一种适用于加氢站系统的气体自动置换方法及装置与流程

1.本技术涉及加氢技术领域，具体而言，涉及一种适用于加氢站系统的气体自动置换方法及装置。


背景技术：

2.加氢站每日完成氢气加注后，管道内还存留部分氢气，需要将氢气置换为氮气，以提高夜间不工作时间段站内安全；在恢复加氢前，还需要将氮气置换为氢气。
3.气体置换时，目前一般操作是先关闭放空阀、打开置换阀，以注入一定压力的置换气体达到预定压力（如5mpa），再打开放空阀泄压至0.5mpa左右，并往复10次以上。
4.当使用自动控制系统控制阀门进行置换时，由于管道容积小、压力波动大，远程压力控制阀门开闭无法精确达到预定压力值；在注入气体时容易超压，在卸放气体时极易卸放过度，甚至导致压力降至常压，面临外部空气倒灌进入氢气系统的风险，因此难以实现自动置换。
5.而采用人工置换时，需要手动重复操作大量阀门，人工操作易导致氢气置换纯度不达标；甚至在10次操作中只要出现一次卸放过度，即易导致管道压力降至常压，面临外部空气倒灌进入氢气系统的风险，普通加氢工难以胜任该工作，人员素质要求较高，运维难度大。同时，采用重复卸放10次的方式，导致置换所用的氮气、氢气数量较大，长期运行过程将造成大量的氢气、氮气损耗以及经济损失。
6.综上可见，目前还没有一种控制较为精准，且气体置换效率高的加氢站气体置换方式。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种适用于加氢站系统的气体自动置换方法及装置。
8.第一方面，本技术实施例提供了一种适用于加氢站系统的气体自动置换方法，应用于一种加氢站系统，所述加氢站系统包括依次设置于氢气管道上的卸气阀门组、增压模块和加氢阀门组，所述卸气阀门组与氢气气源连接，所述卸气阀门组还与氮气置换管路连接，所述加氢阀门组与加氢枪连接，所述加氢阀门组还与氢气放空管路连接，所述方法包括：接收气体置换指令，确定所述气体置换指令对应的目标置换气体；基于理想气体状态方程表征所述目标置换气体的置换气体质量，基于达西公式表征所述目标置换气体在置换过程中的气体质量流量，并根据所述气体质量流量表征置换出口气体质量；基于所述置换气体质量、气体质量流量和置换出口气体质量表征所述目标置换气体的置换时长，并基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长；当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组阻断所述氢气气源与氢气管
道；控制所述加氢阀门组连通所述氢气放空管路与氢气管道后，控制所述卸气阀门组连通所述氮气置换管路与氢气管道；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组阻断所述氢气放空管路与氢气管道，并控制所述卸气阀门组阻断所述氮气置换管路与氢气管道。
9.优选的，所述卸气阀门组包括卸气入口阀、氢气置换气动阀、卸气调压阀、氮气置换气动阀，所述卸气入口阀、氢气置换气动阀和卸气调压阀依次设置于所述氢气管道上，且所述卸气入口阀距离所述氢气气源最近，所述氮气置换气动阀设置于所述氢气管道与氮气置换管路之间；所述加氢阀门组包括放空气动阀、出口气动阀，所述放空气动阀设置于所述氢气放空管路与氢气管道之间，所述出口气动阀设置于所述加氢枪与氢气管道之间；所述当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组阻断所述氢气气源与氢气管道；控制所述加氢阀门组连通所述氢气放空管路与氢气管道后，控制所述卸气阀门组连通所述氮气置换管路与氢气管道；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组阻断所述氢气放空管路与氢气管道，并控制所述卸气阀门组阻断所述氮气置换管路与氢气管道，包括：当所述目标置换气体为氮气时，关闭所述卸气入口阀、氢气置换气动阀和出口气动阀；开启所述放空气动阀，并在预设时长内开启所述氮气置换气动阀；基于所述卸气调压阀将所述氢气管道的压力维持至预设压力，并在所述目标置换时长后，关闭所述放空气动阀和氮气置换气动阀。
10.优选的，所述基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长之后，还包括：当所述目标置换气体为氢气时，控制所述卸气阀门组阻断所述氮气置换管路与氢气管道；控制所述加氢阀门组连通所述氢气放空管路与氢气管道后，控制所述卸气阀门组连通所述氢气气源与氢气管道；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组阻断所述氢气放空管路与氢气管道，并控制所述卸气阀门组阻断所述氢气气源与氢气管道。
11.优选的，所述卸气阀门组包括卸气入口阀、氢气置换气动阀、卸气调压阀、氮气置换气动阀，所述卸气入口阀、氢气置换气动阀和卸气调压阀依次设置于所述氢气管道上，且所述卸气入口阀距离所述氢气气源最近，所述氮气置换气动阀设置于所述氢气管道与氮气置换管路之间；所述加氢阀门组包括放空气动阀、出口气动阀，所述放空气动阀设置于所述氢气放空管路与氢气管道之间，所述出口气动阀设置于所述加氢枪与氢气管道之间；所述当所述目标置换气体为氢气时，控制所述卸气阀门组阻断所述氮气置换管路与氢气管道；控制所述加氢阀门组连通所述氢气放空管路与氢气管道后，控制所述卸气阀门组连通所述氢气气源与氢气管道；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组阻断所述氢气放空管路与氢气管道，并控制所述卸气阀门组阻断所述氢气气源与氢气管道，包括：当所述目标置换气体为氢气时，维持开启所述卸气入口阀，并关闭所述氮气置换气动阀和和出口气动阀；开启所述放空气动阀，并在预设时长内开启所述氢气置换气动阀；基于所述卸气调压阀将所述氢气管道的压力维持至预设压力，并在所述目标置换时长后，关闭所述放空气动阀和氢气置换气动阀。
12.优选的，所述卸气阀门组还包括卸气气动阀，所述氢气置换气动阀和卸气调压阀
构成第一阀门组，所述卸气气动阀与所述第一阀门组并联；所述方法还包括：接受工作指令，开启所述卸气入口阀、卸气气动阀和出口气动阀，并关闭所述第一阀门组、氮气置换气动阀和放空气动阀。
13.优选的，所述开启所述卸气入口阀、卸气气动阀和出口气动阀之前，还包括：确定所述氢气管道内的当前气体类别；当所述当前气体类别为氮气时，执行所述控制所述卸气阀门组阻断所述氢气气源与氢气管道；控制所述加氢阀门组连通所述氢气放空管路与氢气管道后，控制所述卸气阀门组连通所述氮气置换管路与氢气管道；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组阻断所述氢气放空管路与氢气管道，并控制所述卸气阀门组阻断所述氮气置换管路与氢气管道的步骤。
14.优选的，所述基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长之后，还包括：生成所述加氢站系统的质量方程、连续性方程和动量方程，并基于cfd构建所述加氢站系统的模型；基于所述模型仿真计算置换完成所需的预估时长；当所述预估时长与所述目标置换时长之间的误差小于预设误差时，执行下一步骤；当所述预估时长与所述目标置换时长之间的误差不小于预设误差时，生成警示信息。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种适用于加氢站系统的气体自动置换装置，应用于一种加氢站系统，所述加氢站系统包括依次设置于氢气管道上的卸气阀门组、增压模块和加氢阀门组，所述卸气阀门组与氢气气源连接，所述卸气阀门组还与氮气置换管路连接，所述加氢阀门组与加氢枪连接，所述加氢阀门组还与氢气放空管路连接，所述装置包括：接收模块，用于接收气体置换指令，确定所述气体置换指令对应的目标置换气体；计算模块，用于基于理想气体状态方程表征所述目标置换气体的置换气体质量，基于达西公式表征所述目标置换气体在置换过程中的气体质量流量，并根据所述气体质量流量表征置换出口气体质量；确定模块，用于基于所述置换气体质量、气体质量流量和置换出口气体质量表征所述目标置换气体的置换时长，并基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长；判断模块，用于当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组阻断所述氢气气源与氢气管道；控制所述加氢阀门组连通所述氢气放空管路与氢气管道后，控制所述卸气阀门组连通所述氮气置换管路与氢气管道；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组阻断所述氢气放空管路与氢气管道，并控制所述卸气阀门组阻断所述氮气置换管路与氢气管道。
16.第三方面，本技术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计算机程序时实现如第一方
面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。
17.第四方面，本技术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，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。
18.本发明的有益效果为：通过对目标置换时长进行计算，并根据目标置换时长来自动控制加氢站系统进行气体的置换过程，减少加氢站工作人员的误操作风险，提高气体置换效率和气体置换准确性的同时，避免了安全事故，提高安全性，同时减少氢气、氮气用量，提高置换经济性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术实施例提供的一种适用于加氢站系统的气体自动置换方法的流程示意图；图2为本技术实施例提供的一种加氢站系统的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种适用于加氢站系统的气体自动置换装置的结构示意图；图4为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
21.其中，1-氢气放空管路、2-氮气置换管路、3-氢气管道、10-卸气阀门组、11-卸气入口阀、12-氢气置换气动阀、13-卸气调压阀、14-卸气气动阀、15-氮气置换气动阀、20-增压模块、30-加氢阀门组、31-放空气动阀、32-出口气动阀。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本技术的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本技术也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征a、b、c，另一个实施例包含特征b、d，那么本技术也应视为包括含有a、b、c、d的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
24.下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本技术内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
25.参见图1，图1是本技术实施例提供的一种适用于加氢站系统的气体自动置换方法的流程示意图。在本技术实施例中，所述方法应用于一种加氢站系统，如图2所示，所述加氢
站系统包括依次设置于氢气管道3上的卸气阀门组10、增压模块20和加氢阀门组30，所述卸气阀门组10与氢气气源连接，所述卸气阀门组10还与氮气置换管路2连接，所述加氢阀门组30与加氢枪连接，所述加氢阀门组30还与氢气放空管路1连接，所述方法包括：s101、接收气体置换指令，确定所述气体置换指令对应的目标置换气体。
26.本技术的执行主体可以是加氢站系统的控制器，该控制器可与卸气阀门组10、增压模块20和加氢阀门组30电连接，其中增压模块20通过其中的压缩机产生压力，进而引导气体流动。
27.在本技术实施例中，当工作人员需要对加氢站系统的管道内气体进行一键置换时，其会按压对应的操作按钮，使得控制器接受到气体置换指令。控制器将会确定此次需要进行置换的目标置换气体是什么，即确定是要置换氢气还是置换氮气。
28.s102、基于理想气体状态方程表征所述目标置换气体的置换气体质量，基于达西公式表征所述目标置换气体在置换过程中的气体质量流量，并根据所述气体质量流量表征置换出口气体质量。
29.在本技术实施例中，以氢气置换氮气的情况为例，管路内的气体是由氮气与氢气混合并且逐渐被氢气替换的过程，根据道尔顿分压定律，管路中一段气体的压力等于各组分分压力之和为：其中，p为气体压力，下标1表示氢气对应的参数，2表示氮气对应的参数，即为氢气气压，为氮气气压。
30.根据理想气体状态方程的计算公式：其中，p为气体压力；v为气体体积；m为气体质量；m为气体摩尔质量；r为气体普适常数；t为温度。
31.整合上述二式，可将目标置换气体的置换气体质量表征为如下计算式：具体而言，在管道末端，当氮气被置换完成后，置换氢气的质量为：其中，为大气压力，0.1mpa。
32.在置换过程中，氢气是一种随着管路压力不断下降、体积不断膨胀的过程，因此氢气的质量流量可根据达西公式来表征计算为：
其中，g为质量流量；为修正系数；d为管道直径；为气体密度；为置换气体压力；为t时刻置换出口压力。
33.根据质量守恒，置换出口的气体质量为质量流量在该段时间的计分，即：s103、基于所述置换气体质量、气体质量流量和置换出口气体质量表征所述目标置换气体的置换时长，并基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长。
34.在本技术实施例中，通过整合置换气体质量、气体质量流量和置换出口气体质量的表征计算式，可以计算出当管道内的氮气均由氢气置换后的置换时长的表征计算式为：而对于加氢站系统而言，其内部管道接头处内壁光滑，可简化处理为纯管道系统处理；卸气阀门组10与增压模块20之间管道长15m、管道内径18.75mm，增压模块20与加氢阀门组30之间管道长15m、管道内径14.06mm；按照加氢站系统设定，置换气体压力为5mpa。通过这些结构参数信息，能够对置换时长进行具体的计算，经计算，氢气置换氮气过程中，消耗氢气体积（标况下）为，需要5秒才能置换完成。
35.此外，对于传统的置换方法而言，在管道系统密闭的初始情况下，由氢气充入被置换管道内，充分混合后泄压，再往复多次重复充压、泄压，直至管道内氮气被置换为氢气。
36.氮气置换的初始条件为，氮气置换后合格标准为；氢气置换的初始条件为，氢气置换后合格标准为。需要进行置换的氢气管道3一般管径、管长较小，置换容积不大，充气和放气过程较为迅速，置换过程的温度与环境温度相当，置换过程气体可简化为理想气体进行计算。
37.根据相关标准规定，氢气纯度至少为，一般加氢站氢气源供应的氢气为高纯氢，氢气体积分数不小于，结合运行工况下的置换压力、泄放压力、置换管道容积等相关参数，可得出特定管道系统置换合格所需的置换次数。
38.进行单次充气时，每次充入管道内的氢气质量为：其中，为管道内初始气体压力。
39.设x为置换前气体杂质含量，为置换一次后气体杂质含量，为置换所用气体的杂质含量，为置换前气体压力，为置换一次完成并泄压后的气体压力，为置换过程充气压力。置换完成一次后管道内的杂质气体含量应为原始气体杂质与充入气体的
杂质之和扣除泄压部分的气体杂质，因此可以得到：简化可得置换完成一次后管道内的杂质气体含量为：经迭代计算，置换n次后管道内的杂质气体含量为：同样的，按照上述加氢站系统相关参数，按充气压力5mpa、卸气压力0.5mpa 进行计算，单次充气所消耗的氢气体积（标况下）为，至少需要10次才能完成氢气置换氮气，因此置换所需氢气耗气量共计。
40.可见，采用本发明的氢气置换氮气方法可节省至少氢气，置换效率更高。
41.s104、当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氮气置换管路2与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3。
42.在本技术实施例中，若根据气体置换指令确定出目标置换气体为氮气时，将首先控制加氢阀门组30连通氢气放空管路1与氢气管道3，接着控制卸气阀门组10连通氮气置换管路2与氢气管道3，以此实现对氮气置换入氢气管道3的过程。将该过程维持目标置换时长后，即认为气体已经置换完毕，进而将相关阀门组关闭，阻断气体继续置换入内。
43.在一种可实施方式中，所述卸气阀门组10包括卸气入口阀11、氢气置换气动阀12、卸气调压阀13、氮气置换气动阀15，所述卸气入口阀11、氢气置换气动阀12和卸气调压阀13依次设置于所述氢气管道3上，且所述卸气入口阀11距离所述氢气气源最近，所述氮气置换气动阀15设置于所述氢气管道3与氮气置换管路2之间；所述加氢阀门组30包括放空气动阀31、出口气动阀32，所述放空气动阀31设置于所述氢气放空管路1与氢气管道3之间，所述出口气动阀32设置于所述加氢枪与氢气管道3之间；所述当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氮气置换管路2与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3，包括：当所述目标置换气体为氮气时，关闭所述卸气入口阀11、氢气置换气动阀12和出口气动阀32；开启所述放空气动阀31，并在预设时长内开启所述氮气置换气动阀15；
基于所述卸气调压阀13将所述氢气管道3的压力维持至预设压力，并在所述目标置换时长后，关闭所述放空气动阀31和氮气置换气动阀15。
44.在本技术实施例中，在进行氮气置换氢气时，初始状态为管道内均为氢气，并保持微正压状态（0.5mpa左右）。控制器将保持卸气入口阀11关闭、氢气置换气动阀12关闭；控制打开放空气动阀31，处于微正压状态的管道内氢气开始向放空管出口段扩散；然后在预设时长（0.5s）内打开氮气置换气动阀15，压力为预设压力（5mpa）的氮气通过氮气置换管道注入，开始置换氢气；目标置换时长后关闭放空气动阀31，关闭氮气置换气动阀15，氮气置换氢气完成。
45.在一种可实施方式中，所述基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长之后，还包括：当所述目标置换气体为氢气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氢气气源与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3。
46.在本技术实施例中，若根据气体置换指令确定出目标置换气体为氢气时，将首先控制加氢阀门组30连通氢气放空管路1与氢气管道3，接着控制卸气阀门组10连通氢气气源与氢气管道3，以此实现对氢气置换入氢气管道3的过程。将该过程维持目标置换时长后，即认为气体已经置换完毕，进而将相关阀门组关闭，阻断气体继续置换入内。
47.在一种可实施方式中，所述卸气阀门组10包括卸气入口阀11、氢气置换气动阀12、卸气调压阀13、氮气置换气动阀15，所述卸气入口阀11、氢气置换气动阀12和卸气调压阀13依次设置于所述氢气管道3上，且所述卸气入口阀11距离所述氢气气源最近，所述氮气置换气动阀15设置于所述氢气管道3与氮气置换管路2之间；所述加氢阀门组30包括放空气动阀31、出口气动阀32，所述放空气动阀31设置于所述氢气放空管路1与氢气管道3之间，所述出口气动阀32设置于所述加氢枪与氢气管道3之间；所述当所述目标置换气体为氢气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氢气气源与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3，包括：当所述目标置换气体为氢气时，维持开启所述卸气入口阀11，并关闭所述氮气置换气动阀15和和出口气动阀32；开启所述放空气动阀31，并在预设时长内开启所述氢气置换气动阀12；基于所述卸气调压阀13将所述氢气管道3的压力维持至预设压力，并在所述目标置换时长后，关闭所述放空气动阀31和氢气置换气动阀12。
48.在本技术实施例中，在进行氢气置换氮气时，初始状态为管道内均为氮气，并保持微正压状态（0.5mpa左右）。控制器将保持卸气入口阀11开启、氮气置换气动阀15关闭；控制打开放空气动阀31，处于微正压状态的管道内氮气开始向放空管出口扩散；然后在0.5s内打开氢气置换气动阀12，氢气通过卸气调压阀13减压至5mpa后注入管道内，开始置换氮气；
目标置换时长后关闭放空气动阀31，关闭氢气置换气动阀12，氢气置换氮气完成。
49.在一种可实施方式中，所述卸气阀门组10还包括卸气气动阀14，所述氢气置换气动阀12和卸气调压阀13构成第一阀门组，所述卸气气动阀14与所述第一阀门组并联；所述方法还包括：接受工作指令，开启所述卸气入口阀11、卸气气动阀14和出口气动阀32，并关闭所述第一阀门组、氮气置换气动阀15和放空气动阀31。
50.在本技术实施例中，考虑到气源压力较高，置换时需要进行调压，故额外设置了第一阀门组进行置换时专门的调控，而对于正常的加氢站注氢过程而言，将通过卸气气动阀14进行氢气的输送。工作人员在需要正常进行注氢工作时，会按动相应的控制按钮，生成工作指令。控制器在接收到工作指令后，将开启卸气入口阀11、卸气气动阀14和出口气动阀32，并关闭第一阀门组、氮气置换气动阀15和放空气动阀31，实现注氢时的正常氢气流通。
51.在一种可实施方式中，所述开启所述卸气入口阀11、卸气气动阀14和出口气动阀32之前，还包括：确定所述氢气管道3内的当前气体类别；当所述当前气体类别为氮气时，执行所述控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氮气置换管路2与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3的步骤。
52.在本技术实施例中，进行注氢前，还需要对管道内的气体种类进行判断，具体可通过最后一次接收到的气体置换指令进行确认。若当前气体类别为氮气，则首先需要进行将管道内氮气置换为氢气的过程，待置换完成后，才能够控制相应阀门开启，进行注氢工作。
53.在一种可实施方式中，所述基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长之后，还包括：生成所述加氢站系统的质量方程、连续性方程和动量方程，并基于cfd构建所述加氢站系统的模型；基于所述模型仿真计算置换完成所需的预估时长；当所述预估时长与所述目标置换时长之间的误差小于预设误差时，执行下一步骤；当所述预估时长与所述目标置换时长之间的误差不小于预设误差时，生成警示信息。
54.在本技术实施例中，在理论计算的基础上，将采用cfd流体力学软件计算流体动力学对加氢站的整站工艺系统进行建模校核。具体而言，将采用eulerian－eulerian多相流模型，相间相互作用分为由速度差引起的动量传递、浓度差引起的质量传递、温差引起的能量传递。由于采用非均相模型，不考虑温度场，以氮气和氢气为两相介质，氮气相为拟流体或连续流体，氢气相为拟流体，满足质量和动量守恒。即确定并导入质量方程、连续性方程和动量方程后，便能够根据cfd流体力学软件的eulerian－eulerian多相流模型构建出对应的模型。
55.质量方程可描述为：
湍流流动的连续性方程：动量方程：其中，t为时间；为混合相流体密度；为k相密度；为k相体积分数；为k相相对速度；为k相压力；为k相动力粘度；为相间作用力，下标k为相。
56.通过仿真模拟比对，对计算出的目标置换时长进行核算，以确保后续根据目标置换时长进行置换的控制过程的可靠性，若仿真得到的预估时长与目标置换时长的误差较大，则会生成警示信息，提醒工作人员前往查看是否存在异常。
57.下面将结合附图3，对本技术实施例提供的适用于加氢站系统的气体自动置换装置进行详细介绍。需要说明的是，附图3所示的适用于加氢站系统的气体自动置换装置，用于执行本技术图1所示实施例的方法，为了便于说明，仅示出了与本技术实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本技术图1所示的实施例。
58.请参见图3，图3是本技术实施例提供的一种适用于加氢站系统的气体自动置换装置的结构示意图。如图3所示，所述装置应用于一种加氢站系统，所述加氢站系统包括依次设置于氢气管道3上的卸气阀门组10、增压模块20和加氢阀门组30，所述卸气阀门组10与氢气气源连接，所述卸气阀门组10还与氮气置换管路2连接，所述加氢阀门组30与加氢枪连接，所述加氢阀门组30还与氢气放空管路1连接，所述装置包括：接收模块301，用于接收气体置换指令，确定所述气体置换指令对应的目标置换气体；计算模块302，用于基于理想气体状态方程表征所述目标置换气体的置换气体质量，基于达西公式表征所述目标置换气体在置换过程中的气体质量流量，并根据所述气体质量流量表征置换出口气体质量；确定模块303，用于基于所述置换气体质量、气体质量流量和置换出口气体质量表征所述目标置换气体的置换时长，并基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长；判断模块304，用于当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，
控制所述卸气阀门组10连通所述氮气置换管路2与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3。
59.在一种可实施方式中，所述卸气阀门组10包括卸气入口阀11、氢气置换气动阀12、卸气调压阀13、氮气置换气动阀15，所述卸气入口阀11、氢气置换气动阀12和卸气调压阀13依次设置于所述氢气管道3上，且所述卸气入口阀11距离所述氢气气源最近，所述氮气置换气动阀15设置于所述氢气管道3与氮气置换管路2之间；所述加氢阀门组30包括放空气动阀31、出口气动阀32，所述放空气动阀31设置于所述氢气放空管路1与氢气管道3之间，所述出口气动阀32设置于所述加氢枪与氢气管道3之间；判断模块304包括：第一控制单元，用于当所述目标置换气体为氮气时，关闭所述卸气入口阀11、氢气置换气动阀12和出口气动阀32；第二控制单元，用于开启所述放空气动阀31，并在预设时长内开启所述氮气置换气动阀15；第三控制单元，用于基于所述卸气调压阀13将所述氢气管道3的压力维持至预设压力，并在所述目标置换时长后，关闭所述放空气动阀31和氮气置换气动阀15。
60.在一种可实施方式中，所述判断模块304还用于：当所述目标置换气体为氢气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氢气气源与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3。
61.在一种可实施方式中，所述判断模块304还包括：第四控制单元，用于当所述目标置换气体为氢气时，维持开启所述卸气入口阀11，并关闭所述氮气置换气动阀15和和出口气动阀32；第五控制单元，用于开启所述放空气动阀31，并在预设时长内开启所述氢气置换气动阀12；第六控制单元，用于基于所述卸气调压阀13将所述氢气管道3的压力维持至预设压力，并在所述目标置换时长后，关闭所述放空气动阀31和氢气置换气动阀12。
62.在一种可实施方式中，所述卸气阀门组10还包括卸气气动阀14，所述氢气置换气动阀12和卸气调压阀13构成第一阀门组，所述卸气气动阀14与所述第一阀门组并联；所述装置还包括：控制模块，用于接受工作指令，开启所述卸气入口阀11、卸气气动阀14和出口气动阀32，并关闭所述第一阀门组、氮气置换气动阀15和放空气动阀31。
63.在一种可实施方式中，所述装置还包括：类别确认模块，用于确定所述氢气管道3内的当前气体类别；置换模块，用于当所述当前气体类别为氮气时，执行所述控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氮气置换管路2与氢气管道3；所述目标置换时长
后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3的步骤。
64.在一种可实施方式中，所述装置还包括：构建模块，用于生成所述加氢站系统的质量方程、连续性方程和动量方程，并基于cfd构建所述加氢站系统的模型；仿真模块，用于基于所述模型仿真计算置换完成所需的预估时长；第一比对模块，用于当所述预估时长与所述目标置换时长之间的误差小于预设误差时，执行下一步骤；第二比对模块，用于当所述预估时长与所述目标置换时长之间的误差不小于预设误差时，生成警示信息。
65.本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列（field－programmable gate array，fpga）、集成电路（integrated circuit，ic）等。
66.本技术实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本技术实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本技术实施例所述的功能的软件而实现。
67.参见图4，其示出了本技术实施例所涉及的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以用于实施图1所示实施例中的方法。如图4所示，电子设备400可以包括：至少一个中央处理器401，至少一个网络接口404，用户接口403，存储器405，至少一个通信总线402。
68.其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。
69.其中，用户接口403可以包括显示屏（display）、摄像头（camera），可选用户接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。
70.其中，网络接口404可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如wi-fi接口）。
71.其中，中央处理器401可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器401利用各种接口和线路连接整个电子设备400内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器405内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器405内的数据，执行终端400的各种功能和处理数据。可选的，中央处理器401可以采用数字信号处理（digital signal processing，dsp）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）、可编程逻辑阵列（programmable logic array，pla）中的至少一种硬件形式来实现。中央处理器401可集成中央中央处理器（central processing unit，cpu）、图像中央处理器（graphics processing unit，gpu）和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，cpu主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到中央处理器401中，单独通过一块芯片进行实现。
72.其中，存储器405可以包括随机存储器（random access memory，ram），也可以包括只读存储器（read-only memory）。可选的，该存储器405包括非瞬时性计算机可读介质（non-transitory computer-readable storage medium）。存储器405可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器405可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功
能、图像播放功能等）、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器405可选的还可以是至少一个位于远离前述中央处理器401的存储装置。如图4所示，作为一种计算机存储介质的存储器405中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及程序指令。
73.在图4所示的电子设备400中，用户接口403主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；而中央处理器401可以用于调用存储器405中存储的适用于加氢站系统的气体自动置换应用程序，并具体执行以下操作：接收气体置换指令，确定所述气体置换指令对应的目标置换气体；基于理想气体状态方程表征所述目标置换气体的置换气体质量，基于达西公式表征所述目标置换气体在置换过程中的气体质量流量，并根据所述气体质量流量表征置换出口气体质量；基于所述置换气体质量、气体质量流量和置换出口气体质量表征所述目标置换气体的置换时长，并基于所述加氢站系统的结构参数信息确定目标置换时长；当所述目标置换气体为氮气时，控制所述卸气阀门组10阻断所述氢气气源与氢气管道3；控制所述加氢阀门组30连通所述氢气放空管路1与氢气管道3后，控制所述卸气阀门组10连通所述氮气置换管路2与氢气管道3；所述目标置换时长后，控制所述加氢阀门组30阻断所述氢气放空管路1与氢气管道3，并控制所述卸气阀门组10阻断所述氮气置换管路2与氢气管道3。
74.本技术还提供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上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、dvd、cd-rom、微型驱动器以及磁光盘、rom、ram、eprom、eeprom、dram、vram、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统（包括分子存储器ic），或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
75.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
76.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
77.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
78.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目
的。
79.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
80.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：u盘、只读存储器（read-only memory， rom）、随机存取存储器（random access memory，ram）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
81.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（read-only memory， rom）、随机存取器（random access memory，ram）、磁盘或光盘等。
82.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。