一种具有蓄能功能的管道应急阻断控制系统的制作方法

本发明涉及一种管道应急阻断系统，尤其涉及一种具有蓄能功能的管道应急阻断控制系统。

背景技术：

近几年来，各种危险化学品储罐、工业易燃易爆介质输送管道、工业及城市燃气管道等燃烧爆炸事故频现，造成了巨大的财产损失与人员伤亡。这些事故中尤其值得我们关注的是，由于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损失的直接原因。

目前在这些危险介质管道的应急切断装置是各种计算机自动控制系统控制管道流动介质应急切断，但由于各种工业管道、化工危险介质储罐、城市天然气等管道分布非常广，供电、供气难度较大，后期维护难度巨大，更重要的是，在发生燃烧爆炸事故后，这些电路、气路系统往往会被事故破坏而失去原有作用。一旦计算机控制系统或相关的执行机构损坏，这些应急堵漏阀关闭只能由人工干预，即需要人直接操作才能实现堵漏。

而在化学品事故发生后，譬如燃烧、爆炸事故现场常因人们无法靠近燃爆现场而无法在关闭阀门，进而无法及时阻断易燃易爆介质快速流出，可能会形成更大面积的燃烧或爆炸，形成多米洛效应。此时人们只有穿上防火服等冒着生命危险到事故现场手工关闭有关阀门，人工干预堵漏方法的具有较多缺点：第一，人为响应程序缓慢；第二，对操作人员要求高，紧急情况下需要操作人员既要具有专业能力又要熟悉事故现场；第三，需要为操作人员穿戴特殊防护装备，再一次浪费时间；第四，随时有操作人员牺牲危险。

工业管道、化工危险介质储罐、城市天然气管道如果发生意外泄漏后极易发生各种燃烧爆炸事故，很容易造成极大的人员伤亡和财产损失，目前配备的管道危险介质流动自动切断装置，部署和后期维护难度大，更重要的是，在发生燃烧爆炸事故后，这些电路、气路系统往往会被事故破坏，从而无法有效的在事故发生第一时间将危险介质流动切断。有些工业危险介质输送管道，平时无需自动控制系统经常动作，仅在事故发生时需要及时切断。

因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供可在应急时输出适合电能来驱动执行机构应急切断危险介质流动和泄露，避免衍生出的二次事故造成更大损失的一种具有蓄能功能的管道应急阻断控制系统。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种具有蓄能功能的管道应急阻断控制系统，包括主控模块、能量管理模块、能量存储模块、执行驱动模块和主备切换模块；

所述主控模块用于控制能量管理模块和能量存储模块；

所述能量存储模块用于存储电能，该能量存储模块的电能通过能量管理模块转换为驱动电能传输至执行驱动模块；

所述执行驱动模块用于控制管道的通断；

所述主备切换模块用于监测外置主控系统的断开信号，并向主控模块发出指令信号。

其中，还包括能量收集模块，该能量收集模块用于收集管道内及其四周的能量且将收集到的能量通过能量管理模块转化为适用于能量存储模块的充电电能；所述能量收集模块与主控模块电连接。

再者，所述能量收集模块包括光伏电池模块、管道介质波动/振动能量收集模块、管道介质流动势能转换模块和温差热电转换模块。

进一步，所述能量存储模块是由单体法拉电容或多个法拉电容的混合串并构成的大容量电容。本发明中能量存储模块利用了大容量法拉电容的小电流蓄能、非常小的漏电，以及较大电流的放电特性，降低对能量管理模块尺寸和效率需求，从而使得该控制系统集成模块尺寸尽量合理小巧化，同时法拉电容的大电流放电特点可有效匹配执行驱动模块，例如常用的电磁阀驱动机构、电机驱动机构或其他驱动机构。

优选的，还包括无线收发模块，该无线收发模块用于接收无线指令信号，并将指令信号传输至主控模块。

进一步，还包括管道参数收集模块，该管道参数收集模块用于收集管道内介质压力和温度信息，并将收集到的信息经由无线收发模块传输至主控模块或手持无线终端。

优选的，所述执行驱动模块包括电磁阀驱动机构、电动阀驱动机构和电机驱动机构中的一种或多种的组合而成。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明可以实现在发生燃烧爆炸事故后，当主控制电气系统被事故破坏失效后，及时切换至应急阻断控制系统，在事故发生第一时间及时将危险介质流动切断，避免危险进一步扩大。

(2)本发明中能量存储模块利用了大容量法拉电容的小电流蓄能、非常小的漏电，以及较大电流的放电特性，降低对能量管理模块尺寸和效率需求，从而使得该控制系统集成模块尺寸尽量合理小巧化，同时法拉电容的大电流放电特点可有效的匹配执行驱动模块，例如常用的电磁阀驱动机构、电机驱动机构或其他驱动机构；

(3)本发明中能量收集模块可以在平时收集各种微小能量，应急时可输出适合电能给能量存储模块充电，包括能量存储模块具有充足电能来驱动执行机构应急切断危险介质流动和泄露；

(4)区别于现有管道应急切断自动控制系统需要明线(电路、气路)架设，本发明无需另设明线，特别适合于各种工业危险介质输送管道、城市燃气管网、天然气长输管道等阀门动作不频繁、现场布线不便等情况，更适合于作为现有传统管道应急自动切断后备系统，在因各种原因导致原有控制系统失效情况下自动切换到本装置控制，形成管道应急切断系统的最后保障。

附图说明

图1为本发明的原理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明一种具有蓄能功能的管道应急阻断控制系统，包括主控模块1、能量管理模块2、能量存储模块3、执行驱动模块4、主备切换模块5、能量收集模块6、无线收发模块7、手持无线终端8和管道参数收集模块9。

其中主控模块1用于控制能量管理模块2和能量存储模块3；能量存储模块3用于存储电能，该能量存储模块3的电能通过能量管理模块2转换为驱动电能传输至执行驱动模块4；执行驱动模块4用于控制管道的通断；主备切换模块5用于监测外置主控系统的断开信号，并向主控模块1发出指令信号。本发明可以实现在发生燃烧爆炸事故后，当主控制电气系统被事故破坏失效后，及时切换至应急阻断控制系统，在事故发生第一时间及时将危险介质流动切断，避免危险进一步扩大。

上述能量存储模块3是由单体法拉电容或多个法拉电容的混合串并构成的大容量电容。本发明不采用具有充电电池，是因为现有的充电电池使用寿命有限、内部不稳定、会产生爆炸、漏电电流大。本发明中能量存储模块利用了大容量法拉电容的小电流蓄能、非常小的漏电，以及较大电流的放电特性，降低对能量管理模块尺寸和效率需求，从而使得该控制系统集成模块尺寸尽量合理小巧化，同时法拉电容的大电流放电特点可有效的匹配执行驱动模块，例如常用的电磁阀驱动机构、电机驱动机构或其他驱动机构。

本发明的能量管理模块2推荐采用bq24259或与之功能相近的芯片，并由主控模块1控制。能量存储模块3可采用12v，容量3-5法拉的法拉电容，也可根据具体驱动能力，对法拉电容进行并串接组合，以匹配阻断执行机构驱动能力。执行驱动模块4包括电磁阀驱动机构、电动阀驱动机构和电机驱动机构中的一种或多种的组合而成。上述能量收集模块6用于收集管道内及其四周的能量且将收集到的能量通过能量管理模块2转化为适用于能量存储模块3的充电电能；所述能量收集模块6与主控模块1电连接。能量收集模块6包括光伏电池模块、管道介质波动/振动能量收集模块、管道介质流动势能转换模块和温差热电转换模块，优选小尺寸的光伏电池。

本发明中无线收发模块7用于接收由手持无线终端8发出的无线指令信号，并将指令信号传输至主控模块1。本发明还包括管道参数收集模块9，该管道参数收集模块9用于收集管道内介质压力和温度信息，并将收集到的信息经由无线收发模块7传输至主控模块1或手持无线终端8。主控模块1和无线收发模块7可分别由独立的cpu与无线收发芯片构成，也可以由cpu与无线收发一体的单一芯片构成，推荐选择低功耗芯片nrf52832或cc2630系列多核芯片。本发明中能量收集模块可以在平时收集各种微小能量，应急时可输出适合电能给能量存储模块充电，包括能量存储模块具有充足电能来驱动执行机构应急切断危险介质流动和泄露。

区别于现有管道应急切断自动控制系统需要明线(电路、气路)架设，本发明无需另设明线，特别适合于各种工业危险介质输送管道、城市燃气管网、天然气长输管道等阀门动作不频繁、现场布线不便等情况，更适合于作为现有传统管道应急自动切断后备系统，在因各种原因导致原有控制系统失效情况下自动切换到本装置控制，形成管道应急切断系统的最后保障。