CN115265963A - 一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法 - Google Patents

一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，该方法为：在封闭空间内设置两层以上多维信息采集单元，并将多维信息采集单元采集到的信息传输给采集控制终端，采集控制终端根据接收到的信息计算得到初始氢泄漏空间d及初始氢泄漏空间d内每一部件的泄漏概率，按照泄漏概率由大到小进行精确检测，即可快速定位氢泄漏的部件位置。本发明能够通过对氢泄漏现象进行多维度信息采集、计算、分析，对氢泄漏检测并精确定位泄漏位置。

Description

一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法
技术领域
本发明属于氢能源装备技术领域，具体涉及一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法。
背景技术
随着碳中和规划的实施，光伏发电、风力发电等正重塑我国能源格局。然而可再生能源的不均匀性、间歇性造成并网后对电网的巨大冲击，因此储能技术至关重要。氢能因其能量密度高、清洁性好等优点，是重要的发展方向。目前，我国已成功建立多座制氢工厂、氢液化工厂、加氢站等。
氢气无色无味，兼具易燃易爆的特性，无法通过嗅觉或者眼睛发现空气中的氢气。相较于其他常规能源有着更宽的着火范围、更低的着火能、更容易泄漏、更快的火焰传播速度。氢气爆炸极限是4.0％～75.6％体积浓度。当氢气达到爆炸极限，最低引爆能量仅为0.02MJ，极其容易燃爆。氢能源在被广泛使用的同时，安全问题不容忽视。
在制氢工厂、氢液化工厂、加氢站等实际使用中，氢气通常通过燃料管线、阀门、高压储罐上的一些微小裂缝泄漏。在氢气泄漏检测方面，多采用氢气浓度传感器，其存在稳定性差、灵敏度及输出信号弱、使用寿命短以及高成本等问题；而在氢气泄漏定位方面，对于整体结构复杂的液氢工厂、加氢站等应用场景，除大量布置氢浓度传感器外，暂无能够定位氢泄漏的有效手段。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，能够通过对氢泄漏现象进行多维度信息采集、计算、分析，对氢泄漏检测并精确定位泄漏位置。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，该方法为：在封闭空间内设置两层以上多维信息采集单元，并将多维信息采集单元采集到的信息传输给采集控制终端，采集控制终端根据接收到的信息计算得到初始氢泄漏空间d及初始氢泄漏空间d内每一部件的泄漏概率，按照泄漏概率由大到小进行精确检测，即可快速定位氢泄漏的部件位置。
进一步的，该方法的具体步骤如下：
步骤一，对封闭空间及封闭空间内的所有待检测的氢设备进行空间坐标化，获取位于封闭空间内所有部件的三维坐标；对所有部件按泄漏概率的大小依次对每个部件设置初始泄漏概率a；在封闭空间内由内向外设置两层以上的多维信息采集单元；所述多维信息采集单元由两个以上不同类的传感器组成；
步骤二，当氢泄漏发生后，设置的多维信息采集单元采集到感应信号，并将所述感应信号发送给采集控制终端，采集控制终端根据感应信号计算得到氢泄漏前后的信号差值；
所述采集控制终端将两层以上的多维信息采集单元的内、外层的同类的传感器的空间坐标相减，得到由外向内的空间向量；根据所述信号差值由大到小的顺序对所有空间向量设置概率b；
步骤三，采集控制终端计算同类传感器信号的所有向量的两两交点，采用基于概率b的聚类算法获取一系列关联度最强的向量交点集c、剔除无效点，将上述向量交点集c作为氢泄漏位置的空间边界，确定初始氢泄漏空间d；
步骤四，采集控制终端采用基于概率a的聚类算法对向量交点集c进行二次聚类计算，获取关联度更高的多个向量点集e，将多个向量点集e与初始氢泄漏空间d内的部件进行空间坐标关联，即可获得初始氢泄漏空间d内每一部件的泄漏概率；
步骤五，按照泄漏概率由大到小进行精确检测，即可快速定位氢泄漏的部件位置，泄漏部件定位完成后，提升其初始泄漏概率a，并返回步骤一，准备下次氢泄漏的检测及定位。
进一步的，所述多维信息采集单元包括：氢浓度传感器、声音传感器、温度传感器及光学传感器。
进一步的，两层以上的多维信息采集单元的布置方式为内疏外密式。
进一步的，两层以上的多维信息采集单元中的同类传感器在内外层的位置相互对应。
进一步的，外层的多维信息采集单元可根据风速仪获取的风向信息，进行调整布置，可将外层多维信息采集单元的位于原上风向的传感器转移布置在下风向的位置。
进一步的，所述采集控制终端可采用多维信息采集单元的传感器内置的微处理器或便携式电脑，且微处理器或便携式电脑可连接报警器，对氢泄漏进行实时预警。
进一步的，所述泄漏检测及定位方法还可用于天然气、甲烷或其他有毒有害气体。
有益效果：
(1)本发明采用多组向量的方式对氢泄漏位置的精确定位，无需海量传感器，采用向量计算及聚类算法，仅需少量传感器即可实现制氢工厂、氢液化工厂等复杂设备氢泄漏的精确检测及定位，填补了相关技术领域的空白，还可实现多点氢泄漏的检测及定位，同时，采用概率及聚类算法相结合的方式，可给出每一部件泄漏的置信度，并对部件泄漏概率进行更新，充分利用历史数据来提升系统检测及定位的效率。
(2)本发明的多维信息采集单元包括：氢浓度传感器、声音传感器、温度传感器及光学传感器，充分利用氢泄漏现象的多维特性，采用声音、温度、光学等传感器替代部分氢浓度传感器，即以氢浓度传感器为主，辅以声音、温度、光学等价格便宜、体积较小的传感器，在保证检测及定位精度的同时，可以大幅降低整体检测及定位系统的经济成本，并方便传感器布置。
(3)本发明的两层以上的多维信息采集单元中的同类传感器在内外层的位置需要有相互对应关系，以实现所有部件的定位，同时，内层的传感器位置能够实现易泄漏位置的节点化、关联化，减少复杂氢设备的传感器布置难度。
(4)本发明的采集控制终端可采用多维信息采集单元的传感器内置的微处理器或便携式电脑，且微处理器或便携式电脑可连接报警器，以实现氢泄漏的实时预警。
(5)本发明的泄漏检测及定位方法除可用于氢气外，还可用于天然气、甲烷等有毒有害气体，扩大了应用范围。
附图说明
图1为一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，参见附图1，该方法的具体步骤为：
步骤1，对封闭空间及封闭空间内的所有待检测的氢设备进行空间坐标化，获取位于封闭空间内所有位置和氢设备及其附件(以下将氢设备及其附件均简称为部件)的三维坐标；所述附件包括管路、阀门、法兰等；
步骤2，对所有部件进行分类，按泄漏概率的大小依次对每个部件设置初始泄漏概率a，例如，阀门、法兰等连接处的概率应大于管路等部件的泄漏概率；
步骤3，通过数值模拟获取每个部件的氢扩散规律，基于所述氢扩散规律，在检测空间内由内向外设置两层以上的多维信息采集单元；所述多维信息采集单元由两个以上不同类的传感器组成；
步骤4，当氢泄漏发生后，设置的多维信息采集单元会迅速采集到感应信号，并将所述感应信号发送给采集控制终端，采集控制终端根据感应信号计算得到氢泄漏前后的信号差值；
步骤5，采集控制终端将两层以上的多维信息采集单元的内、外层的同类的传感器的空间坐标相减(内层的一个传感器可以和外层同类的多个传感器相减)，得到由外向内的空间向量，同时根据信息波动差(即上位所述信号差值)由大到小的顺序对所有空间向量设置概率b；所述信息波动差为传感器测量的当前时刻与上一时刻的差值；
步骤6，采集控制终端计算同类传感器信号的所有向量的两两交点，采用基于概率b的聚类算法获取一系列关联度最强的向量交点集c、剔除无效点，将上述向量交点集c作为氢泄漏位置的空间边界，确定初始氢泄漏空间d；
步骤7，采集控制终端采用基于概率a的聚类算法对向量交点集c进行二次聚类计算，获取关联度更高的多个向量点集e，将多个向量点集e与初始氢泄漏空间d内的部件进行空间坐标关联，即可获得初始氢泄漏空间d内每一部件(即所有氢设备及其附件)的泄漏概率；
步骤8，按照泄漏概率由大到小进行精确检测，即可快速定位氢泄漏的部件位置，泄漏部件定位完成后，提升其初始泄漏概率a，并返回步骤1，准备下次氢泄漏的检测及定位。
其中，优选的，所述多维信息采集单元包括氢浓度传感器、声音传感器、温度传感器、光学传感器等；
优选的，两层以上的多维信息采集单元的布置方式为内疏外密式，即在氢设备组成的封闭回路的内部的关键点设置较少的传感器，在外围设置相对较多的传感器；
优选的，两层以上的多维信息采集单元中的同类传感器在内外层的位置需要有相互对应关系，以实现所有部件的定位，同时，内层的传感器位置需实现易泄漏位置的节点化、关联化，减少复杂氢设备的传感器布置难度；
优选的，两层以上的多维信息采集单元的布置呈现空间立体分布；
优选的，所述采集控制终端可采用多维信息采集单元的传感器内置的计算程序的微处理器或便携式电脑，多维信息采集单元的传感器的数据采集、向量计算、向量分解、聚类分析均可通过内置计算程序的微处理器或便携式电脑实现；
优选的，微处理器或便携式电脑可连接报警器，实现氢泄漏的实时预警；
优选的，上述泄漏检测及定位方法除可用于氢气外，还可用于天然气、甲烷等有毒有害气体。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，该方法为：在封闭空间内设置两层以上多维信息采集单元，并将多维信息采集单元采集到的信息传输给采集控制终端，采集控制终端根据接收到的信息计算得到初始氢泄漏空间d及初始氢泄漏空间d内每一部件的泄漏概率，按照泄漏概率由大到小进行精确检测，即可快速定位氢泄漏的部件位置。
2.如权利要求1所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
步骤一，对封闭空间及封闭空间内的所有待检测的氢设备进行空间坐标化，获取位于封闭空间内所有部件的三维坐标；对所有部件按泄漏概率的大小依次对每个部件设置初始泄漏概率a；在封闭空间内由内向外设置两层以上的多维信息采集单元；所述多维信息采集单元由两个以上不同类的传感器组成；
步骤二，当氢泄漏发生后，设置的多维信息采集单元采集到感应信号，并将所述感应信号发送给采集控制终端，采集控制终端根据感应信号计算得到氢泄漏前后的信号差值；
所述采集控制终端将两层以上的多维信息采集单元的内、外层的同类的传感器的空间坐标相减，得到由外向内的空间向量；根据所述信号差值由大到小的顺序对所有空间向量设置概率b；
步骤三，采集控制终端计算同类传感器信号的所有向量的两两交点，采用基于概率b的聚类算法获取一系列关联度最强的向量交点集c、剔除无效点，将上述向量交点集c作为氢泄漏位置的空间边界，确定初始氢泄漏空间d；
步骤四，采集控制终端采用基于概率a的聚类算法对向量交点集c进行二次聚类计算，获取关联度更高的多个向量点集e，将多个向量点集e与初始氢泄漏空间d内的部件进行空间坐标关联，即可获得初始氢泄漏空间d内每一部件的泄漏概率；
步骤五，按照泄漏概率由大到小进行精确检测，即可快速定位氢泄漏的部件位置，泄漏部件定位完成后，提升其初始泄漏概率a，并返回步骤一，准备下次氢泄漏的检测及定位。
3.如权利要求2所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，所述多维信息采集单元包括：氢浓度传感器、声音传感器、温度传感器及光学传感器。
4.如权利要求2或3所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，两层以上的多维信息采集单元的布置方式为内疏外密式。
5.如权利要求2或3所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，两层以上的多维信息采集单元中的同类传感器在内外层的位置相互对应。
6.如权利要求2或3所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，外层的多维信息采集单元可根据风速仪获取的风向信息，进行调整布置，可将外层多维信息采集单元的位于原上风向的传感器转移布置在下风向的位置。
7.如权利要求2或3所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，所述采集控制终端可采用多维信息采集单元的传感器内置的微处理器或便携式电脑，且微处理器或便携式电脑可连接报警器，对氢泄漏进行实时预警。
8.如权利要求1-3任一项所述的一种用于封闭空间的氢泄漏检测及定位方法，其特征在于，所述泄漏检测及定位方法还可用于天然气、甲烷或其他有毒有害气体。
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