本发明涉及一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，属于气体浓度检测控制技术领域。
背景技术：
氢能源具有储运便捷、来源多样、洁净环保等突出优点，许多国家把发展氢能作为重要的能源战略。但氢气易燃易爆、燃烧范围宽、点火能量低、扩散系数大，在制备、储存、运输、加注和使用过程中具有潜在的泄漏和爆炸危险，因此，氢气泄漏检测报警装置是氢能应用的重要保障，也是必备部件。
现有技术中，主要存在以下问题：首先是响应普遍迟缓，氢气浓度检测器多采用电化学、催化燃烧或半导体式，响应时间普遍高达30s甚至更长，且实际现场多安装在氢气容易积聚的顶部，当检测器当地达到报警阈值时，可能已发生较为危险的泄漏事件；其二，现有检测器的量程过低，多数在高氢气浓度气氛中还会造成性能劣化、寿命明显缩短，甚至故障失效；同时，普遍缺乏在实际场景下进行允许泄漏量的实际测试，针对性地确定报警阈值和估计泄漏事件等级。而实践中设置过低阈值，带来误报警和频繁报警也是不可接受的，比如频繁开启自动应急处理措施，影响生产连续运行，付出很高的额外不必要代价。
在此，本发明提出一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，具有响应迅速、检测结果可靠、信息提供深度全面等特点，在应用中得到良好的效果。
技术实现要素：
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：
步骤一、预先模拟现场发生泄漏事件，测试氢气浓度检测器并获取先验数据，其中，在泄漏部位中心垂直上方距离d1、d2处分别设置近端、远端氢气浓度检测器n、f，模拟泄漏源在固定时间t0内释放氢气，控制释放量不超过允许安全泄漏量，连续记录n、f输出并持续检测峰值vnmax、vfmax，累计平均值vnavg、vfavg，后者为相应峰值出现前t1时间窗口内的输出平均值，为相等间隔连续采样m次求和平均得到；
步骤二、根据泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值，其中，n、f泄漏报警阈值分别根据所有vnmax、vfmax中的最大者确定，事件等级估计阈值分别根据所有vnavg、vfavg中的最大者确定；
步骤三、实际运行阶段，以步骤一所述方式记录检测n、f输出，结合步骤二中确定的报警阈值和事件等级估计阈值，进行条件判定，输出最终结果。
执行步骤一前，预先采用已知氢气浓度的标准气体对近端氢气浓度检测器n进行不少于10个点、远端氢气浓度检测器f进行不少于5个点的静态标定，检测器输出信号为换算后浓度。
氢气浓度检测器n、f响应时间(t90)均不大于1s，n量程上限为100％vol，f量程上限不低于10％vol。
步骤一的d1、d2满足：1m≥d1≥200mm，2m≥d2≥400mm，d2≥2d1。
步骤一的时间t0、t1、m，满足：10s≥t0≥0.5s，1s≥t1≥0.25s，m≥10。
步骤二的n、f泄漏检测报警阈值确定方式为，n、f分别设置两级报警阈值an1、an2和af1、af2且满足an1＝k1*vnmax，an2＝k2*vnmax，af1＝k1*vfmax，af2＝k2*vfmax，其中k1＝0.1～0.4、k2＝0.4～0.8。
步骤二的n、f事件等级估计阈值确定方式为，n、f分别设置两级事件等级估计阈值bn1、bn2和bf1、bf2且满足bn1＝k3*vnavg，bn2＝k4*vnavg，bf1＝k3*vfavg，bf2＝k4*vfavg，其中k3＝0.4～0.8、k4＝0.8～1.5。
步骤三中输出最终结果前的判断条件为，只要检测器n、f中有一个先达到报警阈值或事件等级估计阈值，即完成相应级报警和相应等级估计，若同时达到不同级别报警阈值或事件等级估计阈值，取其较高者。
本发明相比传统方式，具有响应迅速、检测结果可靠、信息提供深度全面等特点，在应用中得到良好的效果。
附图说明
图1为方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
步骤一、预先模拟现场氢气输送管路发生泄漏事件，测试氢气浓度检测器并获取先验数据，其中，在本例泄漏部位，法兰连接端面中心垂直上方距离0.5米、1米处分别设置近端、远端氢气浓度检测器n、f。模拟泄漏源为氢气瓶连接带累积显示的流量计和防爆电磁阀的管路，管路一端连接大气供氢气泄漏。在防爆电磁阀作用下开启/关闭，控制其在固定时间5秒内释放氢气。模拟泄漏源与检测器的相对位置与实际工作中，泄漏部位与检测器的相对位置保持相同。控制释放量不超过允许安全泄漏量0.45l/s，压力约为1.5个标准大气压。连续记录n、f输出并持续检测峰值vnmax、vfmax，累计平均值vnavg、vfavg，后者为相应峰值出现前500ms内的输出平均值，为相等间隔连续采样64次求和平均得到。对应该条件下分析实际测得数据，vnmax＝14.8％，vfmax＝6.9％，vnavg＝8.2％，vfavg＝3.3％，单位为vol。
步骤二、根据泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值，其中，n、f泄漏报警阈值分别根据所有vnmax、vfmax中的最大者确定，事件等级估计阈值分别根据所有vnavg、vfavg中的最大者确定。容易理解，泄漏阈值报警判断选取峰值，从连续的系列时间点检测，不排除偶发引起事件，事件等级估计选取时间窗口，从宏观统计来判断，更为客观合理。
n、f分别设置两级报警阈值an1、an2和af1、af2，对于本实例中的非密闭空间泄漏，可取较高值。按上限取k1＝0.4、k2＝0.8，且步骤一测得vnmax＝14.8％，vfmax＝6.9％，代入计算an1＝k1*vnmax，an2＝k2*vnmax，af1＝k1*vfavg，af2＝k2*vfavg，得：an1＝5.92％，an2＝11.84％，af1＝2.76％，af2＝5.52％。对于受限空间，k1、k2可按更保守选取。
n、f分别设置两级事件等级估计阈值bn1、bn2和bf1、bf2，对于本实例中的非密闭空间泄漏，同样可取较高值。取k3＝0.8、k4＝1.5，且步骤一测得vnavg＝8.2％，vfavg＝3.3％，代入计算bn1＝k3*vnavg，bn2＝k4*vnavg，bf1＝k3*vfavg，bf2＝k4*vfavg，得：bn1＝6.56％，bn2＝12.3％，bf1＝2.64％，bf2＝4.95％。同样，若对于受限空间，k3、k4可按更保守选取。
步骤三、实际运行阶段，以步骤一所述方式记录检测n、f输出，结合步骤二中确定的报警阈值和事件等级估计阈值，进行条件判定，输出最终结果。
氢气浓度检测器n、f响应时间(t90)均不大于1s，n量程上限为100％vol，f量程上限不低于10％vol，检测器类型推荐采用mems热导式检测原理。
执行步骤一前，预先采用已知氢气浓度的标准气体对近端氢气浓度检测器n进行不少于10个点、远端氢气浓度检测器f进行不少于5个点的静态标定，确保在宽检测范围内实现检测准确，检测器输出信号为换算后浓度。
步骤三中输出最终结果前的判断条件为，只要检测器n、f中有一个先达到报警阈值或事件等级估计阈值，即完成相应级报警和相应等级估计，若同时达到不同级别报警阈值或事件等级估计阈值，取其较高者。采用该方式，可靠性提高，即使其中一个检测器非在线状态，不影响泄漏报警及事件估计。
需说明，虽然以上计算得到的相应阈值看似较高，但实际安全性非但未降低还有所提高。在现场距离泄漏点正上方1.5米处还安装了量程为0～4％的催化燃烧型氢气检测器进行比对，在模拟泄漏源释放的全部时间内，最大示值未达到设置的一级报警40％lel，但在泄漏事件停止后5s内，示值仍然缓慢增加，直至约25s方恢复零位，未能较好完成阈值报警任务，更无从对泄漏事件等级进行估计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，如在不脱离本发明原理前提下进行若干改进和润饰，则此类改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于，包括如下检测步骤：
步骤一、预先模拟现场发生泄漏事件，测试氢气浓度检测器并获取先验数据，其中，在泄漏部位中心垂直上方距离d1、d2处分别设置近端、远端氢气浓度检测器n、f，模拟泄漏源在固定时间t0内释放氢气，控制释放量不超过允许安全泄漏量，连续记录n、f输出并持续检测峰值vnmax、vfmax，累计平均值vnavg、vfavg，后者为相应峰值出现前t1时间窗口内的输出平均值，为相等间隔连续采样m次求和平均得到；
步骤二、根据泄漏事件测试得到数据，确定泄漏检测报警阈值及事件等级估计阈值，其中，n、f泄漏报警阈值分别根据所有vnmax、vfmax中的最大者确定，事件等级估计阈值分别根据所有vnavg、vfavg中的最大者确定；
步骤三、实际运行阶段，以步骤一所述方式记录检测n、f输出，结合步骤二中确定的报警阈值和事件等级估计阈值，进行条件判定，输出最终结果。
2.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：执行步骤一前，预先采用已知氢气浓度的标准气体对近端氢气浓度检测器n进行不少于10个点、远端氢气浓度检测器f进行不少于5个点的静态标定，检测器输出信号为换算后浓度。
3.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：所述的氢气浓度检测器n、f响应时间(t90)均不大于1s，n量程上限为100％vol，f量程上限不低于10％vol。
4.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤一所述的距离d1、d2，满足1m≥d1≥200mm，2m≥d2≥400mm，d2≥2d1。
5.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤一所述的时间t0、t1、m，满足10s≥t0≥0.5s，1s≥t1≥0.25s，m≥10。
6.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤二所述的n、f泄漏检测报警阈值确定方式为，n、f分别设置两级报警阈值an1、an2和af1、af2，且满足an1＝k1*vnmax，an2＝k2*vnmax，af1＝k1*vfmax，af2＝k2*vfmax，其中k1＝0.1～0.4、k2＝0.4～0.8。
7.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤二所述的n、f事件等级估计阈值确定方式为，n、f分别设置两级事件等级估计阈值bn1、bn2和bf1、bf2且满足bn1＝k3*vnavg，bn2＝k4*vnavg，bf1＝k3*vfavg，bf2＝k4*vfavg，其中k3＝0.4～0.8、k4＝0.8～1.5。
8.根据权利要求1所述的一种氢气泄漏检测报警及事件等级估计方法，其特征在于：步骤三所述输出最终结果前的判断条件为，只要检测器n、f中有一个先达到报警阈值或事件等级估计阈值，即完成相应级报警和相应等级估计，若同时达到不同级别报警阈值或事件等级估计阈值，取其较高者。
技术总结