CN102410908B

CN102410908B - 一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统

Info

Publication number: CN102410908B
Application number: CN201110221982.3A
Authority: CN
Inventors: 高程达; 崔鸿远; 柴卫东
Original assignee: BEIJING HUAYUN ANALYTICAL INSTRUMENT INSTITUTE
Current assignee: BEIJING HUAYUN ANALYTICAL INSTRUMENT INSTITUTE
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: CN102410908A

Abstract

本发明涉及一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，它包括用于采集来自CO₂地质封存泄漏样点样气的样品采集处理单元，样气在样品采集处理单元内过滤、制冷及干燥处理后，样气再经脱水、除尘处理后进入分析检测单元；分析检测单元对样气进行检测、分析其CO₂浓度，将检测结果传送至可编程逻辑控制单元；可编程逻辑控制单元与人机界面进行信息交互，根据分析检测单元的检测结果和人机界面传送的指令，向样品采集处理单元传送多样点检测指令，将获得的检测数据及图像信息传送至数据采集存储单元；数据采集存储单元将检测数据及图像信息经无线传输单元传送至CO₂地质封存监测中心完成监测。本发明可以广泛应用于二氧化碳捕集和封存领域中。

Description

一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统

技术领域

本发明涉及一种监测系统，特别是关于一种用于二氧化碳(CO₂)地质封存过程中泄漏监测和预警预报的系统。

背景技术

二氧化碳(CO₂)捕集和封存(carbon dioxide capture and storage，CCS)是应对气候变化的重要策略之一，是履行低碳经济政策的重要内容。通过CCS技术有望降低大气CO₂等温室气体浓度的增长速率，达到减缓全球气候变暖之目的。由于地质构造的复杂性和二氧化碳地质封存工作的长期性，CO₂泄漏的风险贯穿着二氧化碳捕集和封存的始终。二氧化碳一旦在捕集和封存过程中泄漏，非但不能有效地减少大气二氧化碳浓度，而且将会对人类生存环境(局部或全球范围)造成严重的影响，对植物、动物以及海洋生物都有不同程度的负面影响。为了减小二氧化碳地质封存泄漏的风险，需要对二氧化碳地质封存进行全过程的监测和预警预报。

一些发达国家，如挪威、加拿大、日本、美国、德国、澳大利亚等正在开展大型CCS研究、试验和开发。CO₂泄漏的监测包括地下水取样检测、土壤空气调查和监测、自然电位测量、空中(飞机或卫星)监测、永久性的土壤或空气监测和地震反射成像测量等。美国能源部曾提出一个监测、减排和检验(Monitoring，Mitigation and Verification MMV)技术的支撑路线图，并将MMV分解为地质封存监测和陆地生态系统监测，其中地质封存二氧化碳泄漏的监测主要包括地下监测井监测、空气二氧化碳浓度监测、植被生长率监测等；陆地生态系统监测主要包括对植被和土壤的监测。目前已有一些相关的监测技术应用于CCS的泄漏监测，但是，现有的试验结果还不足以给出系统的泄漏监测数据。当前的热点是成套监测仪器的设计、研制以及设计整体监测工作网络。我国是发展中国家，地质捕集和封存二氧化碳的研究和试验刚起步，监测仪器和方法几乎还是空白。

现行的气体分析器主要分为两类：一类为单机，即一台独立的气体分析器，用于单一功能的气体测定；另一类为气体分析系统，即含取样和样品处理单元、可编程控制器及其执行单元，具备数据处理、计算、存储、传输和控制功能。由于信息化、自动化、系统化的需要，数字化技术在气体分析器仪表行业处于主流地位。但是，一般气体分析系统难以满足多通道(多样点)、连续性、人机界面以及无线传输等实际应用的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能实现多样点取样、不间断自动监测、人机界面和无线传输的二氧化碳地质封存泄漏的监测系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：它包括样品采集处理单元、分析检测单元、可编程逻辑控制单元、人机界面、数据采集存储单元、无线传输单元和CO₂地质封存监测中心；所述样品采集处理单元用于采集来自CO₂地质封存泄漏样点的样气，样气从各采样点进入所述样品采集处理单元内进行过滤、制冷及干燥处理后，一部分样气再经脱水、除尘处理后进入所述分析检测单元，其余样气经废气处理装置处理后排空；所述分析检测单元将接收到的样气进行检测、分析其CO₂浓度，将检测结果传送至所述可编程逻辑控制单元；所述可编程逻辑控制单元与所述人机界面进行信息交互，所述可编程逻辑控制单元根据所述分析检测单元的检测结果和人机界面传送的指令，向所述样品采集处理单元传送多样点检测指令，并将所获得的检测数据及图像信息传送至所述数据采集存储单元；所述数据采集存储单元将检测数据及图像信息经所述无线传输单元传送至所述CO₂地质封存监测中心完成监测。

所述样品采集处理单元包括大气取样探头、包气带取样探头、过滤器、制冷器、干燥器和废气处理器；所述大气取样探头和包气带取样探头将采集的样气依次经所述过滤器、制冷器和干燥器处理后，一部分样气进入所述分析检测单元进行检测处理，其余样气经所述废气处理器排空。

所述分析检测单元包括大气检测器和包气带气体检测器，样气分别经所述大气检测器和包气带气体检测器处理后，将分析检测结果传送至所述可编程逻辑控制单元。

所述大气检测器和包气带气体检测器均采用在线式红外线CO₂气体分析器。

所述人机界面采用触摸屏。

所述CO₂地质封存监测中心内设置有预警预报装置，用于提示工作人员采取相应的措施。

由于本发明采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用样品采集处理单元、分析检测单元、PLC控制单元、人机界面、数据采集存储单元、无线传输单元和二氧化碳(CO₂)地质封存监测中心构成的监测系统，所测定的样点为多个，能满足地质封存泄漏监测的需要。2、本发明由于采用PLC控制单元及人机界面，对样品采集处理单元进行采样控制，因此，能实现在线的、原位的不间断自动监测。3、本发明由于数据采集存储单元将存储的数据经无线传输单元传输至CO₂地质封存监测中心，进行预警报警处理，解决了野外作业困难问题。4、本发明由于采样点较多，因此能实现多浓度范围的检测，最大浓度为100.00％，最小浓度为0.1ppm。5、本发明由于采用人机界面进行参数设定，因此可以设定任意采集时间间隔，使得CO₂地质封存泄漏监测系统能自动循环巡回监测。因此，本发明可以广泛应用于二氧化碳捕集和封存领域中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的样品采集处理单元和分析检测单元结构示意图。

具体实施方式

本发明采集多个样点的样品气体，样点数最可以根据使用需求进行设置，将采集的样品气体用于测定地质封存泄漏的二氧化碳(CO₂)浓度及其浓度相对变化。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括样品采集处理单元1、分析检测单元2、PLC控制单元(可编程逻辑控制单元)3、人机界面4、数据采集存储单元5、无线传输单元6和CO₂地质封存监测中心7。

样品采集处理单元1用于采集来自多个CO₂地质封存泄漏样点的样品气体，样品气体(以下简称样气)按照预定的排列顺序和间隔时间分别从不同采样点进入样品采集处理单元1，进行过滤、制冷及干燥处理后，一部分样气做进一步脱水、除尘等处理后经流量计(图中未示出)进入分析检测单元2内，另一部分样气经现有设备中的废气处理装置处理后排空。分析检测单元2将接收到的样气进行检测和分析其CO₂浓度，将检测结果传送至PLC控制单元3。PLC控制单元3与人机界面4进行信息交互，PLC控制单元3根据分析检测单元2的检测结果和人机界面4传送的指令，向样品采集处理单元1传送多样点检测指令，并将所获得的检测数据及图像信息传送至数据采集存储单元5。数据采集存储单元5将检测数据及图像信息经无线传输单元6传送至CO₂地质封存监测中心7，CO₂地质封存监测中心7内装配预警预报装置(图中未示出)，例如有达到或超过预先设定的报警浓度值时，即以声音或红色信号报警，并由预警预报装置报告该浓度值，进而提示工作人员采取相应的措施。

如图2所示，上述实施例中，样品采集处理单元1包括大气取样探头11、包气带取样探头12、过滤器13、制冷器14、干燥器15和废气处理器16。大气取样探头11和包气带取样探头12将采集的样气依次经过滤器13、制冷器14和干燥器15处理后，一部分样气进入分析检测单元2进行检测处理，其余另一部分样气经废气处理器16排空。

上述各实施例中，分析检测单元2包括大气检测器21和包气带气体检测器22，样气分别经大气检测器21和包气带气体检测器22处理后，将分析检测结果传送至PLC控制单元3。本发明的分析检测单元2中的大气检测器21和包气带气体检测器22都采用在线式红外线CO₂气体分析器，按照红外线对目标气体CO₂具有特殊吸收的原理，检测和分析二氧化碳浓度，再经信号放大和处理，进入PLC控制单元3。

上述各实施例中，人机界面4采用触摸屏，用于显示PLC控制单元3执行指令的动作过程。

综上所述，本发明在使用时，首先经过预先规定的预热时间以及校正、调零和标定后，在人机界面4设定或输入相关参数，并实施运行。本发明所测定泄漏二氧化碳的浓度范围可以扩展到0～100.0％，测定的动作为实时的、在线的、原位的监测；测定的样点为多个，具体样点数根据使用者需求进行设置，一般样本数为50～100个，因此本发明基本满足了地质封存泄漏监测的需要。监测所获取数据的间隔时间可以通过人机界面4进行人工调节和设定，并能以曲线图象和数据两种形式呈现监测结果。监测的图象和数据可以经无线传输单元6以无线传输形式进行远距离通讯，解决了野外作业困难问题。配有数字有线传输接口，可以将所观测的数据和图象输出到PC机上。所有监测动作，都可以通过人机界面4设定、修正和控制。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构和连接方式都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：它包括样品采集处理单元、分析检测单元、可编程逻辑控制单元、人机界面、数据采集存储单元、无线传输单元和CO₂地质封存监测中心；

所述样品采集处理单元用于采集来自CO₂地质封存泄漏样点的样气，样气从各采样点进入所述样品采集处理单元内进行过滤、制冷及干燥处理后，一部分样气再经脱水、除尘处理后进入所述分析检测单元，其余样气经废气处理装置处理后排空；所述分析检测单元将接收到的样气进行检测、分析其CO₂浓度，将检测结果传送至所述可编程逻辑控制单元；所述可编程逻辑控制单元与所述人机界面进行信息交互，所述可编程逻辑控制单元根据所述分析检测单元的检测结果和人机界面传送的指令，向所述样品采集处理单元传送多样点检测指令，并将所获得的检测数据及图像信息传送至所述数据采集存储单元；所述数据采集存储单元将检测数据及图像信息经所述无线传输单元传送至所述CO₂地质封存监测中心完成监测；

2.如权利要求1所述的一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：所述分析检测单元包括大气检测器和包气带气体检测器，样气分别经所述大气检测器和包气带气体检测器处理后，将分析检测结果传送至所述可编程逻辑控制单元。

3.如权利要求2所述的一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：所述大气检测器和包气带气体检测器均采用在线式红外线CO₂气体分析器。

4.如权利要求1或2或3所述的一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：所述人机界面采用触摸屏。

5.如权利要求1或2或3所述的一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：所述CO₂地质封存监测中心内设置有预警预报装置，用于提示工作人员采取相应的措施。

6.如权利要求4所述的一种二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，其特征在于：所述CO₂地质封存监测中心内设置有预警预报装置，用于提示工作人员采取相应的措施。