CN112489381B - 一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，属于气体浓度传感检测技术领域。步骤一、预先模拟现场发生泄漏事件，测试近端、远端氢气浓度检测器获取先验数据；步骤二、通过泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值；步骤三、运行阶段，近端、远端检测器连续输出并检测记录，与此前确定的报警阈值和事件等级估计阈值进行条件判定后输出最终结果。本发明相比传统方式，具有响应迅速、检测结果可靠、提供深度加工信息等特点，在应用中得到良好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，属于气体浓度检测控制技术领域。
背景技术
氢能源具有储运便捷、来源多样、洁净环保等突出优点，许多国家把发展氢能作为重要的能源战略。但氢气易燃易爆、燃烧范围宽、点火能量低、扩散系数大，在制备、储存、运输、加注和使用过程中具有潜在的泄漏和爆炸危险，因此，氢气泄漏检测报警装置是氢能应用的重要保障，也是必备部件。
现有技术中，主要存在以下问题：首先是响应普遍迟缓，氢气浓度检测器多采用电化学、催化燃烧或半导体式，响应时间普遍高达30S甚至更长，且实际现场多安装在氢气容易积聚的顶部，当检测器当地达到报警阈值时，可能已发生较为危险的泄漏事件；其二，现有检测器的量程过低，多数在高氢气浓度气氛中还会造成性能劣化、寿命明显缩短，甚至故障失效；同时，普遍缺乏在实际场景下进行允许泄漏量的实际测试，针对性地确定报警阈值和估计泄漏事件等级。而实践中设置过低阈值，带来误报警和频繁报警也是不可接受的，比如频繁开启自动应急处理措施，影响生产连续运行，付出很高的额外不必要代价。
在此，本发明提出一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，具有响应迅速、检测结果可靠、信息提供深度全面等特点，在应用中得到良好的效果。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：
步骤一、预先模拟现场发生泄漏事件，测试氢气浓度检测器并获取先验数据，其中，在泄漏部位中心垂直上方距离D1、D2处分别设置近端、远端氢气浓度检测器N、F，模拟泄漏源在固定时间T0内释放氢气，控制释放量不超过允许安全泄漏量，连续记录N、F输出并持续检测峰值VNmax、VFmax，累计平均值VNavg、VFavg，后者为相应峰值出现前T1时间窗口内的输出平均值，为相等间隔连续采样M次求和平均得到；
步骤二、根据泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值，其中，N、F泄漏报警阈值分别根据所有VNmax、VFmax中的最大者确定，事件等级估计阈值分别根据所有VNavg、VFavg中的最大者确定；
步骤三、实际运行阶段，以步骤一所述方式记录检测N、F输出，结合步骤二中确定的报警阈值和事件等级估计阈值，进行条件判定，输出最终结果。
执行步骤一前，预先采用已知氢气浓度的标准气体对近端氢气浓度检测器N进行不少于10个点、远端氢气浓度检测器F进行不少于5个点的静态标定，检测器输出信号为换算后浓度。
氢气浓度检测器N、F响应时间(T90)均不大于1S，N量程上限为100％VOL，F量程上限不低于10％VOL。
步骤一的D1、D2满足：1m≥D1≥200mm，2m≥D2≥400mm，D2≥2D1。
步骤一的时间T0、T1、M，满足：10S≥T0≥0.5S，1S≥T1≥0.25S，M≥10。
步骤二的N、F泄漏检测报警阈值确定方式为，N、F分别设置两级报警阈值AN1、AN2和AF1、AF2且满足AN1＝k1*VNmax，AN2＝k2*VNmax，AF1＝k1*VFmax，AF2＝k2*VFmax，其中k1＝0.1～0.4、k2＝0.4～0.8。
步骤二的N、F事件等级估计阈值确定方式为，N、F分别设置两级事件等级估计阈值BN1、BN2和BF1、BF2且满足BN1＝k3*VNavg，BN2＝k4*VNavg，BF1＝k3*VFavg，BF2＝k4*VFavg，其中k3＝0.4～0.8、k4＝0.8～1.5。
步骤三中输出最终结果前的判断条件为，只要检测器N、F中有一个先达到报警阈值或事件等级估计阈值，即完成相应级报警和相应等级估计，若同时达到不同级别报警阈值或事件等级估计阈值，取其较高者。
本发明相比传统方式，具有响应迅速、检测结果可靠、信息提供深度全面等特点，在应用中得到良好的效果。
附图说明
图1为方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
步骤一、预先模拟现场氢气输送管路发生泄漏事件，测试氢气浓度检测器并获取先验数据，其中，在本例泄漏部位，法兰连接端面中心垂直上方距离0.5米、1米处分别设置近端、远端氢气浓度检测器N、F。模拟泄漏源为氢气瓶连接带累积显示的流量计和防爆电磁阀的管路，管路一端连接大气供氢气泄漏。在防爆电磁阀作用下开启/关闭，控制其在固定时间5秒内释放氢气。模拟泄漏源与检测器的相对位置与实际工作中，泄漏部位与检测器的相对位置保持相同。控制释放量不超过允许安全泄漏量0.45L/S，压力约为1.5个标准大气压。连续记录N、F输出并持续检测峰值VNmax、VFmax，累计平均值VNavg、VFavg，后者为相应峰值出现前500mS内的输出平均值，为相等间隔连续采样64次求和平均得到。对应该条件下分析实际测得数据，VNmax＝14.8％，VFmax＝6.9％，VNavg＝8.2％，VFavg＝3.3％，单位为VOL。
步骤二、根据泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值，其中，N、F泄漏报警阈值分别根据所有VNmax、VFmax中的最大者确定，事件等级估计阈值分别根据所有VNavg、VFavg中的最大者确定。容易理解，泄漏阈值报警判断选取峰值，从连续的系列时间点检测，不排除偶发引起事件，事件等级估计选取时间窗口，从宏观统计来判断，更为客观合理。
N、F分别设置两级报警阈值AN1、AN2和AF1、AF2，对于本实例中的非密闭空间泄漏，可取较高值。按上限取k1＝0.4、k2＝0.8，且步骤一测得VNmax＝14.8％，VFmax＝6.9％，代入计算AN1＝k1*VNmax，AN2＝k2*VNmax，AF1＝k1*VFavg，AF2＝k2*VFavg，得：AN1＝5.92％，AN2＝11.84％，AF1＝2.76％，AF2＝5.52％。对于受限空间，k1、k2可按更保守选取。
N、F分别设置两级事件等级估计阈值BN1、BN2和BF1、BF2，对于本实例中的非密闭空间泄漏，同样可取较高值。取k3＝0.8、k4＝1.5，且步骤一测得VNavg＝8.2％，VFavg＝3.3％，代入计算BN1＝k3*VNavg，BN2＝k4*VNavg，BF1＝k3*VFavg，BF2＝k4*VFavg，得：BN1＝6.56％，BN2＝12.3％，BF1＝2.64％，BF2＝4.95％。同样，若对于受限空间，k3、k4可按更保守选取。
步骤三、实际运行阶段，以步骤一所述方式记录检测N、F输出，结合步骤二中确定的报警阈值和事件等级估计阈值，进行条件判定，输出最终结果。
氢气浓度检测器N、F响应时间(T90)均不大于1S，N量程上限为100％VOL，F量程上限不低于10％VOL，检测器类型推荐采用MEMS热导式检测原理。
执行步骤一前，预先采用已知氢气浓度的标准气体对近端氢气浓度检测器N进行不少于10个点、远端氢气浓度检测器F进行不少于5个点的静态标定，确保在宽检测范围内实现检测准确，检测器输出信号为换算后浓度。
步骤三中输出最终结果前的判断条件为，只要检测器N、F中有一个先达到报警阈值或事件等级估计阈值，即完成相应级报警和相应等级估计，若同时达到不同级别报警阈值或事件等级估计阈值，取其较高者。采用该方式，可靠性提高，即使其中一个检测器非在线状态，不影响泄漏报警及事件估计。
需说明，虽然以上计算得到的相应阈值看似较高，但实际安全性非但未降低还有所提高。在现场距离泄漏点正上方1.5米处还安装了量程为0～4％的催化燃烧型氢气检测器进行比对，在模拟泄漏源释放的全部时间内，最大示值未达到设置的一级报警40％LEL，但在泄漏事件停止后5S内，示值仍然缓慢增加，直至约25S方恢复零位，未能较好完成阈值报警任务，更无从对泄漏事件等级进行估计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，如在不脱离本发明原理前提下进行若干改进和润饰，则此类改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于，包括如下检测步骤：
步骤一、预先模拟现场发生泄漏事件，测试氢气浓度检测器并获取先验数据，其中，在泄漏部位中心垂直上方距离D1、D2处分别设置近端、远端氢气浓度检测器N、F，模拟泄漏源在固定时间T0内释放氢气，控制释放量不超过允许安全泄漏量，连续记录N、F输出并持续检测峰值VNmax、VFmax，累计平均值VNavg、VFavg，后者为相应峰值出现前T1时间窗口内的输出平均值，为相等间隔连续采样M次求和平均得到；
步骤二、根据泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值，其中，N、F泄漏检测报警阈值分别根据所有VNmax、VFmax中的最大者确定，事件等级估计阈值分别根据所有VNavg、VFavg中的最大者确定；
步骤三、实际运行阶段，以步骤一所述方式记录检测N、F输出，结合步骤二中确定的报警阈值和事件等级估计阈值，进行条件判定，输出最终结果；
步骤三所述输出最终结果前的判断条件为，只要检测器N、F中有一个先达到报警阈值或事件等级估计阈值，即完成相应级报警和相应等级估计，若同时达到不同级别报警阈值或事件等级估计阈值，取其较高者。
2.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：执行步骤一前，预先采用已知氢气浓度的标准气体对近端氢气浓度检测器N进行不少于10个点、远端氢气浓度检测器F进行不少于5个点的静态标定，检测器输出信号为换算后浓度。
3.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：所述的氢气浓度检测器N、F响应时间均不大于1S，N量程上限为100％VOL，F量程上限不低于10％VOL。
4.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤一所述的距离D1、D2，满足1m≥D1≥200mm，2m≥D2≥400mm，D2≥2D1。
5.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤一所述的时间T0、T1、M，满足10S≥T0≥0.5S，1S≥T1≥0.25S，M≥10。
6.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤二所述的N、F泄漏检测报警阈值确定方式为，N、F分别设置两级报警阈值AN1、AN2和AF1、AF2，且满足AN1＝k1*VNmax，AN2＝k2*VNmax，AF1＝k1*VFmax，AF2＝k2*VFmax，其中k1＝0.1～0.4、k2＝0.4～0.8。
7.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤二所述的N、F事件等级估计阈值确定方式为，N、F分别设置两级事件等级估计阈值BN1、BN2和BF1、BF2且满足BN1＝k3*VNavg，BN2＝k4*VNavg，BF1＝k3*VFavg，BF2＝k4*VFavg，其中k3＝0.4～0.8、k4＝0.8～1.5。
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| "基于STC89C52天然气气体泄露报警器的设计";程文红;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20150215;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112489381A (zh) | 2021-03-12 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Su Tao Inventor after: Zhang Xuetao Inventor after: Li Xing Inventor after: Yang Sifeng Inventor after: Shi Yunqing Inventor after: Li Shanfeng Inventor after: Song Jianjun Inventor after: Yan Wei Inventor after: Chen Jing Inventor after: Geng Yazhang Inventor before: Su Tao Inventor before: Li Xing Inventor before: Li Shanfeng Inventor before: Song Jianjun Inventor before: Yan Wei Inventor before: Chen Jing Inventor before: Geng Yazhang Inventor before: Zhang Xuetao |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Su Tao Inventor after: Zhang Xuetao Inventor after: Li Xing Inventor after: Yang Sifeng Inventor after: Shi Yunqing Inventor after: Li Shanfeng Inventor after: Song Jianjun Inventor after: Yan Wei Inventor after: Chen Jing Inventor after: Geng Yazhang Inventor before: Su Tao Inventor before: Li Xing Inventor before: Li Shanfeng Inventor before: Song Jianjun Inventor before: Yan Wei Inventor before: Chen Jing Inventor before: Geng Yazhang Inventor before: Zhang Xuetao |
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| GR01 | Patent grant | ||
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