本發(fā)明涉及天然氣管道運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是指一種面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天然氣是世界三大主力能源之一，擁有高效、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)擁有著極為豐富的天然氣資源，天然氣產(chǎn)業(yè)有著良好的發(fā)展前景。發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)，提升其在能源市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力和消費(fèi)率，可以極大地促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并且有效地推動(dòng)我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

天然氣的運(yùn)輸方式為管道運(yùn)輸，經(jīng)過(guò)高高壓和高中壓站后進(jìn)入到城市管網(wǎng)，為下游的用戶提供分壓后的天然氣。天然氣分輸站是輸氣管道為了分流天然氣至下游用戶，沿線設(shè)置的站場(chǎng)。為了保證天然氣分輸?shù)陌踩院统掷m(xù)性，需要建立一個(gè)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)分輸站的壓力，來(lái)保證下游的管道壓力沒有超標(biāo)，并且當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠安全切斷控制回路，防止事故的發(fā)生。

安全切斷閥由于長(zhǎng)時(shí)間在高壓、高低溫、腐蝕等情況下工作，加上外部經(jīng)常受到干擾及內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)不合理等情況，容易受到損耗，出現(xiàn)安全切斷閥打開關(guān)閉不及時(shí)的特性。天然氣運(yùn)輸過(guò)程中安全切斷閥如果發(fā)生故障，控制回路將發(fā)生振蕩，這將導(dǎo)致輸出壓力不穩(wěn)定、設(shè)備加速報(bào)廢等不良后果，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生安全事故。根據(jù)honeywell公司的調(diào)查顯示，過(guò)程工業(yè)中有近2/3的回路存在著問(wèn)題，處于理想狀態(tài)的控制回路僅有1/3。近年來(lái)有不少能源運(yùn)輸過(guò)程的事故發(fā)生，比如2014年11月的“11-22”特大事故，青島中石化東黃輸油管道泄露爆炸，共導(dǎo)致62人遇難，136人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)7.5億元。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠?qū)Π踩袛嚅y進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，保證系統(tǒng)的安全，減少系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用并增加部件的使用壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下構(gòu)成：

該面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，所述的方法包括以下步驟：

基于opc接口從天然氣分輸站的控制器采集調(diào)節(jié)閥工作時(shí)控制回路的參數(shù)，所述控制回路的參數(shù)包括安全切斷閥打開行程時(shí)間和安全切斷閥門關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)；

對(duì)安全切斷閥正常運(yùn)行時(shí)，閥門打開和關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間序列進(jìn)行建模，得到正常工況下的行程時(shí)長(zhǎng)預(yù)測(cè)值；

用實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的安全切斷閥打開和關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)與上述正常工況下的預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)之間的差值和閾值作比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷實(shí)際工況是否出現(xiàn)性能惡化的狀況。

以安全切斷閥關(guān)閉為例，將所述控制回路的閥門關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間序列進(jìn)行建模，通過(guò)存儲(chǔ)的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù){tct，t∈t}，其中t表示采集時(shí)段，tct表示t時(shí)刻采集到的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)如下公式建立一個(gè)arma時(shí)序模型：

其中為自回歸系數(shù)，θi為滑動(dòng)平均系數(shù)，εt為模型的殘差或隨機(jī)干擾，兩兩獨(dú)立的服從均值為0，方差為的白噪聲輸入，m為模型中自回歸部分的階次，n為模型中滑動(dòng)平均部分的階次，系統(tǒng)階次(m,n)除了常用的aic、bic準(zhǔn)則選取外，還將利用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，對(duì)(m,n)進(jìn)行調(diào)整，并設(shè)定好認(rèn)定性能惡化的誤差閾值emax。

設(shè)定好性能惡化的誤差閾值以后，用新的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)與預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行比較，包括如下步驟：

判斷新的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)與預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)差值的絕對(duì)值是否小于誤差閾值，如果是，則判斷安全切斷閥能正常工作無(wú)需維護(hù)，如果不是，則判斷安全切斷閥發(fā)生故障需要維護(hù)。

可選地，基于python語(yǔ)言的科學(xué)計(jì)算包numpy和scipy采用設(shè)備壽命預(yù)測(cè)中常用的自回歸滑平均模型將所述控制回路的參數(shù)建立一個(gè)arma時(shí)序模型，根據(jù)安全切斷閥的打開和關(guān)閉行程時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)確定閥門打開關(guān)閉行程時(shí)間是否發(fā)生非正常變化，對(duì)安全切斷閥的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明還提供一種面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于所述的面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法，所述系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，基于opc接口從天然氣分輸站的控制器采集調(diào)節(jié)閥工作時(shí)控制回路的參數(shù)，所述控制回路的參數(shù)包括安全切斷閥打開行程時(shí)長(zhǎng)和安全切斷閥門關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)；

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采集得到的控制回路的參數(shù)；

數(shù)據(jù)分析模塊，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)分析動(dòng)作，所述數(shù)據(jù)分析動(dòng)作包括采用設(shè)備壽命預(yù)測(cè)中常用的自回歸滑平均模型將所述控制回路的參數(shù)建立一個(gè)arma時(shí)序模型，根據(jù)安全切斷閥的打開和關(guān)閉行程時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)確定閥門打開關(guān)閉行程時(shí)間是否發(fā)生非正常變化，對(duì)安全切斷閥的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

可選地，所述數(shù)據(jù)分析模塊使用django框架搭建診斷軟件，以采集到的控制回路的時(shí)間參數(shù)為輸入，采用python語(yǔ)言下的科學(xué)計(jì)算包numpy和scipy執(zhí)行數(shù)據(jù)分析動(dòng)作。

可選地，所述系統(tǒng)還包括：

調(diào)節(jié)閥非線性特性檢測(cè)模塊，采用相關(guān)熵方法將所述控制回路的參數(shù)從原始的非線性空間基于核函數(shù)投影到高維的線性空間，檢驗(yàn)過(guò)程是否存在非高斯特性和非線性特性，以及判斷調(diào)節(jié)閥是否存在粘滯特性。

可選地，所述系統(tǒng)還包括：

人機(jī)交互模塊，用于使用django框架搭建的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布工作調(diào)節(jié)閥非線性特性檢測(cè)報(bào)告、監(jiān)控調(diào)節(jié)閥非線性特性檢測(cè)報(bào)告、安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)報(bào)告以及故障警報(bào)。

采用該發(fā)明的面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，通過(guò)opc工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集傳輸數(shù)據(jù)，利用mysql和django等軟件工具構(gòu)建數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，基于arma時(shí)序模型判斷安全切斷閥性能，能夠?qū)收线M(jìn)行即時(shí)診斷，有效解決天然氣運(yùn)輸?shù)陌踩[患。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的天然氣分輸站調(diào)節(jié)回路示意圖；

圖2為本發(fā)明的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)路線示意圖；

圖3為本發(fā)明的安全切斷閥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

如圖1所示為本發(fā)明的天然氣分輸站調(diào)節(jié)回路示意圖。天然氣分輸站的壓力控制由工作調(diào)節(jié)閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、安全切斷閥組成的三級(jí)控制模式來(lái)完成，從上游至下游依次串聯(lián)組成壓力調(diào)控系統(tǒng)。工作調(diào)節(jié)閥選用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(pv)，監(jiān)控調(diào)節(jié)閥選用自力式調(diào)節(jié)閥(pcv)，安全切斷閥選用自力式安全切斷閥(ssv)。當(dāng)工作調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障，下游壓力失控時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥開始工作，以保證下游壓力處于安全范圍；若監(jiān)控調(diào)壓閥同時(shí)出現(xiàn)故障，下游壓力無(wú)法控制時(shí)，安全切斷閥工作，切斷氣源，并由控制器開啟備用回路，以保障安全。

本發(fā)明針對(duì)天然氣分輸站的調(diào)節(jié)回路，具體針安全切斷閥，提供了一種面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法。所述方法具體包括如下步驟：

基于opc接口從天然氣分輸站的控制器采集調(diào)節(jié)閥工作時(shí)控制回路的參數(shù)，所述控制回路的參數(shù)包括安全切斷閥打開行程時(shí)長(zhǎng)和安全切斷閥門關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)；

對(duì)安全切斷閥正常運(yùn)行時(shí)，閥門打開和關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間序列進(jìn)行建模，得到正常工況下的行程時(shí)長(zhǎng)預(yù)測(cè)值；

用實(shí)際檢測(cè)得到的安全切斷閥打開和關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)與上述正常工況下的預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)之間的差值和閾值作比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷實(shí)際工況是否出現(xiàn)性能惡化的狀況。

如圖2所示，為本發(fā)明的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)路線示意圖。首先采集到安全切斷閥打開和關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)；用正常工況下的原始行程時(shí)間序列樣本數(shù)據(jù)建立arma時(shí)序模型，得到預(yù)測(cè)開關(guān)行程時(shí)間；然后用待檢測(cè)的實(shí)時(shí)開關(guān)行程時(shí)間與預(yù)測(cè)行程時(shí)間做比較，判斷待檢測(cè)的實(shí)時(shí)開關(guān)行程時(shí)間與預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)差值的絕對(duì)值是否小于誤差閾值，如果是，則判斷安全切斷閥能正常工作無(wú)需維護(hù)，如果不是，則判斷安全切斷閥發(fā)生故障需要維護(hù)。

具體地，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，用正常工況下的原始行程時(shí)間序列樣本數(shù)據(jù)建立arma時(shí)序模型，包括如下步驟：

以關(guān)閉行程為例，通過(guò)存儲(chǔ)的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù){tct，t∈t}，根據(jù)如下公式將關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間序列建立arma時(shí)序模型：

其中為自回歸系數(shù)，θi為滑動(dòng)平均系數(shù)，εt為模型的殘差或隨機(jī)干擾，兩兩獨(dú)立的服從均值為0，方差為的白噪聲輸入。m為模型中自回歸部分的階次，n為模型中滑動(dòng)平均部分的階次。系統(tǒng)階次(m,n)除了常用的aic、bic準(zhǔn)則選取外，還將利用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，對(duì)(m,n)進(jìn)行調(diào)整，并設(shè)定好認(rèn)定性能惡化的誤差閾值emax。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)用待檢測(cè)的實(shí)時(shí)開關(guān)行程時(shí)間與預(yù)測(cè)行程時(shí)間做比較判斷是否出現(xiàn)性能惡化的狀況，包括如下步驟：

設(shè)定好性能惡化的誤差閾值以后，用新的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)與預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行比較，包括如下步驟：

判斷新的關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)與預(yù)測(cè)行程時(shí)長(zhǎng)差值的絕對(duì)值是否小于誤差閾值，如果是，則判斷安全切斷閥能正常工作無(wú)需維護(hù)，如果不是，則判斷安全切斷閥發(fā)生故障需要維護(hù)。

本發(fā)明還提供一種面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于所述的面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法，所述系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，基于opc接口從天然氣分輸站的控制器采集安全切斷閥工作時(shí)控制回路的參數(shù)，所述控制回路的參數(shù)包括安全切斷閥打開行程時(shí)長(zhǎng)和安全切斷閥門關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)分析模塊，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)分析動(dòng)作，所述數(shù)據(jù)分析動(dòng)作包括采用設(shè)備壽命預(yù)測(cè)中常用的自回歸滑平均模型將所述控制回路的參數(shù)建立一個(gè)arma時(shí)序模型，根據(jù)安全切斷閥的打開和關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)的歷史數(shù)據(jù)確定閥門打開關(guān)閉行程時(shí)長(zhǎng)是否發(fā)生非正常變化，對(duì)安全切斷閥的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述數(shù)據(jù)分析模塊使用django框架搭建診斷軟件，以采集到的安全切斷閥打開和關(guān)閉時(shí)長(zhǎng)為輸入，采用python語(yǔ)言下的科學(xué)計(jì)算包numpy和scipy執(zhí)行數(shù)據(jù)分析動(dòng)作。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包括：

調(diào)節(jié)閥非線性特性檢測(cè)模塊，采用相關(guān)熵方法將所述控制回路的參數(shù)從原始的非線性空間基于核函數(shù)投影到高維的線性空間，檢驗(yàn)過(guò)程是否存在非高斯特性和非線性特性，以及判斷調(diào)節(jié)閥是否存在粘滯特性。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包括：

人機(jī)交互模塊，用于使用django框架搭建的網(wǎng)絡(luò)形成人機(jī)交互界面，通過(guò)人機(jī)交互界面可以發(fā)布工作調(diào)節(jié)閥非線性特性檢測(cè)報(bào)告、監(jiān)控調(diào)節(jié)閥非線性特性檢測(cè)報(bào)告、安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)報(bào)告以及故障警報(bào)，方便用戶查看。

采用該發(fā)明的面向天然氣分輸站的安全切斷閥性能監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，通過(guò)opc工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采集傳輸數(shù)據(jù)，利用mysql和django等軟件工具構(gòu)建數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，基于arma時(shí)序模型判斷安全切斷閥性能，能夠?qū)收线M(jìn)行即時(shí)診斷，有效解決天然氣運(yùn)輸?shù)陌踩[患。

在此說(shuō)明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。