复杂，压力容器一线检验力量配备、技术更新等与检验工作不相适应的矛盾日益突出。虽然检验单位在检验周期内都对压力容器进行检测，但检测的只是设备当时的情况，无法保证后期设备一直正常使用。从实际情况来看，每年压力容器的事故还是时有发生。

随着物联网技术的日益广泛应用，运用技术手段对压力容器进行监控与管理成为可能。利用物联网技术对压力容器的监控，不仅可以做到故障报警，还能够实现故障的预警功能，将事故消除在萌芽阶段。

1在线监测预警系统设计思想

系统规划是建立在网络监管系统的初始阶段，因此，管理层要做好相应的工作，从上到下进行合理的规划，以保证整个系统的整体规划及运行。从实践角度来看，要使压力容器设备运行中的监管工作能够顺利进行。通过对压力容器设备运行中的监管工作的深入剖析，可以发现，对影响其安全的各种因素，例如外观状况、阀门管路是否存在泄漏，是否定期排水排污等，不能通过对其进行实时监管。在设计在线监测预警系统时，考虑到通过各种方式对目标对象进行监测，利用实时或事后处理方法为用户提供高精度的容器内部介质参数变化信息。内部压力变化和气体泄漏状态是实施监管的关键指标，可以通过压力、温度、气体探测等量化监控，决定需要增加什么重要指标来进行监控，了解数据的采集、保存及预警等过程。系统分析的目的在于弄清楚“做什么”这个问题，通过对系统的初步调研和可行性分析，确定该系统的可行性。可行性分析包括技术可行性和经济可行性。从技术层面看，目前国内检测技术水平和通讯网络平台日趋成熟，计算机软件和网络日趋成熟。从经营角度来看，为了提高管理效率，采用一套科学的实时监控体系，对提高压力容器设备主管单位的管理和运行具有重要意义。从经济学角度来看，该系统的设计方案的局部优化越来越趋于完美，而且投入少，系统运行后可大大减少设备运行过程中的人力成本。

2系统设计原则

承压设备在线监测预警管理系统的设计，首先要确定系统的设计目标和功能需求，从技术和经济方面分析其可行性，然后对整个系统的整体架构和各功能模块进行设计。本系统的设计除了满足高度自动化监测外还需遵循以下几点：可靠性，所设计的实时监控系统必须具有良好的运行稳定性、安全性，并能在恶劣环境中长期工作；经济上，对在线监控系统的设计要经济、价格比较低；及时性以及多样性，在设计在线监测预警管理系统时，要综合考虑系统预警的准确，及时性以及预警方式的多样性，需要支持多级预警报警功能；功能全面：需具有远程自动化采集、多级预警报警、可在线/离线进行数据分析和图形化报表显示、具有可扩展性且支持多种设备显示；使用维护简单：系统软件的设计要求具有良好的人机交互接口，在硬件上，应便于维修和维护；兼容性：可实现对各种传感器的实时监控，以获取各种参数信息。

3系统各模块设计

承压设备在线监测预警管理系统由数据采集传输终端和远程监控管理平台两部分组成。

（1）数据采集传输终端

承压设备在线监测预警管理系统参数主要包括温度、压力、介质、某些设备还须监控液位、夹套真空度等，这些参数的采集用各种相应传感器来获得。目前有的设备上已经安装了此类传感器，但仅仅是通过有线的方式将信号传输到附近的监控室，需要有人值守，而且无法监管日常的设备巡检和年度检查的情况。

数据采集传输终端包括与现有传感器进行数据通讯的接口，即数据采集器，还有4G/5G无线通信模块和北斗通讯模块。数据采集器通过数据采集得到压力容器的各项参数以4G/5G无线通信或北斗短报文的方式发送到远程监控平台，数据采集传输终端只负责数据的采集、传输和指令的转发、原始数据的存储，具体对数据含义的分析由监控服务器承担，减少了采集器的复杂程度。由于4G/5G无线通讯网络和北斗短报文采用流量计费机制，远程监控所需的数据量很小，在没有传输数据的时候是不会产生费用的，这种数据采集方式和传输方式极大地降低了经济成本。手持的RFID射频标签读写器可以在设备巡检和年检时记录传感器无法监控的数据，如外观状况、阀门管路是否存在泄漏，是否定期排水排污等，由于必须到设备现场才能采集，避免了安全管理规定流于形式。在压力容器的管理中引入RFID射频技术，对设备管理的各个作业环节的数据进行自动化地数据采集，并与终端数据传输系统对接，实现快捷、方便和准确的智能管理，降低出错率，并且节省大量的存储、人力和时间成本。

（2）远程监控管理平台

    远程监控管理平台系统是一款轻量级监测应用软件，目的是满足快速部署，只需要一台普通的电脑就可以实现对检测对象的实时动态监测。系统界面软件采用B-S构架设计而成，界面简约，直观，而且形象生动，能面向非专业人士。为了保证整个系统的可靠性，本软件添加有系统自我检测功能。通过实时检测错误，生成log日志保存到数据库中，可以保证管理员或者用户能查看系统错误信息。不仅如此，通过本检测功能，管理员还可以查看本系统的操作日志，确保本系统的安全性。

数据采集传输终端将采集到压力容器的数据封装成统一的数据格式通过4G/5G无线通信或北斗短报文形式网络传输至远程监控管理平台，监控平台接收到数据包后根据唯一的设备代码和北斗定位参数，把传输过来的压力、温度、介质等参数与数据库中的最高允许使用压力、温度等进行对比，若出现异常情况时，可拨打事先设立在紧急通讯号码，或者发送短信给指定的手机，报告压力容器出现异常，以实现故障报警功能，及时通知相关责任人对被监对象进行紧急处理。远程监控管理平台不但是一个智能化的压力容器故障报警和记录系统，最重要的是它具备网络远程管理功能。系统运用先进的数据采集手段对设备的运行参数进行实时采集、记录分析，使监测人员无论何时何地都通过计算机、手机、平板电脑等数据查询终端对监控范围内的压力容器进行实时监测，对运行数据进行远程查询统计和异常信息的分析、处理等。

结束语

用物联网方式对压力容器进行日常健康监管，可以做到对压力容器的运行状况进行实时的远程健康监测，随时掌握压力容器的运行状态是否存在异常；在压力容器出现压力、温度或者介质状况异常时，能够通过远程监控管理平台通知设备的管理人员或者以短信或语音电话形式向负责人员发送报警短信；当压力容器发生事故时，平台可以立即向有关监管部门报警，能及时知晓发生事故的压力容器所在地点和事故发生时的状态参数，缩短了故障反应时间并且提高了故障处理速度，防止事故的进一步扩大；远程监控管理平台的系统软件具备数据统计功能，可以统计分析故障的类型，为压力容器的日常维护提供直接的数据支持，提高使用单位维护保养时的工作效率，降低维护成本；数据库自动记录压力容器运行中出现的故障类型和发生时刻，真实掌握压力容器的运行状态；RFID射频技术可以记录维护人员的巡查保养时间，方便监管部门的监督和核查。

参考文献：

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