CN117028839A - 一种氢气储气库泄漏智能监测方法及预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氢气储气库监测技术领域，公开了一种氢气储气库泄漏智能监测方法及预警系统，包括：工控机连接有温度压力解调仪、测温光端机和显示器；监测光缆一端伸入储气库，远离储气库的一端通过连接尾纤与测温光端机相连接；多个压力传感器设置在监测光缆伸入储气库的端部，并与温度压力解调仪相连接；步骤一，获取储气库内实际压力po；步骤二，测得实际压力po与计算压力值p之差获得Δp；步骤三，将Δp与合格参照区间进行对比，本发明能够实现储气库内温度、压力实时监测，得到储气库内实时热力学状态，根据所测数据库内数据，生成合格压力差参照曲线，与储气库状态相比较，智能判定储气库的密封性。
Description
技术领域
本发明属于氢气储气库监测技术领域，尤其涉及一种氢气储气库泄漏智能监测方法及预警系统。
背景技术
需要增加可再生能源在能源体系中的占比，然而，由于光伏、风电等可再生能源具有强波动性，严重影响电力系统的运行安全，所以需要发展高效的储能技术。氢气作为清洁高效的可再生能源，因为其燃烧产物只有水而受到世界各国的青睐。目前，英国、德国、加拿大、波兰、土耳其、荷兰和丹麦等也都制定了地下储氢计划。我国也陆续开展了地下储氢研究。地下储氢库的类型主要包括盐穴储氢库、地下含水层储氢库、枯竭油气田储氢库、内衬式岩洞高压储气氢库。
其中内衬式岩洞储氢具有选址灵活，能够承受更高的压力等优点，受到世界各国的广泛关注。然而，由于氢气分子量小，易于扩散，储氢库的密封性就显得尤为重要。因此，亟需一种氢气储气库泄漏智能监测方法及预警系统。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种氢气储气库泄漏智能监测方法及预警系统，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，本发明提供了一种氢气储气库泄漏智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，获取储气库内实际压力po；
步骤二，测得实际压力po与计算压力值p之差获得Δp；
步骤三，将Δp与合格参照区间进行对比。
可选的，所述步骤二中，计算压力值p通过SRK方程计算获得，所述SRK方程为：
式中：对于氢/>其中Tr为对比温度，Tr＝T/Tc，Tc为临界温度。
可选的，所述Δp＝po-p。
可选的，所述步骤三中，合格参照区间为采集不同温度下相应的压力差值，形成散点图，观察曲线走向，依据最小二乘法回归分析，设温度与压力差值的关系：
Δp(T)＝α0+α1T+α2eα3T
式中：Δp为压力差值，T为监测所得温度，单位为K，T0为拟合曲线的拐点；α0、α1、α2和α3是待求参数，每个散点坐标为(T(i),Δp(i))，误差函数设为最小二乘法的误差：通过反复迭代，令误差函数E最小，求得拐点T0、以及α0、α1、α2和α3等待求参数，得到压力差与温度之间的非线性关系，同时将最小二乘法的误差函数E作为测试合格压力差参照曲线中的阈值，0到E即为所述合格参照区间。
本发明的第二方面，提供一种氢气储气库泄漏智能预警系统，包括：
监测中心，包括工控机，所述工控机连接有温度压力解调仪、测温光端机和显示器；
监测光缆，一端伸入所述储气库，远离所述储气库的一端通过连接尾纤与所述测温光端机相连接；
多个压力传感器，设置在所述监测光缆伸入所述储气库的端部，并与所述温度压力解调仪相连接。
可选的，所述监测中心内设置有电源，所述电源与所述工控机、温度压力解调仪、测温光端机和显示器相连接。
可选的，所述监测光缆捆绑在抽采管外，随所述抽采管通过井口伸入所述储气库，所述井口处设置有套管头，所述监测光缆穿设在所述套管头内。
可选的，所述监测光缆远离所述压力传感器的一端设置有密封器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明能够实现储气库内温度、压力实时监测，得到储气库内实时热力学状态，根据所测数据库内数据，生成合格压力差参照曲线，与储气库状态相比较，智能判定储气库的密封性，具有多参数测试、精度高、安全可靠，满足内衬式岩洞氢气储气库快速、准确、长时高效的监测要求。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明泄露监测流程图。
图中：1、温度压力解调仪；2、测温光端机；3、显示器；4、电源；5、工控机；6、连接尾纤；7、监测光缆；8、压力传感器；9、抽采管；10、储气库；11、套管头；12、监测中心；13、密封器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-2所示，本实施例提供一种氢气储气库泄漏智能监测方法，包括如下步骤：
步骤一，获取储气库内实际压力po；
步骤二，测得实际压力po与计算压力值p之差获得Δp，进行计算拟合，以此判定储气库气体是否泄露，计算压力值p由工控机5计算所得，工控机5采用智能迭代算法；
步骤三，将Δp与合格参照区间进行对比。
进一步优化方案，步骤二中，计算压力值p通过SRK方程计算获得，SRK方程为：
式中：对于氢/>其中Tr为对比温度，Tr＝T/Tc，Tc为临界温度。
将采集的温度、压力值应用SRK方程进行计算拟合，得出计算压力值p，储气库10体积V一定时，特定温度T下，储气库10内实际压力po与SRK方程计算压力值p相差不大，若发生泄露，储气库10内实际压力po会明显小于SRK方程计算值p。
进一步优化方案，Δp＝po-p。
进一步优化方案，步骤三中，合格参照区间为采集不同温度下相应的压力差值，形成散点图，观察曲线走向，依据最小二乘法回归分析，设温度与压力差值的关系：
式中：Δp为压力差值，T为监测所得温度，单位为K，T0为拟合曲线的拐点；α0、α1、α2和α3是待求参数，每个散点坐标为(T(i),Δp(i))，误差函数设为最小二乘法的误差：通过反复迭代，令误差函数E最小，求得拐点T0、以及α0、α1、α2和α3等待求参数，得到压力差与温度之间的非线性关系，同时将最小二乘法的误差函数E作为测试合格压力差参照曲线中的阈值，0到E即为合格参照区间。
当某一温度时刻Δp与合格参照区间进行比较，若Δp位于合格参照区间之内，即储气库10储氢库正常运行，反之，说明储气库10发生泄露风险。
该时刻的数据自动加入到工控机5数据库中，实时更新测试合格压力差参照曲线，为接下来的测试提供更为准确的参照。
本实施例还提供一种氢气储气库泄漏智能预警系统，包括：
监测中心12，包括工控机5，工控机5连接有温度压力解调仪1、测温光端机2和显示器3；
监测光缆7，一端伸入储气库10，远离储气库10的一端通过连接尾纤6与测温光端机2相连接；
多个压力传感器8，设置在监测光缆7伸入储气库10的端部，并与温度压力解调仪1相连接。
压力传感器8采用纳米加工制作工艺，由F-P压力敏感芯片、传输光纤，以及外保护结构构成，其中F-P压力敏感芯片与传输光纤采用玻璃焊接连接，外保护结构用于实现F-P压力敏感芯片与外界密封。
压力传感器8与监测光缆7尾端焊接，焊接设备采用全自动环焊机，焊接周期短至30s，该种焊接方式避免存在光缆接续器，便于伸入储气库10内，监测光缆7与压力传感器8等径对接，用于储气库10内压力信号的测量，压力传感器8与监测光缆7连接后，外部安装保护装置，防止安装时与管柱碰撞损坏，并且涂有环氧树脂，防止氢气腐蚀。
温度压力解调仪1内含微电子MEMS，结合多个压力传感器8实现储气库10多点压力测试。
温度压力解调仪1用于实现对压力传感器8的输入光源激励和输出光谱信号解调，采用时分与波分复用系统，实现多通道、多点压力的高精度测试。
同时温度压力解调仪1采用扫描激光器+脉冲时分调制+并行光谱探测系统，可对储气库10内监测光缆7存在传输损耗或由于分路器导致的光纤损耗的情况下对压力信号进行准确监测。同时温度压力解调仪1支持WDM全光谱波分+TDM多节点时分探测，极大提高单芯光纤的信道容量，可实现同时解调以并联方式组网的多个同波长压力传感器8。
连接尾纤6型号优选为E2000/APC。
测温光端机2采用OFDR光频域精细解调系统实现全井段温度剖面的高精度测试，同时采用步进频率扫描式锁相放大系统，提高对拉曼散射信号的检测信噪比，可增大测温系统的测试精度。
测温光端机2宽量程20℃-1200℃、测温精度±0.2℃、空间分辨率0.5m。
测温光端机2用于实现光信号的发射、接收、滤波、放大、信息处理、数据分析和输出。
测温光端机2光源采用窄带激光源，优选为1064nm作为激光光源波长，保证在复杂环境条件的测温精度，该光源可减少系统中的自发噪声、增加系统平均有效性，大大缩短测试周期。
监测光缆7由光缆外管及内置多芯高温光纤(纯硅纤芯)构成，耐高温300°C、耐高压35MPa、耐天然气腐蚀、强耐氢损等特性，外部涂层为环氧树脂，光缆材质可根据具体需求定制，生产设备优选为进口SWISSCAB(瑞士)生产线，不锈钢带实现纵横向焊接一次成型，成缆速度高达30m/min，余长控制精确，焊接质量极佳，光纤能得到最佳保护，同时光缆可多芯成管，拉拔方式和涡流探伤在线检测，确保钢管100％无损伤。光缆内置多芯多模高温纯硅双披覆光纤，该光纤为纯硅纤芯，外部涂覆层为环氧树脂，具有耐高温、耐腐蚀、高机械强度、强抗氢损的特点。
进一步优化方案，监测中心12内设置有电源4，电源4与工控机5、温度压力解调仪1、测温光端机2和显示器3相连接。
进一步优化方案，监测光缆7捆绑在抽采管9外，随抽采管9通过井口伸入储气库10，井口处设置有套管头11，监测光缆7穿设在套管头11内。
在下入抽采管9过程中使用抽采管9管外保护器及扶正器对监测光缆7进行保护，监测光缆7随抽采管9下入储气库10内，监测光缆7下入时可根据现场实际需要连接不同数量的压力传感器8。下入监测光缆7时保证沿同一方向安装固定，使用混凝土进行全井段固井。射孔过程中使用陀螺导向仪测试光缆标记轨迹，采用定向射孔方式避射光缆完成射孔。将监测光缆7穿越套管头11并铺设至地面监测中心12，通过无线远传系统实现光纤动态数据实时传输。
进一步优化方案，监测光缆7远离压力传感器8的一端设置有密封器13。
本发明能够实现内衬式岩洞氢气储气库10温度、压力实时动态监测，利用温度压力解调仪1、测温光端机2将实时的温度、压力数据加入到工控机5数据库中，通过智能迭代算法，拟合温度、压力差曲线，判定储气库10密封性，并实时更新工控机5监测数据库；通过温度、压力两个参数对氢气泄露进行监测，提高了监测精度，增加了监测效率，且不会干扰日常的注采气运行。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种氢气储气库泄漏智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，获取储气库内实际压力po；
步骤二，测得实际压力po与计算压力值p之差获得Δp；
步骤三，将Δp与合格参照区间进行对比。
2.根据权利要求1所述的一种氢气储气库泄漏智能监测方法，其特征在于：所述步骤二中，计算压力值p通过SRK方程计算获得，所述SRK方程为：
式中：α0.5＝1+(1-Tr 0.5)(0.48508+1.55171ω-0.15613ω2)，对于氢/>其中Tr为对比温度，Tr＝T/Tc，Tc为临界温度。
3.根据权利要求1所述的一种氢气储气库泄漏智能监测方法，其特征在于：所述Δp＝po-p。
4.根据权利要求1所述的一种氢气储气库泄漏智能监测方法，其特征在于：所述步骤三中，合格参照区间为采集不同温度下相应的压力差值，形成散点图，观察曲线走向，依据最小二乘法回归分析，设温度与压力差值的关系：
式中：Δp为压力差值，T为监测所得温度，单位为K，T0为拟合曲线的拐点；α0、α1、α2和α3是待求参数，每个散点坐标为(T(i),Δp(i))，误差函数设为最小二乘法的误差：通过反复迭代，令误差函数E最小，求得拐点T0、以及α0、α1、α2和α3等待求参数，得到压力差与温度之间的非线性关系，同时将最小二乘法的误差函数E作为测试合格压力差参照曲线中的阈值，0到E即为所述合格参照区间。
5.一种氢气储气库泄漏智能预警系统，基于权利要求1-4任一项所述的一种氢气储气库泄漏智能监测方法，其特征在于，包括：
监测中心(12)，包括工控机(5)，所述工控机(5)连接有温度压力解调仪(1)、测温光端机(2)和显示器(3)；
监测光缆(7)，一端伸入所述储气库(10)，远离所述储气库(10)的一端通过连接尾纤(6)与所述测温光端机(2)相连接；
多个压力传感器(8)，设置在所述监测光缆(7)伸入所述储气库(10)的端部，并与所述温度压力解调仪(1)相连接。
6.根据权利要求5所述的一种氢气储气库泄漏智能预警系统，其特征在于：所述监测中心(12)内设置有电源(4)，所述电源(4)与所述工控机(5)、温度压力解调仪(1)、测温光端机(2)和显示器(3)相连接。
7.根据权利要求5所述的一种氢气储气库泄漏智能预警系统，其特征在于：所述监测光缆(7)捆绑在抽采管(9)外，随所述抽采管(9)通过井口伸入所述储气库(10)，所述井口处设置有套管头(11)，所述监测光缆(7)穿设在所述套管头(11)内。
8.根据权利要求5所述的一种氢气储气库泄漏智能预警系统，其特征在于：所述监测光缆(7)远离所述压力传感器(8)的一端设置有密封器(13)。
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