一种储罐呼吸气辅助检测装置及其呼吸气损耗检测方法与流程

1.本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种储罐呼吸气辅助检测装置及其呼吸气损耗检测方法。


背景技术：

2.储罐中静止储存的油品，白天受太阳热辐射使油温升高，引起上部空间气体膨胀和油面蒸发加剧，罐内压力随之升高，当压力达到呼吸阀允许值时，油蒸汽就逸出罐外造成损耗。如果油蒸汽逸散过多，一方面会造成资源的浪费，另一方面存在一定的安全隐患。现有技术的呼吸气检测装置大多比较复杂，制造成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种制造成本低，安装使用方便的储罐呼吸气辅助检测装置。
4.本发明是通过如下措施实现的：一种储罐呼吸气辅助检测装置，其特征在于，包括中空的筒体，所述筒体的侧壁上沿所述筒体轴线方向设置有若干内径一致的小管，所述小管与所述筒体的内部连通，相邻两个所述小管之间垂直距离均相同，所述筒体的顶端通过密封盖密封，所述筒体的底端与储罐的呼吸阀连通；
5.还包括设置在所述筒体内部的浮子，所述浮子的外壁与所述筒体的内壁接触且所述浮子靠自重能够下落至所述筒体的最底部。
6.所述小管为直角管且开口朝下。
7.所述浮子为帽状且开口朝下。
8.所述筒体的外壁上涂有保温涂料。
9.所述浮子的质量最好能够改变。
10.所述筒体的底部外壁上通过螺纹连接设置有环形底板，所述底板的内壁上且位于所述筒体的下方设置防止所述浮子过度下移的环形挡板，所述环形底板或筒体通过螺纹连接与呼吸阀连接。
11.还包括红外热像仪，所述红外热像仪能够覆盖整个所述筒体且能沿着所述筒体的轴线做圆周运动。
12.所述密封盖通过螺纹连接在所述筒体上或插接在所述筒体内，所述密封盖上同心设置有通孔，所述通孔内插接设置有导杆，所述导杆能够沿着所述通孔上下移动，还包括能够套接在所述导杆上质量已知的环体，所述导杆的高度略大于所述筒体的高度，所述导杆与所述通孔之间设置有密封圈。
13.一种应用所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，具体步骤为：
14.s1、当浮子在所述筒体内处于平衡状态下，采集所述浮子以下小管的个数；
15.s2、计算浮子以下各个小管的流量qi；
16.s3、浮子以下各个小管的流量之和为呼吸气损耗q。
17.所述步骤s2具体为：
18.s21、预先测量所述筒体和小管的内径并计算横截面面积，分别为a1和a2；
19.s22、测量所述浮子的重量；
20.s23、依据公式获得浮子上下的压力差；
21.其中，δp为浮子上下压差，pa；m为浮子质量，kg；ρ为流体的密度；a1为筒体的内圈横截面面积，m2；v为不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流体流速，m/s；
22.s24、依据公式δp和公式获得不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流速；
23.s25、依据不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流速获得各个小管的流量和呼吸气损耗q。
24.步骤s25具体为：
25.s251、则小管流量为：q1＝q2＝....＝ρva2；其中，a2为小管内圈横截面面积，m2；
26.s252、则呼吸气损耗q＝q1+q2+.....，kg/m3；
27.或所述步骤s25具体为：
28.s251、测量各个小管与呼吸阀之间的垂直高度，在考虑筒体内空气的垂直重力差下，依据获得各个小管内的流速；
29.s252、则小管流量为：qi＝ρvia2，其中vi为考虑筒体内空气的垂直重力差下各个小管内的流速，m/s；
30.s253、则呼吸气损耗q＝q1+q2+....＝ρv1a2+ρv2a2+....，kg/m3。
31.在有压条件下，对密度进行修正，具体为：
[0032][0033]
其中，k为绝热指数，1.4；ρ修正后流体密度，kg/m3；ρ1为修正前流体密度，kg/m3；
[0034]
p0为大气压，101325pa。
[0035]
当储罐尺寸过大时，人工不好观察，可以通过热成像技术采集小管的个数，具体为：
[0036]
(1)、读取图像并去掉边缘区域；右边图像为标识区域，因此可以统一处理，将边界统一缩短300像素即可去掉右边的标识区域；
[0037]
(2)、使用线性空间滤波方法进行滤波处理，滤波后去噪并将图像转换为二值图像。
[0038]
图像滤波，使用线性空间滤波方法进行处理，可以对任意类型数组或多维图像进行滤波，函数形式是b＝imfilter(a,h)，其中模板h为[111；111；1-91]；
[0039]
滤波后将噪声去除，然后使用最大类间方差法找到图片的一个合适的阈值(threshold)，利用这个阈值通常比人为设定的阈值能更好地把一张灰度图像转换为二值
图像；通过第二步计算出来的阈值，使用im2bw函数将灰度图像转换为二值图像
[0040]
(3)、得到二值图像进行边缘检测，然后提取边缘点；得到的图像在进行边缘检测，然后提取边缘点，具体原理为功能是采用i作为它的输入，并返回一个与i相同大小的二值化图像bw，在函数检测到边缘的地方为1，其他地方为0。
[0041]
(4)、检测出来边缘后进行直线检测；检测出来边缘后进行直线检测，用于计算管道中央位置以及偏移角度。使用霍夫变换算法计算直线坐标，其本质的原理是将直角坐标系变为极坐标系，通过将直线中的每个点都变换到变换后空间，找出多条直线相交的点就可以找出变换前空间的直线；计算出来坐标点后，可以得到每段线段的起点与末点，以及对应的极坐标系参数；通过坐标关系可以找到左边界与右边界的延长线与上下边的交点，进而可以找到管道的主体区域。
[0042]
(5)、排除主体管道区域；由计算出来的方程y＝ax+b可得，在直角坐标系中，a》0时，如果任一点(x1,y1)代入方程ax1+b》y1时，(x1,y1)在直线的上方；否则在下方。
[0043]
因此可以将所得图像的位置代入所得方程：
[0044]
a1x+b1》y；
[0045]
a2x+b2《y；
[0046]
将满足方程的点设为1，不满足的设为0，则可得到管道的掩膜区域；
[0047]
将掩膜区域与第二步所得管道主体区域进行相乘，即可得所需要的排气孔区域。
[0048]
(6)、计算连通区域；通过分离出需要计算的区域，可以很清楚的得到需要的目标，由于连通区域为需要的目标，因此只需统计连通区域个数即可。具体原理为:遍历图像，并记下每一行(或列)中连续的团(run)和标记的等价对，然后通过等价对对原来的图像进行重新标记，具体为：
[0049]
横向合并：
[0050]
主要操作：
①
记录块的数量(numofruns)
[0051]
②
记录块的所在行(rowrun)
[0052]
③
记录块的起点(starun)终点(endrun)
[0053]
纵向合并：
[0054]
主要操作：
①
合并块(初级的合并，只是相对两行有重叠的块)
[0055]
②
标记块(初步标记)
[0056]
③
存储等价对
[0057]
逆向合并：
[0058]
主要操作：(1)从标记号开始遍历，在深度遍历，直到没有了等价对，则是标为一个等价列表。
[0059]
(2)将等价表进行标号，即是整个块的标号(这个标号是重新标号的)通过一系列的计算，可以得到连通区域的个数。
[0060]
但是这样会有很多小的区域不满足要求，比如图中的细线区域，很明显不是想要的，因此需要经过一些后处理的办法去掉。
[0061]
(7)、去掉小区域，得到最终图像；杂乱的目标区域中，一个很明显的不想要的区域为细线，因此先使用腐蚀的办法去掉细线；通常腐蚀后图像不饱满，因此使用膨胀的方法使目标区域变得更加饱满。通过去掉小区域可以很好的保留所需要的目标。
[0062]
(8)、基于最终图像，通过小管的个数和计算方法，确定损耗气体。。
[0063]
另外，当由于图像的拍摄原因，会有很多不能分离的大区域，这种经过处理后很明显会留下较大的非目标区域为了更好地获得目标区域，需要将所需要的区域进行标号，然后统计标号所在区域的面积，然后将大于一定面积的区域排除，这其中需要另一个掩膜，这个掩膜是根据标号区域面积阈值进行计算。经过处理可以将大区域去除，然后依据步骤(6)计算连通区域个数即可。
[0064]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：制造成本低，安装使用方便；通过采集浮子下方小管的个数结合公式来直接推算储罐内呼吸气的流量，完全依据物理原理且不受储罐大小呼吸的吸气干扰；另外，任何温度高于绝对零度的物体都可以发出红外线，储罐呼吸气具有一定温度，可以通过红外热像仪进行气体形状的识别，当储罐呼吸气由规则的筒体约束，靠储罐和大气的内外压差推动浮子上移，通过红外热像仪观测浮子之下小出气管的数量，结合公式来推算储罐内呼吸气的流量。
附图说明
[0065]
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
[0066]
图2为本发明的内部结构示意图。
[0067]
图3为热成像技术采集小管的个数中步骤(1)的示意图。
[0068]
图4为热成像技术采集小管的个数中步骤(2)和步骤(3)的示意图。
[0069]
图5为热成像技术采集小管的个数中步骤(4)的示意图。
[0070]
图6为热成像技术采集小管的个数中步骤(5)和步骤(6)的示意图。
[0071]
图7为热成像技术采集小管的个数中步骤(7)的示意图。
[0072]
其中，附图标记为：1、筒体；2、小管；3、密封盖；4、底板；5、浮子；6、环形挡板。
具体实施方式
[0073]
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
[0074]
实施例一：
[0075]
参见图1-图2，一种储罐呼吸气辅助检测装置，包括中空的筒体1，筒体1的侧壁上沿筒体1轴线方向设置有若干内径一致的小管2，小管2与筒体1的内部连通，相邻两个小管2之间垂直距离均相同，筒体1的顶端通过密封盖3密封，筒体1的底端与储罐的呼吸阀连通；
[0076]
还包括设置在筒体1内部的浮子5，浮子5的外壁与筒体1的内壁接触且浮子5靠自重能够下落至筒体1的最底部。
[0077]
小管2为直角管且开口朝下。
[0078]
浮子5为帽状且开口朝下。
[0079]
筒体1的外壁上涂有保温涂料。
[0080]
浮子1的质量最好能够改变。
[0081]
筒体1的底部外壁上通过螺纹连接设置有环形底板4，底板4的内壁上且位于筒体1的下方设置防止浮子5过度下移的环形挡板5，环形底板5或筒体1通过螺纹连接与呼吸阀连接。
[0082]
还包括红外热像仪，红外热像仪能够覆盖整个筒体且能沿着筒体1的轴线做圆周
运动。
[0083]
密封盖3通过螺纹连接在筒体1上或插接在筒体1内，密封盖3上同心设置有通孔，通孔内插接设置有导杆，导杆能够沿着通孔上下移动，还包括能够套接在导杆上质量已知的环体，导杆的高度略大于筒体1的高度，导杆与通孔之间设置有密封圈。
[0084]
实施例二：
[0085]
参见图1-图2，在实施例一的基础上，一种应用储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，具体步骤为：
[0086]
s1、当浮子5在筒体1内处于平衡状态下，采集浮子5以下小管2的个数；
[0087]
s2、计算浮子5以下各个小管的流量qi；
[0088]
s3、浮子5以下各个小管2的流量之和为呼吸气损耗q。
[0089]
步骤s2具体为：
[0090]
s21、预先测量筒体1和小管2的内径并计算横截面面积，分别为a1和a2；
[0091]
s22、测量浮子5的重量；
[0092]
s23、依据公式获得浮子5上下的压力差；
[0093]
其中，δp为浮子上下压差，pa；m为浮子质量，kg；ρ为流体的密度；a1为筒体的内圈横截面面积，m2；v为不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流体流速，m/s；
[0094]
s24、依据公式δp和公式获得不考虑筒体1内空气的垂直重力差下小管内的流速；
[0095]
s25、依据不考虑筒体1内空气的垂直重力差下小管内的流速获得各个小管2的流量和呼吸气损耗q。
[0096]
步骤s25具体为：
[0097]
s251、则小管流量为：q1＝q2＝....＝ρva2；其中，a2为小管内圈横截面面积，m2；
[0098]
s252、则呼吸气损耗q＝q1+q2+.....，kg/m3；
[0099]
或步骤s25具体为：
[0100]
s251、测量各个小管与呼吸阀之间的垂直高度，在考虑筒体1内空气的垂直重力差下，依据获得各个小管内的流速；
[0101]
s252、则小管流量为：qi＝ρvia2，其中vi为考虑筒体内空气的垂直重力差下各个小管内的流速，m/s；
[0102]
s253、则呼吸气损耗q＝q1+q2+....＝ρv1a2+ρv2a2+....，kg/m3。
[0103]
非大气环境压力条件下，对密度进行修正，具体为：
[0104][0105]
其中，k为绝热指数，1.4；ρ修正后流体密度，kg/m3；ρ1为修正前流体密度，kg/m3；
[0106]
p0为大气压，101325pa。
[0107]
通过已知数据，通过人为观察浮子以下小管的个数，直接进行计算得到呼吸气损
耗。
[0108]
实施例三：
[0109]
在实施例二中，当储罐尺寸较大，不好人为观察时，可以采用热成像技术进行采集小管的个数，具体为：
[0110]
(1)、读取图像并去掉边缘区域；右边图像为标识区域，因此可以统一处理，将边界统一缩短300像素即可去掉右边的标识区域；
[0111]
(2)、使用线性空间滤波方法进行滤波处理，滤波后去噪并将图像转换为二值图像。
[0112]
图像滤波，使用线性空间滤波方法进行处理，可以对任意类型数组或多维图像进行滤波，函数形式是b＝imfilter(a,h)，其中模板h为[111；111；1-91]；
[0113]
滤波后将噪声去除，然后使用最大类间方差法找到图片的一个合适的阈值(threshold)，利用这个阈值通常比人为设定的阈值能更好地把一张灰度图像转换为二值图像；通过第二步计算出来的阈值，使用im2bw函数将灰度图像转换为二值图像
[0114]
(3)、得到二值图像进行边缘检测，然后提取边缘点；得到的图像在进行边缘检测，然后提取边缘点，具体原理为功能是采用i作为它的输入，并返回一个与i相同大小的二值化图像bw，在函数检测到边缘的地方为1，其他地方为0。
[0115]
(4)、检测出来边缘后进行直线检测；检测出来边缘后进行直线检测，用于计算管道中央位置以及偏移角度。使用霍夫变换算法计算直线坐标，其本质的原理是将直角坐标系变为极坐标系，通过将直线中的每个点都变换到变换后空间，找出多条直线相交的点就可以找出变换前空间的直线；计算出来坐标点后，可以得到每段线段的起点与末点，以及对应的极坐标系参数；通过坐标关系可以找到左边界与右边界的延长线与上下边的交点，进而可以找到管道的主体区域。
[0116]
(5)、排除主体管道区域；由计算出来的方程y＝ax+b可得，在直角坐标系中，a》0时，如果任一点(x1,y1)代入方程ax1+b》y1时，(x1,y1)在直线的上方；否则在下方。
[0117]
因此可以将所得图像的位置代入所得方程：
[0118]
a1x+b1》y；
[0119]
a2x+b2《y；
[0120]
将满足方程的点设为1，不满足的设为0，则可得到管道的掩膜区域；
[0121]
将掩膜区域与第二步所得管道主体区域进行相乘，即可得所需要的排气孔区域。
[0122]
(6)、计算连通区域；通过分离出需要计算的区域，可以很清楚的得到需要的目标，由于连通区域为需要的目标，因此只需统计连通区域个数即可。具体原理为:遍历图像，并记下每一行(或列)中连续的团(run)和标记的等价对，然后通过等价对对原来的图像进行重新标记，具体为：
[0123]
横向合并：
[0124]
主要操作：
①
记录块的数量(numofruns)
[0125]
②
记录块的所在行(rowrun)
[0126]
③
记录块的起点(starun)终点(endrun)
[0127]
纵向合并：
[0128]
主要操作：
①
合并块(初级的合并，只是相对两行有重叠的块)
[0129]
②
标记块(初步标记)
[0130]
③
存储等价对
[0131]
逆向合并：
[0132]
主要操作：
①
从标记号开始遍历，在深度遍历，直到没有了等价对，则是标为一个等价列表。
[0133]
②
将等价表进行标号，即是整个块的标号(这个标号是重新标号的)通过一系列的计算，可以得到连通区域的个数。
[0134]
但是这样会有很多小的区域不满足要求，比如图中的细线区域，很明显不是想要的，因此需要经过一些后处理的办法去掉。
[0135]
(7)、去掉小区域，得到最终图像；杂乱的目标区域中，一个很明显的不想要的区域为细线，因此先使用腐蚀的办法去掉细线；通常腐蚀后图像不饱满，因此使用膨胀的方法使目标区域变得更加饱满。通过去掉小区域可以很好的保留所需要的目标。
[0136]
(8)、基于最终图像，通过小管的个数和计算方法，确定损耗气体。
[0137]
另外，当由于图像的拍摄原因，会有很多不能分离的大区域，这种经过处理后很明显会留下较大的非目标区域为了更好地获得目标区域，需要将所需要的区域进行标号，然后统计标号所在区域的面积，然后将大于一定面积的区域排除，这其中需要另一个掩膜，这个掩膜是根据标号区域面积阈值进行计算。经过处理可以将大区域去除，然后依据步骤(6)计算连通区域个数即可。
[0138]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0139]
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0140]
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0141]
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种储罐呼吸气辅助检测装置，其特征在于，包括中空的筒体，所述筒体的侧壁上沿所述筒体轴线方向设置有若干内径一致的小管，所述小管与所述筒体的内部连通，相邻两个所述小管之间垂直距离均相同，所述筒体的顶端通过密封盖密封，所述筒体的底端与储罐的呼吸阀连通；还包括设置在所述筒体内部的浮子，所述浮子的外壁与所述筒体的内壁接触且所述浮子靠自重能够下落至所述筒体的最底部。2.根据权利要求1所述的储罐呼吸气辅助检测装置，其特征在于，所述小管为直角管且开口朝下。3.根据权利要求1所述的储罐呼吸气辅助检测装置，其特征在于，所述浮子为帽状且开口朝下。4.根据权利要求1所述的储罐呼吸气辅助检测装置，其特征在于，还包括红外热像仪，所述红外热像仪能够覆盖整个所述筒体且能沿着所述筒体的轴线做圆周运动。5.一种应用权利要求1所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，具体步骤为：s1、当浮子在所述筒体内处于平衡状态下，采集所述浮子以下小管的个数；s2、计算浮子以下各个小管的流量q
i
；s3、浮子以下各个小管的流量之和为呼吸气损耗q。6.根据权利要求5所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：s21、预先测量所述筒体和小管的内径并计算横截面面积，分别为a1和a2；s22、测量所述浮子的重量；s23、依据公式获得浮子上下的压力差；其中，δp为浮子上下压差，pa；m为浮子质量，kg；ρ为流体的密度；a1为筒体的内圈横截面面积，m2；v为不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流体流速，m/s；s24、依据δp和公式获得不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流速；s25、依据不考虑筒体内空气的垂直重力差下小管内的流速获得各个小管的流量和呼吸气损耗q。7.根据权利要求6所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，步骤s25具体为：s251、则小管流量为：q1＝q2＝....＝ρva2；其中，a2为小管内圈横截面面积，m2；s252、则呼吸气损耗q＝q1+q2+.....，kg/m3。8.根据权利要求6所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，所述步骤s25具体为：s251、测量各个小管与呼吸阀之间的垂直高度，在考虑筒体内空气的垂直重力差下，依据获得各个小管内的流速；
s252、则小管流量为：q
i
＝ρv
i
a2，其中v
i
为考虑筒体内空气的垂直重力差下各个小管内的流速，m/s；s253、则呼吸气损耗q＝q1+q2+....＝ρv1a2+ρv2a2+....，kg/m3。9.根据权利要求6-8任意一项所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，非大气环境压力条件下，对密度进行修正，具体为：其中，k为绝热指数，1.4；ρ修正后流体密度，kg/m3；ρ1为修正前流体密度，kg/m3；p0为大气压，101325pa。10.根据权利要求6所述的储罐呼吸气辅助检测装置的呼吸气损耗检测方法，其特征在于，通过热成像技术采集小管的个数，具体为：(1)、读取图像并去掉边缘区域；(2)、使用线性空间滤波方法进行滤波处理，滤波后去噪并将图像转换为二值图像；(3)、得到二值图像进行边缘检测，然后提取边缘点；(4)、检测出来边缘后进行直线检测；(5)、排除主体管道区域；(6)、计算连通区域；(7)、去掉小区域，得到最终图像；(8)、基于最终图像，通过小管的个数和计算方法，确定损耗气体。

技术总结
本发明提供了一种储罐呼吸气辅助检测装置及其呼吸气损耗检测方法，属于气体检测技术领域。其技术方案为：一种储罐呼吸气辅助检测装置，其特征在于，包括中空的筒体，所述筒体的侧壁上沿所述筒体轴线方向设置有若干内径一致的小管，所述小管与所述筒体的内部连通，相邻两个所述小管之间垂直距离均相同，所述筒体的顶端通过密封盖密封，所述筒体的底端与储罐的呼吸阀连通；还包括设置在所述筒体内部的浮子，所述浮子的外壁与所述筒体的内壁接触且所述浮子靠自重能够下落至所述筒体的最底部。本发明的有益效果为：制造成本低，安装使用方便。安装使用方便。安装使用方便。


技术研发人员：王之茵 齐光峰 范路 宋泓霖 岳宇 盛庆博 郑炜博 邹林 张晓菡 李丹丹
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心 胜利油田检测评价研究有限公司
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2023/7/31