一种管道抑爆方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及管道抑爆技术领域，尤其涉及一种管道抑爆方法及装置，包括通过气体传感器采集管道中甲烷浓度并输出电信号值；对甲烷浓度进行模糊化处理；构建甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数，得到爆炸倒计时；并制定模糊规则，输出爆炸等级；设置不同的甲烷告警阈值，根据不同的告警阈值触发不同的告警。本发明专利技术将甲烷浓度行模糊化处理，并利用隶属度函数计算甲烷爆炸倒计时，并通过不同甲烷告警阈值实现，不同类型的告警提示；通过遗传算法寻优爆炸倒计时和告警阈值，控制方法简单。控制方法简单。控制方法简单。

【技术实现步骤摘要】
一种管道抑爆方法及装置


[0001]本专利技术涉及管道抑爆
，尤其涉及一种管道抑爆方法及装置。

技术介绍

[0002]天然气是一种清洁、高效、优质的能源，但天然气具有易燃、易爆的特性，当作为天然气的主要成分甲烷在应用过程中一旦疏忽发生泄漏，在封闭空间内就可能会形成危及周边群众生命及财产安全的爆炸性混合气体。
[0003]现有的管道抑爆方法有通过神经网络进行训练，但神经网络算法需要大量测试样本，且容易出现过拟合问题。
[0004]现今的管道抑爆装置未将超细水雾作为抑爆手段与管道报警相结合，只能在易燃气体达到爆炸浓度时进行抑爆，缺少爆炸前的预警。

技术实现思路

[0005]针对现有方法的不足，本专利技术所采用的技术方案是：一种管道抑爆方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、通过气体传感器采集管道中甲烷浓度并输出电信号值；
[0007]步骤二、对甲烷浓度进行模糊化处理；构建甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数，并通过反模糊化得到爆炸倒计时；并制定模糊规则，输出爆炸等级；
[0008]进一步的，甲烷浓度进行模糊化处理是将甲烷浓度量化等级：[0,20)为1级，[20,40)为2级，[40,100)为3级，[100,200)为4级，[200,300]为5级。
[0009]进一步的，通过对甲烷浓度增长速率的逆运算，根据短时间内甲烷浓度增长速度对甲烷爆炸时间做出预测，构建甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数的公式为：
[0010][0011]其中，t为甲烷爆炸倒计时，s；ch为甲烷浓度阈值，ch
A
为报警浓度阈值A，mg；ch
B
为爆炸浓度阈值B，mg；为每秒的甲烷浓度的平均增量，mg/(m3·
s)。
[0012]进一步的，模糊规则为：
[0013]当甲烷浓度量化值为极少或少或中时，甲烷爆炸倒计时量化值为慢；
[0014]当甲烷浓度量化值为多时，甲烷爆炸倒计时量化值为中；
[0015]当甲烷浓度量化值为极多时，甲烷爆炸倒计时量化值为快。
[0016]步骤三、设置不同的甲烷告警阈值，根据不同的告警阈值触发不同的告警。
[0017]进一步的，甲烷告警阈值包括：触发烟雾告警阈值A、触发超细水雾和烟雾告警阈值B。
[0018]进一步的，还包括：步骤四、根据历史数据，利用遗传算法寻优工作人员赶到危险源现场时间t
c
和阈值A。
[0019]进一步的，遗传算法寻优具体包括：
[0020]设置种群规模N，终止进化代数T、交叉概率p
c
和变异概率p
m
；
[0021]计算阈值B的目标函数：
[0022]ch
B
＝min{ch1，ch2，ch3
…
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0023]其中，ch1，ch2，ch3
…
为历史数据库中发生爆炸时甲烷浓度，mg/m3；
[0024]计算工作人员赶到危险源现场并进行应急处置时间：
[0025]t
c
＝max{D/v}+t
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]其中，D为工作人员位置距浓度异常点的距离，m；v为工作人员使用的某种交通工具速度，m/s；t
m
为工作人员应急处置时间，s；
[0027]构建阈值A的目标函数：
[0028]ch
A
＝μch
B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0029]其中，μ为拟合系数，ch
A
为阈值A的目标函数；
[0030]拟合系数的公式为：
[0031]μ＝a
‑
b*ln(t
c
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0032]其中，a，b为常量；t
c
为工作人员赶到危险源现场时间，s；
[0033]利用甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数t；
[0034][0035]通过遗传算法进行迭代寻优，当满足终止条件t≥t
c
时终止寻优，得到t
c
和阈值A。
[0036]进一步的，一种管道抑爆系统，包括：检测模块、处理模块、通讯模块和控制模块，检测模块用于检测管道内易燃气体浓度；处理模块根据易燃气体浓度计算爆炸倒计时；通讯模块用于发送告警信息、处理模块和控制模块之间的数据交互；控制模块用于控制超声雾化装置产生超细水雾以及烟雾机产生告警烟雾。
[0037]本专利技术的有益效果：
[0038]1、本专利技术将甲烷浓度进行模糊化处理，并利用隶属度函数计算甲烷爆炸倒计时，并通过不同甲烷告警阈值实现不同类型的告警提示；
[0039]2、通过遗传算法寻优出满足工作人员赶到现场并进行应急处置的甲烷爆炸倒计时时间和告警阈值A，控制方法简单。
附图说明
[0040]图1是本专利技术的管道抑爆方法流程图；
[0041]图2是本专利技术的管道抑爆装置连接图；
[0042]图3是本专利技术中系数μ与t
c
的拟合曲线；
[0043]图2中，1、烟雾机，2、井盖，3、气体传感器，4、阀门，5、水雾导管，6、继电器，7、密闭树脂储水箱，8、超声雾化装置。
具体实施方式
[0044]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。
[0045]如图1所示，一种管道抑爆方法，包括以下步骤：
[0046]步骤一、通过气体传感器采集管道中甲烷浓度并输出电信号值；
[0047]步骤二、对甲烷浓度进行模糊化处理；构建甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数，得到爆炸倒计时；并制定模糊规则，输出爆炸等级；
[0048]计算过程如下：
[0049]模糊化处理：将管道内气体浓度作为输入变量，以甲烷爆炸倒计时作为输出变量；
[0050]令甲烷浓度的单位为mg/m3，其单位转化为：
[0051]c(mg/m3)＝M/22.4(ppm)[273/(273+T)(P/101325)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0052]其中，M为气体分子量，g/mol；P为气体压力，Pa；T为气体温度，℃；ppm为MQ
‑
2型烟雾气敏传感器测量的体积浓度。
[0053]将浓度定义为每立方米空气中所含污染物的质量数，即在某一瞬间单位质量的空气中含有甲烷的质量数实际论域为[0,300]；令甲烷爆炸倒计时单位为s，设甲烷爆炸倒计时的实际论域为[0,300]。
[0054]在确定了输入变量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道抑爆方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过气体传感器采集管道中甲烷浓度并输出电信号值；步骤二、对甲烷浓度进行模糊化处理；构建甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数，得到爆炸倒计时；并制定模糊规则，输出爆炸等级；步骤三、设置不同的甲烷告警阈值，根据不同的告警阈值触发不同的告警。2.根据权利要求1所述的管道抑爆方法，其特征在于，甲烷浓度进行模糊化处理是将甲烷浓度量化等级：[0,20)为1级，[20,40)为2级，[40,100)为3级，[100,200)为4级，[200,300]为5级。3.根据权利要求1所述的管道抑爆方法，其特征在于，根据对甲烷浓度增长速率的逆运算法则，预测甲烷浓度增长速度与甲烷爆炸的时间关系，构建甲烷浓度和甲烷爆炸倒计时之间的隶属度函数的公式为：其中，t为甲烷爆炸倒计时，s；ch为甲烷浓度阈值，ch
A
为报警浓度阈值A，mg；ch
B
为爆炸浓度阈值B，mg；为每秒的甲烷浓度的平均增量，mg/(m3·
s)。4.根据权利要求1所述的管道抑爆方法，其特征在于，模糊规则包括：当甲烷浓度量化值为极少或少或中时，甲烷爆炸倒计时量化值为慢；当甲烷浓度量化值为多时，甲烷爆炸倒计时量化值为中；当甲烷浓度量化值为极多时，甲烷爆炸倒计时量化值为快。5.根据权利要求1所述的管道抑爆方法，其特征在于，甲烷告警阈值包括：触发烟雾告警阈值A、触发超细水雾和烟雾告警阈值B。6.根据权利要求5所述的管道抑爆方法，其特征在于，还包括：步骤四、根据历史数据，利用遗传算法寻优工作人员赶到危险源现场时间t
c
和阈值A。7.根据权利要求5所述的管道抑爆方法，其特征在于，遗传算法寻优具体包括：设置种群规模N，终止进化代数T、交叉概率p
c
和变异概率p
m
；计算阈值B的目标函数ch
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭菁菁，郝永梅，邢志祥，吴凡，吴政奇，黄勇，杨健，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：