CN115979532B - 一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于氢气泄漏监测技术领域，提供了一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法及系统，本发明首先通过将加氢站分为多个监测子区，依据流量值对全局进行监测，从而确定发生故障的监测子区；然后依据氢气浓度对监测子区进行区域监测，确定需要报警的监测子区；最后依据振动信号，对需要报警的监测子区进行故障定位监测；通过全局监测到区域监测再到故障定位的三级监测方式，层层递进，实现了氢气泄漏位置的精准定位，避免了采用单一监测方式时出现监控盲区的问题。

Description

一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法及系统

技术领域

本发明属于氢气泄漏监测技术领域，尤其涉及一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法及系统。

背景技术

氢气在制备、储运、加注和使用过程中均存在泄漏、燃烧和爆炸的潜在风险。氢气在空气中的可燃下限体积分数为4％，在氢气发生泄漏后尚有一定的处理时间，若及时定位泄漏源，第一时间进行事故处理，可降低氢气泄漏后造成的危害，故精准快速的氢气泄漏定位系统是保障氢安全的重要前提。

发明人发现，加氢站设备与管路设置复杂，工作场景多样，采取传统单一监测方式易形成监测盲区，且在发生多处故障的情况下容易造成误判漏判，延误事故处理的最佳时机。部分地区加氢站建设还处于起步期，相关法规标准体系尚未完善，现有泄漏检测方案多针对于单一场景，尚未形成一套成熟的加氢站整体监测系统，有一定的监测盲区，若在盲区发生泄漏，会影响发生泄漏后的紧急处理。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法及系统，本发明通过全局监测到区域监测再到故障定位的三级监测方式，层层递进，实现了氢气泄漏位置的精准定位，避免了采用单一监测方式时出现监控盲区的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，包括：

将加氢站分为多个监测子区；

获取各监测子区内输氢管道的流量值；根据流量值与经验值的比较，确定发生故障的监测子区；

获取发生故障监测子区内的氢气浓度；将获取的氢气浓度与预设值进行比较，对超过预设值的监测子区进行报警；

获取报警监测子区内输氢管道壁面的振动信号，判定获取的振动信号是否为异常信号，将出现异常信号的位置判定为氢气泄漏位置。

进一步的，依据功能分区和建筑分区将加氢站划分为多个监测子区。

进一步的，若输氢管道上阀门开闭情况与流量值不符，判定发生故障，启动报警关闭监测子区内设备阀门。

进一步的，若监测子区内流量值与预设的经验值不符，判定监测子区内发生故障，启动报警关闭监测子区内设备阀门。

进一步的，获取加氢站整体区域内的氢气输入量和氢气输出量，若氢气输入量和氢气输出量出现差值，判定加氢站发生故障，将此时各监测子区内流量值与预设的经验值对比，若监测子区内流量值与预设的经验值不符，判定监测子区内发生故障，启动报警关闭监测子区内设备阀门。

进一步的，如果氢气浓度超过第一预设范围值，启动报警装置；如果氢气浓度超过第二预设范围值，关闭监测子区内设备阀门并启动事故排风；所述第一预设范围值小于所述第二预设范围值。

进一步的，对振动信号进行去噪处理；将处理后的振动信号进行短时傅里叶变换分析，得到振动信号的时频域特征值；若时频域特征值与经验值出现差异，则判定此信号为异动信号，通过时差法计算异动位置。

第二方面，本发明还提供了一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位系统，包括：

分区模块，被配置为：将加氢站分为多个监测子区；

全局监测模块，被配置为：获取各监测子区内输氢管道的流量值；根据流量值与经验值的比较，确定发生故障的监测子区；

区域监测模块，被配置为：获取发生故障监测子区内的氢气浓度；将获取的氢气浓度与预设值进行比较，对超过预设值的监测子区进行报警；

故障定位模块，被配置为：获取报警监测子区内输氢管道壁面的振动信号，判定获取的振动信号是否为异动信号，将出现异动信号的位置判定为氢气泄漏位置。

第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明首先通过将加氢站分为多个监测子区，依据流量值对全局进行监测，从而确定发生故障的监测子区；然后依据氢气浓度对监测子区进行区域监测，确定需要报警的监测子区；最后依据振动信号，对需要报警的监测子区进行故障定位监测；通过全局监测到区域监测再到故障定位的三级监测方式，层层递进，实现了氢气泄漏位置的精准定位，避免了采用单一监测方式时出现监控盲区的问题；

2、本发明通过监测阀门开闭情况和输氢管道流量，实现对加氢站的整体监测，判定加氢站实时工况，判定多种意外情况；

3、本发明对振动信号进行去噪处理，全局监测判定结果为声学定位提供参考，降低了环境噪声对声学信号的干扰，提高了泄漏定位精确度。

附图说明

构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。

图1为本发明实施例1的工作流程图；

图2为本发明实施例1的全局监测流程图；

图3为本发明实施例1的区域监测流程图；

图4为本发明实施例1的故障定位流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1：

如背景技术中记载的，现有泄漏检测方案多针对于单一场景，尚未形成一套成熟的加氢站整体监测系统，有一定的监测盲区，若在盲区发生泄漏，会影响发生泄漏后的紧急处理；针对上述问题，本实施例提供了一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，包括：

将加氢站分为多个监测子区；

获取各监测子区内输氢管道的流量值；根据流量值与经验值的比较，确定发生故障的监测子区；

获取发生故障监测子区内的氢气浓度；将获取的氢气浓度与预设值进行比较，对超过预设值的监测子区进行报警；

获取报警监测子区内输氢管道壁面的振动信号，判定获取的振动信号是否为异动信号，将出现异动信号的位置判定为氢气泄漏位置。

具体的，首先通过将加氢站分为多个监测子区，依据流量值对全局进行监测，从而确定发生故障的监测子区；然后依据氢气浓度对监测子区进行区域监测，确定需要报警的监测子区；最后依据输氢管壁振动信号，对需要报警的监测子区进行故障定位监测；通过全局监测到区域监测再到故障定位的三级监测方式，层层递进，实现了氢气泄漏位置的精准定位，避免了采用单一场景监测方式时出现监控盲区的问题。

可选的，一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，包括全局监测、区域监测和故障定位三级监测方式；采取三级监测的方式，从全局到区域形成监测网络，各尺度监测系统相互支撑，第一时间定位故障位置，判定故障模式，及时启动合理的应急处理方案，最大程度降低泄漏危害；基体的：

S1、全局监测

加氢站内设备复杂，难以通过人工巡检方式实时监控站内总体运行情况，若在巡检间隙发生氢气泄漏，无法第一时间进行事故处理，对站内人员人身安全和设备财产安全有极大的威胁。可以在计算机端构建加氢站整体监测和控制网络，可对加氢站进行实时监测，若出现异常自动切断相应设备，同时启动事故处理系统，降低因氢气泄漏造成危害的可能性。

S11、依据功能分区和建筑分区将加氢站划分为多个监测子区，在各输氢管道设置流量计并通过通讯模块将氢气流量值实时传输至计算机端。

S12、依据实际氢气流通路径，在计算机端建立加氢站监视网络。在设备正常运转情况下记录各工况下流量计氢气流量值，作为判定加氢站运转情况的经验数值。

S13、将站内涉氢设备电子阀门与监控网络联动，实现远程监控阀门开闭情况，若监测到阀门开闭情况与实时流量值不符，判定发生故障，启动报警关闭区域内设备阀门。

S14、通过监视各监测子区氢气输入量与氢气输出量，可判定加氢站实时工况和监测子区内设备运转情况，若流量值与经验数据不符，判定此监测子区内发生故障，启动报警并关闭区域内设备阀门。

S15、监视监测子区间氢气输入量与输出量，若总体输入量与输出量出现差值，判定区域间发生故障，启动报警并关闭上下游监测子区内设备阀门。

S2、区域监测

氢气作为无色无味的易泄漏气体，在发生氢气泄漏后易聚集且难以靠肉眼观测，若无氢气浓度监控设施，在泄漏发生后无法确切判断氢气积聚情况和积聚位置，不利于后续事故处理工作的展开。

S21、在各监测子区的氢气易聚集处和人员工作处设置氢气浓度探测器，实时监测站内氢气浓度。

S22、与全局监测数据结合判断涉及区域内是否发生泄漏并判断泄漏严重程度，以便选取最合理的事故处理方案。

S23、如果氢气浓度超过第一预设范围值，启动报警装置；如果氢气浓度超过第二预设范围值，关闭监测子区内设备阀门并启动事故排风；所述第一预设范围值小于所述第二预设范围值。可选的，氢气浓度传感器监测到环境氢气浓度超过0.1％，启动报警装置；若监测到环境氢气浓度超过1％，关闭区域内设备阀门并启动事故排风；可选的，按照《加氢站技术规范》(GB 50516-2010)规定进行报警。

S24、事故处理结束后，依据氢气浓度传感器数据判定事故区域是否符合重启标准。

S3、故障定位

输氢管道多横跨监测子区，存在监测盲区，需对其进行进一步的泄漏定位。基于声波法的管道泄漏检测技术灵敏度高、定位精度高、误报率低、系统响应时间短、维护费用低，适宜作为站内输氢管道氢气泄漏定位的方式。

S31、在输氢管道两端设置卡扣式加速度传感器，采集壁面振动信号。通过通讯模块将采集数据实时传输至计算机端。

S32、在设备正常运转情况下采集各工况下卡扣式加速度传感器数据，作为环境噪声，通过短时傅里叶变换分析振动信号时频域特征值，作为判定异动的经验值。

S33、通过全局监测系统判定的工况对振动信号进行去噪处理，减少环境噪声对定位精度的影响。

S34、将处理后的振动信号通过短时傅里叶变换分析振动信号时频域特征值，判断实时信号特征值与经验值是否相异，若相异则判定为异动信号，结合全局检测及区域监测判定异动是否由氢气泄漏产生，发出警报并关闭上下游设备阀门。

S35、异动点发出的异常振动以对称波形式向输氢管道两端传播，通过两端加速度传感器间距和采集到异动信号的时间差Δt，利用时差法算得故障坐标，输出故障坐标以便工作人员进行事故处理；可以理解的，若输氢管道发生泄漏，由于管内和管外大空间的压力差，管内氢气快速通过破裂口泄漏至管外，这一过程中，管内气体和管壁的相互作用诱发振动并以对称波形式向输氢管道两端传播，输氢管道两端的加速度传感器因和管壁紧贴而随着管壁同频振动，加速度传感器由于振动产生与环境噪声不同的电压波动信号，泄漏点距两端加速度传感器距离不同，因泄漏产生的振动波传递至两端加速度传感器的时间不同，计算机端记录两端加速度传感器信号突变时间点，计算电压信号发生波动的时间差Δt，利用时差法算得泄漏点坐标。

本实施例通过建立三级监测方式，实现通过计算机端对加氢站进行实时监测，避免监控盲区，降低人工巡检成本和不稳定性。通过对站内阀门开闭和输氢管道流量监测，实现对加氢站的整体监测，可判定氢气泄漏、阀门失效、设备故障和操作违规等多种意外情况。全局监测判定异常后先行切断工作阀门，再利用区域监测和故障定位进一步判定故障情况。先处理后判定，进一步争取事故处理时机，降低氢气泄漏程度。全局监测判定的加氢站工况可为声学定位提供参考，降低环境噪声对声学信号的干扰，提高定位精确度。区域监测可直观监测区域内氢气积聚情况，为事故处理和处理后的复工做参考。故障定位可补足跨监控子区管道的监控盲区，进一步定位故障坐标，为事故处理提供指导。

实施例2：

本实施例提供了一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位系统，包括：

分区模块，被配置为：将加氢站分为多个监测子区；

全局监测模块，被配置为：获取各监测子区内输氢管道的流量值；根据流量值与经验值的比较，确定发生故障的监测子区；

区域监测模块，被配置为：获取发生故障监测子区内的氢气浓度；将获取的氢气浓度与预设值进行比较，对超过预设值的监测子区进行报警；

故障定位模块，被配置为：获取报警监测子区内输氢管道壁面的振动信号，判定获取的振动信号是否为异常信号，将出现异常信号的位置判定为氢气泄漏位置。

所述系统的工作方法与实施例1的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法的步骤。

实施例4：

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法的步骤。

以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，其特征在于，包括：

将加氢站分为多个监测子区；

获取各监测子区内输氢管道的流量值；根据流量值与经验值的比较，确定发生故障的监测子区；

获取发生故障监测子区内的氢气浓度；将获取的氢气浓度与预设值进行比较，对超过预设值的监测子区进行报警；

获取报警监测子区内输氢管道壁面的振动信号，判定获取的振动信号是否为异常信号，将出现异常信号的位置判定为氢气泄漏位置；

对振动信号进行去噪处理；将处理后的振动信号进行短时傅里叶变换分析，得到振动信号的时频域特征值；若时频域特征值与经验特征值相异，判定为异动并通过时差法计算异动位置；

所述通过时差法计算异动位置，具体为：

异动点发出的异常振动以对称波形式向输氢管道两端传播，通过两端加速度传感器间距和采集到异动信号的时间差算得故障坐标。

2.如权利要求1所述的一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，其特征在于，依据功能分区和建筑分区将加氢站划分为多个监测子区。

3.如权利要求1所述的一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，其特征在于，若输氢管道上阀门开闭情况与流量值不符，判定发生故障，启动报警关闭监测子区内设备阀门。

4.如权利要求1所述的一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，其特征在于，若监测子区内流量值与预设的经验值不符，判定监测子区内发生故障，启动报警关闭监测子区内设备阀门。

5.如权利要求1所述的一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，其特征在于，获取各监测子区间氢气输入量与输出量，若总体输入量与输出量出现差值，判定区域间发生故障，启动报警并关闭上下游监测子区内设备阀门。

6.如权利要求1所述的一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法，其特征在于，如果氢气浓度超过第一预设范围值，启动报警装置；如果氢气浓度超过第二预设范围值，关闭监测子区内设备阀门并启动事故排风；所述第一预设范围值小于所述第二预设范围值。

7.一种基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位系统，其特征在于，包括：

分区模块，被配置为：将加氢站分为多个监测子区；

全局监测模块，被配置为：获取各监测子区内输氢管道的流量值；根据流量值与经验值的比较，确定发生故障的监测子区；

区域监测模块，被配置为：获取发生故障监测子区内的氢气浓度；将获取的氢气浓度与预设值进行比较，对超过预设值的监测子区进行报警；

故障定位模块，被配置为：获取报警监测子区内输氢管道壁面的振动信号，判定获取的振动信号是否为异常信号，将出现异常信号的位置判定为氢气泄漏位置；

对振动信号进行去噪处理；将处理后的振动信号进行短时傅里叶变换分析，得到振动信号的时频域特征值；若时频域特征值与经验特征值相异，判定为异动并通过时差法计算异动位置；

所述通过时差法计算异动位置，具体为：

异动点发出的异常振动以对称波形式向输氢管道两端传播，通过两端加速度传感器间距和采集到异动信号的时间差算得故障坐标。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-6任一项所述的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法的步骤。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-6任一项所述的基于分级监测的加氢站氢气泄漏定位方法的步骤。