一种多相态CO2储运装置泄漏检测方法与系统与流程

一种多相态co2储运装置泄漏检测方法与系统
技术领域
1.本发明涉及一种co2储运装置泄漏检测技术领域，特别是关于多相态co2储运装置泄漏检测方法与系统。


背景技术：

2.我国co2输送与封存项目越来越多，依托原有工艺设施，多相态的co2储运装置越来越多出现在油气处理厂、油气站场以及陆岸终端等场所，随之而来的co2泄漏问题也将日益突出。当前co2泄漏检测的方法有气体传感器测量法、红外温度扫描法、管道压降识别法、压力波检测法等。上述方法都有一定适用条件，存在各种各样的问题，在co2检测的精准性上有待改善的空间。co2管输是实现其封存的前提，且往往采用高纯度、高压力的输送方式。由于co2具有腐蚀性，使得储运装置发现腐蚀破坏而出现泄漏。根据经验，泄漏的位置往往发生在储运装置的薄弱环节或经常拆换的部件，如法兰、阀门、接头以及盲板抽堵等特殊位置。一旦co2发生泄漏，co2会在短时间内弥散在泄漏点附近的空气中，使得co2浓度急剧上升。对于不同气体介质环境，超声波展示了不同的传播特性。超声波在co2气体中的传播速率与其在空气中有明显不同，呈现出较为明显的相位差，基于这一原理，使得采用超声波驱动检测方法来对储运装置co2泄漏进行检测与识别成为可能。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的是提供一种多相态co2储运装置泄漏检测方法与系统，其能够精准识别co2泄漏，灵敏度高。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多相态co2储运装置泄漏检测方法，其包括：获取高频信号在薄弱位置处无co2泄漏时的第一传播速度v1，以及输出的第一检测信号，将第一检测信号作为参考信号ω1；获取高频信号在实时检测薄弱位置处的第二传播速度v2及输出的第二检测信号ω2，确定第一传播速度v1与第二传播速度v2之间的相位差将第二检测信号ω2和参考信号ω1进行检波和相位差提取，获取高频单周期的相位差；对高频单周期的相位差进行识别与对比后，得到co2泄漏检测结果。
5.进一步，所述第一检测信号和所述第二检测信号的获取，包括：
6.由设置在多相态co2储运装置上薄弱位置一侧的高频信号驱动器发射出超声波驱动信号，该超声波驱动信号为一高频单频正弦输入信号ω0；由设置在co2储运装置上薄弱位置另一侧的高频信号接收器接收高频信号后，输出第一检测信号或第二检测信号。
7.进一步，所述对高频单周期的相位差进行识别与对比，包括：
8.当管道薄弱处没有co2泄漏时，检测通道中co2浓度为正常空气中co2的浓度，此时，高频单周期的相位差近似为0；
9.当管道薄弱处有co2泄漏时，检测通道中将充满高浓度co2，高频单周期的相位差大于0，通过对高频单周期的相位差不为0进行对比后，得到管道薄弱处的co2是否发生泄漏的检测结果。
10.一种用于实现上述多相态co2储运装置泄漏检测方法的检测系统，其包括：高频信号驱动器，设置在多相态co2储运装置上的薄弱位置一侧，用于发射高频信号；高频信号接收器，设置在多相态co2储运装置上的薄弱位置另一侧，用于接收高频信号；信号处理器，与高频信号接收器连接，用于接收高频信号接收器传输至的高频信号，并对该高频信号进行处理后传输至信号运算储存器内，进行存储；逻辑判断器，将信号运算储存器传输至的信号与无co2泄漏时的检测信号进行对比，得到co2泄漏检测结果。
11.进一步，还包括显示设备；该显示设备与所述逻辑判断器连接，用于将接收到的所述逻辑判断器传输至的co2泄漏检测结果进行显示。
12.进一步，通过在储运系统的薄弱位置安装该检测系统，检测co2储运装置的薄弱环节是否存在co2泄漏，并在检测系统的终端显示是否发生泄漏及其泄漏位置。
13.进一步，所述薄弱位置包括法兰、阀门、接头以及盲板抽堵处。
14.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过超声波在co2中呈现出不同的传播特性，检测co2储运装置的薄弱环节是否存在co2泄漏，具有识别速度快，灵敏度高，环境适应好等特点，能够精准识别co2泄漏，为co2泄漏检测与快速辨识提供了可靠的手段。
附图说明
15.图1是本发明一实施例中多相态co2储运装置泄漏检测系统结构示意图；
16.图2是本发明一实施例中多相态co2储运装置泄漏检测方法流程示意图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
19.二氧化碳封存技术蓬勃发展，不同状态下的co2管输成为ccus活动中最常见的做法。但是，通过管道运输高压、高纯度状态下的co2，存在co2泄漏问题，尤其是在管道中接头、法兰、阀门的薄弱环节存在较大的泄漏风险。一旦发现co2泄漏，如何识别与发现泄漏是首要问题。
20.因此，本发明提出了一种多相态co2储运装置泄漏检测方法与系统，通过超声波在co2中呈现出不同的传播特性，检测co2储运装置的薄弱环节是否存在co2泄漏；其中，多相态包括气态、密相、超临界态。该方法具有识别速度快，灵敏度高，环境适应好等特点，能够精准识别co2泄漏，为co2泄漏检测与预警提供了可靠的手段。
21.理想气体的声速方程为：
[0022][0023]
式中，c为理想气体的声速；m为理想气体的摩尔质量；γ为理想气体的比热比；t为环境温度；r为理想气体常数，取值为8.314j/(mol
·
k)。
[0024]
当空气中混有泄漏气体时，m与γ可看作是混合气体的加权平均值，因此若空气中泄漏气体浓度u确定，混合气体的相对分子质量和比热比被确定，此时声速公式(1)修正为：
[0025][0026]
其中，u为泄漏气体浓度；m1为空气的摩尔质量；m2为泄漏气体的摩尔质量；γ1为空气的比热比；γ2为泄漏气体的比热比。
[0027]
经过进一步整理，声速与气体浓度关系式为：
[0028][0029]
其中：c
air
环境温度为t时的空气中声速。
[0030]
可见，声音在不同气体介质中，传播速率不同。当空气中混合不同浓度泄漏气体时，超声波声速会发生改变。可以看出声速变化快慢主要由泄漏气体成分即分子量决定，而气体比热容比对超声波声速影响较小。
[0031]
相位测量法原理是通过测量超声波接收信号与某一固定信号之间的相位差值来反应声速变化量，由于超声波声速随气体浓度变化而变换，接收信号则会出现相移，因此，接收信号与固定信号之间相位差会变化，且变化量与气体浓度成函数关系。
[0032]
当发射同一频率的声波信号在同样距离的不同气体介质中传播时，接收到的声波信号会存在时间差，在相位上会存在一个相位差。泄漏气体的摩尔质量与空气的摩尔质量差距越大，泄漏气体被检测识别的效果将更加明显。
[0033]
超声波双通道相位差检测系统是把超声波同时加载于接近同程的两个腔体一端，两路接收信号取于腔体另一端，一个腔体中封闭为空气，另一腔体中为待测泄漏气体。超声波信号通过两个腔体时由于气体浓度不同导致声波传输速度不同，则两测量端收到不同步声波信号，体现在接收信号具有相位差。该相位差经检相技术提取并送入后续信号处理单元计算处理得到待测气体的浓度。根据双通道结构获取信号相位差可在一定程度实现系统温度补偿。环境温度对超声波声速会造成影响，但双通道温度变化相同，信号相位差受温度影响在一定程度上减小，这也是采取双通道进行相位差测量的主要原因。
[0034]
在本发明的一个实施例中，提供一种多相态co2储运装置泄漏检测系统。本实施例中，基于上述检测原理，可以用来检测声波信号传播路径上是否存在某种不同气体介质存在，同时应用到储运装置的薄弱处是否co2泄漏检测。如图1所示，本实施例中的多相态co2储运装置泄漏检测系统包括：
[0035]
高频信号驱动器3，设置在co2储运装置1上的薄弱位置2一侧，用于发射高频信号；
[0036]
高频信号接收器4，设置在co2储运装置1上的薄弱位置2另一侧，用于接收高频信
号；
[0037]
信号处理器5，与高频信号接收器4连接，用于接收高频信号接收器4传输至的高频信号，并对该高频信号进行处理后传输至信号运算储存器6内，进行存储；
[0038]
逻辑判断器7，根据预置在逻辑判断器7内的对比判断逻辑，将信号运算储存器6传输至的信号与无co2泄漏时的检测信号进行对比，得到co2泄漏检测结果。
[0039]
上述实施例中，还包括显示设备8。该显示设备8与逻辑判断器7连接，用于将接收到的逻辑判断器7传输至的co2泄漏检测结果进行显示。
[0040]
上述实施案例中，通过在储运系统的薄弱位置安装该检测系统，检测co2储运装置的薄弱环节是否存在co2泄漏，并在检测系统的终端显示是否发生泄漏及其泄漏位置。
[0041]
上述实施例中，co2储运装置1上的薄弱位置2包括法兰、阀门、接头以及盲板抽堵处等。
[0042]
在本发明的一个实施例中，提供一种多相态co2储运装置泄漏检测方法，该检测方法基于上述实施例中的多相态co2储运装置泄漏检测系统实现。假设环境温度为t，超声波在无co2泄漏的参考通道空气中的传播速度为v1，假设在有co2泄漏的被测气体中传播速度为v2，那么在两个输出响应信号存在相位差且相位差中可能包含着若干个2π周期，通过检波技术和相位差提取方法，获取高频单周期的相位差相位差的大小与气体浓度的大小有关。如图2所示，该密相超临界管输co2泄漏检测方法包括以下步骤：
[0043]
1)获取高频信号在薄弱位置2处无co2泄漏时的第一传播速度v1，以及输出的第一检测信号，将第一检测信号作为参考信号ω1；
[0044]
2)获取高频信号在实时检测薄弱位置2处的第二传播速度v2及输出的第二检测信号ω2，确定第一传播速度v1与第二传播速度v2之间的相位差
[0045]
3)将第二检测信号ω2和参考信号ω1进行检波和相位差提取，获取高频单周期的相位差
[0046]
4)对高频单周期的相位差进行识别与对比后，进行判断，得到co2泄漏检测结果。
[0047]
上述步骤1)中，由设置在多相态co2储运装置1上薄弱位置2一侧的高频信号驱动器3发射出超声波驱动信号，该超声波驱动信号为一高频单频正弦输入信号ω0；由设置在co2储运装置1上薄弱位置2另一侧的高频信号接收器4接收高频信号后，输出检测信号。
[0048]
上述步骤2)中，高频信号驱动器3与高频信号接收器4之间的距离为l。高频信号驱动器3发出高频信号能够被高频信号接收器4接收到。
[0049]
具体的，在co2储运装置正常运行的情况下(无co2泄漏)，高频信号驱动器3发出高频信号ω0在空气中传播距离l后被高频信号接收器4收到。
[0050]
在co2储运装置发生泄漏的情况下，高频信号驱动器3发出高频信号ω0在混合气体(高浓度co2气体和空气)中传播距离l后被高频信号接收器4收到。
[0051]
上述步骤4)中，对高频单周期的相位差进行识别与对比，具体为：
[0052]
当管道薄弱处没有co2泄漏时，检测通道中co2浓度为正常空气中co2的浓度。此时，高频单周期的相位差近似为0；
[0053]
当管道薄弱处有co2泄漏时，检测通道中将充满高浓度co2，高频单周期的相位差大于0，通过对高频单周期的相位差不为0进行对比后，得到管道薄弱处的co2是否
发生泄漏的检测结果。
[0054]
通过在储运系统的薄弱位置安装该检测系统，检测co2储运装置的薄弱环节是否存在co2泄漏，并在检测系统的终端显示是否发生泄漏及其泄漏位置。
[0055]
本实施例提供的方法是用于执行上述各系统实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
[0056]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。