一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法及系统，方法包括S100：设定采样频率，采集液相温度、气相压力、液位、加速度及摆浮频率之类主要动态监控参数TVP，同时采集主要静态参数t；S200：对所述主要动态监控参数TVP进行以t为自变量的单元三阶线性回归分析；S300：利用长时间监测数据，重复进行三阶线性回归分析得到该储罐在某一给定状态(State＝S())下的Tank＝M(D,b,e)值，将该值作为标准值，记作Tankstand＝Mstand(D,b,e)作为该储罐的“指纹特征”，将实际监测Tankt的值与Tankstand进行对比分析，采用RSS分析由于故障导致的差值，判定故障的种类。本发明的方法，精确实时预报LNG故障，提高LNG全生命周期范围的安全性。

说明书

技术领域

本发明属于故障预报技术领域，更具体地，涉及一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法、系统、终端及存储介质。

背景技术

LNG罐箱水陆(水路、铁路、公路)多式联运是与管道运输、LNG散装运输船并行的第三种新型的LNG物流方式，并在国家碳减排和碳达峰大战略背景下逐渐由之前的试点转为常态化运行。而LNG运输也属于危险货物运输领域，相对于管道运输、船舶散装运输这种集中的大批量运输方式，LNG罐箱运输在灵活便利的同时，也存在着小量多批，时空分布非常分散的特点，这对LNG罐箱安全监控带来了较大挑战。

目前，LNG罐箱状态信息监测存在如下技术问题：(1)为了监控LNG罐箱运输过程中各物理参数，在LNG罐箱上设置多种监测传感器如：温度、压力、液位高度、加速度传感器。由于罐箱海运环境以及传感器质量等诸多因素，传感器发生故障不可避免，如此会导致无法采集数据或采集的数据不可信；(2)LNG罐箱为带压深冷设备，罐箱设计初始采用一系列技术手段和设备仪器来保持此类状态，由于产品质量、保养状态、运输工况所导致的损坏均有发生，为保证罐箱运输的安全，对故障进行监测、报告以及潜在故障的提前预警必不可少。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法，通过对LNG罐箱的液相温度、气相压力、液位、加速度以及摆浮频率等动态监控参数进行采集，并对动态监控参数进行以常参数为自变量的单元三阶线性回归分析，利用长时间监测数据，回归得到该储罐在某一给定状态(State＝S())下的Tank＝M(D,b,e)值，将该值作为标准值，记作Tankstand＝Mstand(D,b,e)作为该储罐的“指纹特征”。将实际监测Tankt的值与Tankstand进行对比分析，采用RSS(残差平方和)分析由于故障导致的差值，判定故障的种类，精确实时预报LNG故障，提高LNG全生命周期范围的安全性。

为实现上述目的，按照本发明第一方面，提出了一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法，包括如下步骤：

S100：设定采样频率，采集液相温度、气相压力、液位、加速度及摆浮频率之类主要动态监控参数TVP，同时采集主要静态参数t；

S200：对所述主要动态监控参数TVP进行以t为自变量的单元三阶线性回归分析；

S300：利用长时间监测数据，重复进行三阶线性回归分析得到该储罐在某一给定状态(State＝S())下的Tank＝M(D,b,e)值，将该值作为标准值，记作Tankstand＝Mstand(D,b,e)作为该储罐的“指纹特征”，将实际监测Tankt的值与Tankstand进行对比分析，采用RSS分析由于故障导致的差值，判定故障的种类。

进一步地，步骤S100中，所述液相温度的数据采集及故障预报包括：

S101：设定采样频率，采集液相温度数据，并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S102：判定残差平方和是否超阈值范围，如否则结束故障预报，如是则转入步骤S103；

S103：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出液态LNG温度范围-165℃～-140℃内，若是预报温度传感器故障；若否则转入步骤S104；

S104：判定分析结果的截距D、斜率b及误差项e编号趋势是否升高或降低，如D、b降低则结束故障预报；若D、b升高，则预报罐箱漏热率升高。

进一步地，步骤S100中，所述气相压力的数据采集及故障预报包括：

S105：设定采样频率，采集气相压力数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S106：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报；如是则转入步骤S107；

S107：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，若是则预报压力触感器故障；若否则转入步骤S108；

S108：判定分析结果的截距D、斜率b及误差项e编号趋势是否升高或降低，如D、b降低则结束故障预报；若D、b升高，则预报安全阀起跳。

进一步地，步骤S100中，所述液相数据采集及故障预报包括：

S109：设定采样频率，采集液位数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S110：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报；如是则转入步骤S110；

S111：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，如是则预报罐箱过充或触感器故障；如否则结束故障预报。

进一步地，步骤S100中，所述加速度数据采集及故障预报包括：

S112：设定采样频率，采集加速度数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S113：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报，若是则转入步骤S114；

S114：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，若是则预报触感器故障；如最小值为0,则预报罐箱静置。

进一步地，步骤S100中，所述摆浮频率的数据采集及故障预报包括：

S115：设定采样频率，采集摆浮频率数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S116：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报，若是则转入步骤S117；

S117：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，若高于上限则预报传感器故障，若否则低于下限则预报罐箱静置。

按照本发明的第二方面，提供一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报系统，包括：

数据采集模块，用于设定采样频率，采集液相温度、气相压力、液位、加速度及摆浮频率之类主要动态监控参数TVP，同时采集主要静态参数t；

回归分析模块，用于对所述主要动态监控参数TVP进行以t为自变量的单元三阶线性回归分析；

故障预报模块，利用长时间监测数据，重复进行三阶线性回归分析得到该储罐在某一给定状态(State＝S())下的Tank＝M(D,b,e)值，将该值作为标准值，记作Tankstand＝Mstand(D,b,e)作为该储罐的“指纹特征”，将实际监测Tankt的值与Tankstand进行对比分析，采用RSS分析由于故障导致的差值，判定故障的种类。

按照本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括：

至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，

所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至6任一项所述的方法。

按照本发明的第四方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至6中任一项所述的方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的方法，通过对LNG罐箱的液相温度、气相压力、液位、加速度以及摆浮频率等动态监控参数进行采集，并对动态监控参数进行以常参数为自变量的单元三阶线性回归分析，利用长时间监测数据，回归得到该储罐在某一给定状态(State＝S())下的Tank＝M(D,b,e)值，将该值作为标准值，记作Tankstand＝Mstand(D,b,e)作为该储罐的“指纹特征”。将实际监测Tankt的值与Tankstand进行对比分析，采用RSS(残差平方和)分析由于故障导致的差值，判定故障的种类，精确实时预报LNG故障，提高LNG全生命周期范围的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法的流程图；

图2是本发明实施例中液相温度故障预报流程示意图；

图3是本发明实施例中气相压力故障预报流程示意图；

图4是本发明实施例中液位故障预报流程示意图；

图5是本发明实施例中加速度故障预报流程示意图；

图6是本发明实施例中摆浮频率故障预报流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于时变参数的LNG罐箱故障预报方法，包括以下步骤：

步骤一：参数采集。

(1)采集主要动态监控参数即时变参数(TVP)：

液相温度传感器T101(℃)；

气相压力传感器P102(MPa)；

液位数据m103(kg)；

加速度a104(m/s2)；

摆浮频率s105(HZ)；

(2)采集主要静态参数即常参数(t)，采集的频率t＝15分钟。

步骤二：对TVP进行以t为自变量的单元三阶线性回归分析，分析的计算公式如下：

TVP＝D+b

其中，D为截距，b为斜率，e为误差项。

步骤三：利用长时间监测数据，回归得到该储罐在某一给定状态(State＝S())下的Tank＝M(D,b,e)值，将该值作为标准值，记作Tankstand＝Mstand(D,b,e)作为该储罐的“指纹特征”。将实际监测Tank

具体的，如图2所示，所述液相温度的数据采集及故障预报包括：

S101：设定采样频率，采集液相温度数据，并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S102：判定残差平方和是否超阈值范围，如否则结束故障预报，如是则转入步骤S103；

S103：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出液态LNG温度范围-165℃～-140℃内，若是预报温度传感器故障；若否则转入步骤S104；

S104：判定分析结果的截距D、斜率b及误差项e编号趋势是否升高或降低，如D、b降低则结束故障预报；若D、b升高，则预报罐箱漏热率升高。

在本发明的实施例中，液相温度传感器T101故障判定：对其中D为回归截距，主要受到装液的初始温度影响；斜率b123主要反映罐箱本身的绝热能力，可能会随着罐箱的老化受到影响；e为误差项。当罐箱装入LNG后，进行数据分析，计算求得当前装液工况下的TankState＝MState(D,b,e)，与Tankstand＝Mstand(D,b,e)中同等D情况下的数值进行对比，若bState与bstand偏差值超出给定范围，则视为故障发生。

如图3所示，所述气相压力的数据采集及故障预报包括：

S105：设定采样频率，采集气相压力数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S106：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报；如是则转入步骤S107；

S107：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，若是则预报压力触感器故障；若否则转入步骤S108；

S108：判定分析结果的截距D、斜率b及误差项e编号趋势是否升高或降低，如D、b降低则结束故障预报；若D、b升高，则预报安全阀起跳。

在本发明的实施例中，气相压力传感器P102故障判定：其中D为回归截距，主要受到装液的初始温度影响；斜率b123主要反映罐箱本身的绝热能力，可能会随着罐箱的老化受到影响；e为误差项。当罐箱装入LNG后，进行数据分析，计算求得当前装液工况下的TankState＝MState(D,b,e)，与Tankstand＝Mstand(D,b,e)中同等D情况下的数值进行对比，若bState与bstand偏差值超出给定范围，则视为故障发生。

如图4所示，所述液相数据采集及故障预报包括：

S109：设定采样频率，采集液位数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S110：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报；如是则转入步骤S110；

S111：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，如是则预报罐箱过充或触感器故障；如否则结束故障预报。

在本发明的实施例中，设定采样频率，采集摆浮频率数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和，判定残差平方和是否超阈值范围，如在范围内，则结束故障预报，如超出阈值范围，则将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，如超出正常阈值范围，则预报传感器故障，若最小值为0，则输出显示罐箱静置。

如图5所示，所述加速度数据采集及故障预报包括：

S112：设定采样频率，采集加速度数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S113：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报，若是则转入步骤S114；

S114：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，若是则预报触感器故障；如最小值为0,则预报罐箱静置。

在本发明的实施例中，加速度传感器a104故障判定：其中D为回归截距，主要受到罐箱在船上位置的影响；斜率b123主要反映罐箱运动加速度变化状态；e为误差项。当罐箱装入LNG后，进行数据分析，计算求得罐箱当前运输状态下的TankState＝MState(D,b,e)，与运输标准值Tankstand＝Mstand(D,b,e)中同等D情况下的数值进行对比，若bState与bstand偏差值超出给定范围，则视为故障发生。此外，判定故障还可对比侦测处于同状态其他罐箱的数据(如同船运输的位置临近的罐箱)

如图6所示，所述摆浮频率的数据采集及故障预报包括：

S115：设定采样频率，采集摆浮频率数据并进行回归分析，将分析结果与标准值进行对比，获得其残差平方和；

S116：判定残差平方和是否超阈值范围，若否则结束故障预报，若是则转入步骤S117；

S117：将分析结果与实测值进行对比，并判定其是否超出正常阈值范围，若高于上限则预报传感器故障，若否则低于下限则预报罐箱静置。

在本发明的实施例中，摆浮频率s105故障判定：其中D为回归截距，主要受到罐箱在船上位置的影响；斜率b123主要反映罐箱运动摆浮变化状态；e为误差项。当罐箱装入LNG后，进行数据分析，计算求得罐箱当前运输状态下的TankState＝MState(D,b,e)，与运输标准值Tankstand＝Mstand(D,b,e)中同等D情况下的数值进行对比，若bState与bstand偏差值超出给定范围，则视为故障发生。此外，判定故障还可对比侦测处于同状态其他罐箱的数据(如同船运输的位置临近的罐箱)。

本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。

此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。