一種具有蓄能功能的管道應急阻斷控制系統的製作方法

2024-03-24 02:36:05

本發明涉及一種管道應急阻斷系統，尤其涉及一種具有蓄能功能的管道應急阻斷控制系統。

背景技術：

近幾年來，各種危險化學品儲罐、工業易燃易爆介質輸送管道、工業及城市燃氣管道等燃燒爆炸事故頻現，造成了巨大的財產損失與人員傷亡。這些事故中尤其值得我們關注的是，由於未能快速有效地遏制一次事故，迅速衍生出的二次事故往往是造成了巨大的損失的直接原因。

目前在這些危險介質管道的應急切斷裝置是各種計算機自動控制系統控制管道流動介質應急切斷，但由於各種工業管道、化工危險介質儲罐、城市天然氣等管道分布非常廣，供電、供氣難度較大，後期維護難度巨大，更重要的是，在發生燃燒爆炸事故後，這些電路、氣路系統往往會被事故破壞而失去原有作用。一旦計算機控制系統或相關的執行機構損壞，這些應急堵漏閥關閉只能由人工幹預，即需要人直接操作才能實現堵漏。

而在化學品事故發生後，譬如燃燒、爆炸事故現場常因人們無法靠近燃爆現場而無法在關閉閥門，進而無法及時阻斷易燃易爆介質快速流出，可能會形成更大面積的燃燒或爆炸，形成多米洛效應。此時人們只有穿上防火服等冒著生命危險到事故現場手工關閉有關閥門，人工幹預堵漏方法的具有較多缺點：第一，人為響應程序緩慢；第二，對操作人員要求高，緊急情況下需要操作人員既要具有專業能力又要熟悉事故現場；第三，需要為操作人員穿戴特殊防護裝備，再一次浪費時間；第四，隨時有操作人員犧牲危險。

工業管道、化工危險介質儲罐、城市天然氣管道如果發生意外洩漏後極易發生各種燃燒爆炸事故，很容易造成極大的人員傷亡和財產損失，目前配備的管道危險介質流動自動切斷裝置，部署和後期維護難度大，更重要的是，在發生燃燒爆炸事故後，這些電路、氣路系統往往會被事故破壞，從而無法有效的在事故發生第一時間將危險介質流動切斷。有些工業危險介質輸送管道，平時無需自動控制系統經常動作，僅在事故發生時需要及時切斷。

因此，亟待解決上述問題。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的是提供可在應急時輸出適合電能來驅動執行機構應急切斷危險介質流動和洩露，避免衍生出的二次事故造成更大損失的一種具有蓄能功能的管道應急阻斷控制系統。

技術方案：為實現以上目的，本發明公開了一種具有蓄能功能的管道應急阻斷控制系統，包括主控模塊、能量管理模塊、能量存儲模塊、執行驅動模塊和主備切換模塊；

所述主控模塊用於控制能量管理模塊和能量存儲模塊；

所述能量存儲模塊用於存儲電能，該能量存儲模塊的電能通過能量管理模塊轉換為驅動電能傳輸至執行驅動模塊；

所述執行驅動模塊用於控制管道的通斷；

所述主備切換模塊用於監測外置主控系統的斷開信號，並向主控模塊發出指令信號。

其中，還包括能量收集模塊，該能量收集模塊用於收集管道內及其四周的能量且將收集到的能量通過能量管理模塊轉化為適用於能量存儲模塊的充電電能；所述能量收集模塊與主控模塊電連接。

再者，所述能量收集模塊包括光伏電池模塊、管道介質波動/振動能量收集模塊、管道介質流動勢能轉換模塊和溫差熱電轉換模塊。

進一步，所述能量存儲模塊是由單體法拉電容或多個法拉電容的混合串並構成的大容量電容。本發明中能量存儲模塊利用了大容量法拉電容的小電流蓄能、非常小的漏電，以及較大電流的放電特性，降低對能量管理模塊尺寸和效率需求，從而使得該控制系統集成模塊尺寸儘量合理小巧化，同時法拉電容的大電流放電特點可有效匹配執行驅動模塊，例如常用的電磁閥驅動機構、電機驅動機構或其他驅動機構。

優選的，還包括無線收發模塊，該無線收發模塊用於接收無線指令信號，並將指令信號傳輸至主控模塊。

進一步，還包括管道參數收集模塊，該管道參數收集模塊用於收集管道內介質壓力和溫度信息，並將收集到的信息經由無線收發模塊傳輸至主控模塊或手持無線終端。

優選的，所述執行驅動模塊包括電磁閥驅動機構、電動閥驅動機構和電機驅動機構中的一種或多種的組合而成。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：

(1)本發明可以實現在發生燃燒爆炸事故後，當主控制電氣系統被事故破壞失效後，及時切換至應急阻斷控制系統，在事故發生第一時間及時將危險介質流動切斷，避免危險進一步擴大。

(2)本發明中能量存儲模塊利用了大容量法拉電容的小電流蓄能、非常小的漏電，以及較大電流的放電特性，降低對能量管理模塊尺寸和效率需求，從而使得該控制系統集成模塊尺寸儘量合理小巧化，同時法拉電容的大電流放電特點可有效的匹配執行驅動模塊，例如常用的電磁閥驅動機構、電機驅動機構或其他驅動機構；

(3)本發明中能量收集模塊可以在平時收集各種微小能量，應急時可輸出適合電能給能量存儲模塊充電，包括能量存儲模塊具有充足電能來驅動執行機構應急切斷危險介質流動和洩露；

(4)區別於現有管道應急切斷自動控制系統需要明線(電路、氣路)架設，本發明無需另設明線，特別適合於各種工業危險介質輸送管道、城市燃氣管網、天然氣長輸管道等閥門動作不頻繁、現場布線不便等情況，更適合於作為現有傳統管道應急自動切斷後備系統，在因各種原因導致原有控制系統失效情況下自動切換到本裝置控制，形成管道應急切斷系統的最後保障。

附圖說明

圖1為本發明的原理流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。

如圖1所示，本發明一種具有蓄能功能的管道應急阻斷控制系統，包括主控模塊1、能量管理模塊2、能量存儲模塊3、執行驅動模塊4、主備切換模塊5、能量收集模塊6、無線收發模塊7、手持無線終端8和管道參數收集模塊9。

其中主控模塊1用於控制能量管理模塊2和能量存儲模塊3；能量存儲模塊3用於存儲電能，該能量存儲模塊3的電能通過能量管理模塊2轉換為驅動電能傳輸至執行驅動模塊4；執行驅動模塊4用於控制管道的通斷；主備切換模塊5用於監測外置主控系統的斷開信號，並向主控模塊1發出指令信號。本發明可以實現在發生燃燒爆炸事故後，當主控制電氣系統被事故破壞失效後，及時切換至應急阻斷控制系統，在事故發生第一時間及時將危險介質流動切斷，避免危險進一步擴大。

上述能量存儲模塊3是由單體法拉電容或多個法拉電容的混合串並構成的大容量電容。本發明不採用具有充電電池，是因為現有的充電電池使用壽命有限、內部不穩定、會產生爆炸、漏電電流大。本發明中能量存儲模塊利用了大容量法拉電容的小電流蓄能、非常小的漏電，以及較大電流的放電特性，降低對能量管理模塊尺寸和效率需求，從而使得該控制系統集成模塊尺寸儘量合理小巧化，同時法拉電容的大電流放電特點可有效的匹配執行驅動模塊，例如常用的電磁閥驅動機構、電機驅動機構或其他驅動機構。

本發明的能量管理模塊2推薦採用bq24259或與之功能相近的晶片，並由主控模塊1控制。能量存儲模塊3可採用12v，容量3-5法拉的法拉電容，也可根據具體驅動能力，對法拉電容進行並串接組合，以匹配阻斷執行機構驅動能力。執行驅動模塊4包括電磁閥驅動機構、電動閥驅動機構和電機驅動機構中的一種或多種的組合而成。上述能量收集模塊6用於收集管道內及其四周的能量且將收集到的能量通過能量管理模塊2轉化為適用於能量存儲模塊3的充電電能；所述能量收集模塊6與主控模塊1電連接。能量收集模塊6包括光伏電池模塊、管道介質波動/振動能量收集模塊、管道介質流動勢能轉換模塊和溫差熱電轉換模塊，優選小尺寸的光伏電池。

本發明中無線收發模塊7用於接收由手持無線終端8發出的無線指令信號，並將指令信號傳輸至主控模塊1。本發明還包括管道參數收集模塊9，該管道參數收集模塊9用於收集管道內介質壓力和溫度信息，並將收集到的信息經由無線收發模塊7傳輸至主控模塊1或手持無線終端8。主控模塊1和無線收發模塊7可分別由獨立的cpu與無線收發晶片構成，也可以由cpu與無線收發一體的單一晶片構成，推薦選擇低功耗晶片nrf52832或cc2630系列多核晶片。本發明中能量收集模塊可以在平時收集各種微小能量，應急時可輸出適合電能給能量存儲模塊充電，包括能量存儲模塊具有充足電能來驅動執行機構應急切斷危險介質流動和洩露。

區別於現有管道應急切斷自動控制系統需要明線(電路、氣路)架設，本發明無需另設明線，特別適合於各種工業危險介質輸送管道、城市燃氣管網、天然氣長輸管道等閥門動作不頻繁、現場布線不便等情況，更適合於作為現有傳統管道應急自動切斷後備系統，在因各種原因導致原有控制系統失效情況下自動切換到本裝置控制，形成管道應急切斷系統的最後保障。