加氢空冷器泄漏检测装置设计

摘要

本文以中石化杨子石化芳烃厂1＃加氢裂化装置的空气冷却器EC102为原型，设计检测加氢空冷器泄漏的装置。目前在EC102上使用的是可燃气体检漏报警装置，而这种装置存在较大的漏检隐患，实时性也较差，且工作人员需要爬上空冷器架才可以查看气体浓度数据，这种查看方式很不方便。针对上述可燃气体检漏装置的缺陷，本文设计的检漏装置在保留气体检漏技术的基础上增加超声波检漏技术，并使超声波检漏实现加氢空冷器的全面覆盖，降低漏检发生的概率，提高检漏的实时性;运用多传感无线网络通讯技术将每个传感器采集的数据发送给安装在现场的网关，网关融合超声波信号和气体浓度信号对泄漏进行判断，提高对泄漏判断的准确度，并用LCD显示相关数据，也可将数据通过工厂网络传送至中控系统，实现现场泄漏情况的实时传送。
　　本论文的主要内容如下:
　　1.设计气体传感器节点和超声波传感器节点分别检测加氢空冷器发生泄漏时的两个特征信号:可燃气体信号和超声波信号。气体传感器采用催化燃烧式可燃气体传感器TGS6812-D00，设计放大电路、ZigBee电路，并编写采样、转换和发送程序，得到空气中可燃气体的浓度数据，并将浓度数据发送给汇聚节点。分析超声波检漏的原理，选择超声波传感器TC40-A18及设计超声波传感器节点位置模型，使超声波检漏实现加氢空冷器的全面覆盖，在硬件上设计超声波信号的模拟放大、滤波、程控放大电路、信号处理和ZigBee电路，软件上设计FFT变换数字信号处理程序，提取泄漏信号的特征数据，并设计无线发送程序。对气体和超声波传感器节点进行功能测试，发现气体传感器节点可以检测到可燃气体的浓度，超声波传感器节点可以提取特征信号的幅值数据。
　　2.使用ZigBee通讯技术实现多传感器节点和汇聚节点间网络构建和数据传输。在网关上移植嵌入式Linux系统，并编写LCD驱动程序。分析融合方法中的模糊理论，并给出了气体浓度、气体浓度变化率和超声波声压级三个输入量的隶属度函数。在搭建的Linux系统上编写多传感融合应用程序，包括数据接收、数据预处理，融合判断和LCD显示。对多传感无线网络和多传感融合应用程序进行测试，发现无线网络的数据传输和多传感融合判断的功能都得到了实现。
　　3.分析检漏装置的测试数据表明，使用多传感融合方法判断泄漏的准确度要高于仅使用单一传感器判断的准确度，多传感融合的方法有助于降低漏检事故发生的概率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 加氢空冷器泄漏检测技术的国内外现状

1．2．1 理论方法的研究现状

1．2．2 检测技术的研究现状

1．3 本文的主要工作

1．4 检漏装置的总体设计

第二章 气体传感器节点的设计

2．1 气体传感器的选型

2．2 气体传感器节点硬件电路的设计

2．2．1 放大电路的设计

2．2．2 ZigBee电路的设计

2．2．3 电源电路的设计

2．2．4 总体电路的设计

2．3 气体传感器节点软件设计

2．4 气体传感器节点的功能测试

2．5 本章小结

第三章 超声波传感器节点的设计

3．1 超声波检漏的原理分析

3．2 超声波传感器的选型分析

3．3 超声波传感器节点覆盖加氢空冷器位置模型的设计

3．4 超声波传感器节点硬件设计

3．4．1 前置放大电路的设计

3．4．2 带通滤波电路的设计

3．4．3 程控放大电路的设计

3．4．4 信号处理电路的设计

3．4．5 电源电路的设计

3．4．6 总体电路设计

3．5 超声波泄漏特征信号提取程序的设计

3．5．1 A／D采样

3．5．2 FFT变换

3．5．3 计算泄漏特征信号的幅值

3．5．4 增益控制

3．6 超声波传感器节点发送程序设计

3．7 超声波传感器节点的功能测试

3．7．1 前置放大器增益测试

3．7．2 带通滤波电路测试

3．7．3 泄漏特征信号提取的测试

3．8 本章小结

第四章 多传感融合泄漏检测网关的设计与实现

4．1 多传感无线网络的构建

4．2 嵌入式Linux系统的移植

4．2．1 交叉编译环境搭建

4．2．2 Bootloader移植

4．2．3 Linux内核移植

4．2．4 构建Linux根文件系统

4．3 Linux系统驱动程序的设计

4．3．1 LCD驱动程序的设计

4．4 多传感融合的理论分析

4．5 多传感融合的应用程序设计

4．5．1 数据接收

4．5．2 数据预处理

4．5．3 融合判断

4．5．4 LCD显示

4．6 多传感融合泄漏检测网关的测试

4．6．1 多传感无线网络的功能测试

4．6．2 多传感融合应用程序的测试

4．7 本章小结

第五章 检漏装置的测试分析

5．1 理论分析

5．2 气体泄漏量数据分析

5．3 融合判断数据分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间的研究成果