基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法

本发明涉及气体泄漏监测，特别涉及基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法。

背景技术：

1、压缩空气储能（compressed air energy storage，caes）是实现电网削峰填谷、促进可再生能源消纳的大容量储能技术。其基本原理是：在电网低谷期利用富余的电能驱动压缩机，将自然界中的空气压缩至高压状态并存入储气系统中；在电网高峰期，释放高压空气以驱动膨胀机做功发电。

2、目前针对压缩空气地下储气库的泄漏监测，多采用基于分布式声学光纤（distributed acoustic sensing，das）监听流体泄漏声波，或采用环向排水盲管进行被动排气的方法；分布式声学光纤预埋在密封内衬与支护层之间，主机发射光脉冲采集泄漏的湍流声波，与基准信号进行对比以识别异常；环向排水盲管沿洞体周边铺设，依靠介质密度差汇聚渗漏气体至外排管道，人工定时取样检测。

3、然而，由于在压缩空气储能的过程中需要频繁进行充放气操作，其带来的巨大热冲击及围岩蠕变释放的弹性能，会对光纤声学网络产生强烈的背景噪声覆盖，采用常规物理场监听手段的信噪比极低，易导致误报频发，可靠性较差；另外，传统的压降法或声波法，仅能在漏孔扩大至产生宏观压降或明显湍流时才能被动响应，难以在微裂纹萌生初期实现预警；现有技术无法剥离地质环境的背景干扰，导致无法准确计算等效泄漏率，更无法实现漏点的精准三维空间坐标反演。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，用于解决现有地下储气库压缩空气泄漏监测技术的可靠性和精准性较差，难以实现提前预警的技术问题。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、第一方面，本发明提供了基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，包括：

4、在压缩空气地下储气库处于充气工况下，将示踪气体按照预设比例掺混至空气流中，所述示踪气体为惰性气体；

5、在所述压缩空气地下储气库处于保压工况或放气工况下，获取密封内衬外侧示踪气体的原始浓度数据和自然地质环境示踪气体的本底浓度数据；

6、将所述原始浓度数据和所述本底浓度数据进行差分计算，得到绝对泄漏浓度增量；

7、判断所述绝对泄漏浓度增量是否超过预设容错阈值，若超过预设容错阈值，基于所述绝对泄漏浓度增量随时间的变化率及初始掺混质量分数，通过预设的物料衡算模型计算密封内衬破损处的空气等效微观泄漏率；

8、基于多个绝对泄漏浓度增量及对应的三维空间拓扑坐标，确定浓度场三维曲面峰值坐标，通过所述浓度场三维曲面峰值坐标确定密封内衬裂纹的三维空间物理位置；

9、将所述空气等效微观泄漏率和所述三维空间物理位置进行可视化显示。

10、进一步地，所述示踪气体为氦气。

11、进一步地，所述预设比例的取值范围为10ppm-50ppm。

12、进一步地，所述空气等效微观泄漏率的计算公式为：

13、

14、其中，表示为触发报警的监测节点局部的环形空间有效扩散体积；表示空气流中示踪气体的初始掺混质量分数；表示监测节点测得的绝对泄漏浓度增量随时间的变化率。

15、进一步地，所述基于多个绝对泄漏浓度增量及对应的三维空间拓扑坐标，确定浓度场三维曲面峰值坐标，包括：

16、将多个绝对泄漏浓度增量及对应的三维空间拓扑坐标代入高斯烟羽扩散模型进行非线性曲面拟合，通过空间网格搜索算法，确定浓度场三维曲面峰值坐标。

17、进一步地，所述预设容错阈值的取值范围为0.3ppm-0.7ppm。

18、第二方面，本发明还提供了基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测系统，包括：

19、闭环动态注入模块，用于在压缩空气地下储气库处于充气工况下，将示踪气体按照预设比例掺混至空气流中，所述示踪气体为惰性气体；

20、环形空间传感网络，用于在所述压缩空气地下储气库处于保压工况或放气工况下，获取密封内衬外侧示踪气体的原始浓度数据和自然地质环境示踪气体的本底浓度数据；

21、环境基准校准模块，用于将所述原始浓度数据和所述本底浓度数据进行差分计算，得到绝对泄漏浓度增量；

22、中央处理与反演预警中枢，用于判断所述绝对泄漏浓度增量是否超过预设容错阈值，若超过预设容错阈值，基于所述绝对泄漏浓度增量随时间的变化率及初始掺混质量分数，通过预设的物料衡算模型计算密封内衬破损处的空气等效微观泄漏率；基于多个绝对泄漏浓度增量及对应的三维空间拓扑坐标，确定浓度场三维曲面峰值坐标，通过所述浓度场三维曲面峰值坐标确定密封内衬裂纹的三维空间物理位置；将所述空气等效微观泄漏率和所述三维空间物理位置进行可视化显示。

23、第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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根据第一方面任一项所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法。

24、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据第一方面任一项所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法。

25、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

26、本发明通过利用惰性气体分子的克努森扩散特性作为主动示踪剂，不依赖常规的声学、温度等极易受到压缩空气储能绝热膨胀/压缩干扰的物理参量，能够较大提升压缩空气泄漏监测的稳定性。

27、通过差分计算得到绝对泄漏浓度增量，能够滤除深部岩层放射性衰变释放的天然示踪气体背景干扰，能够实现在复杂多物理场耦合环境下的较高信噪比，提升压缩空气泄漏监测的精准性。通过将绝对泄漏浓度增量随时间的变化率映射转化为空气等效微观泄漏率，能够为评价储气库服役寿命和微裂纹恶化趋势提供数据支撑，实现对微渗透量的精准量化。

28、基于惰性气体的微小动力学直径及克努森扩散特性，在宏观气压计产生反应之前即可捕获泄漏先兆，通过获取浓度场三维曲面峰值坐标，可确定漏点的真实三维坐标，有效实现压缩空气泄漏的提前预警。

1.基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，其特征在于，所述示踪气体为氦气。

3.根据权利要求1所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，其特征在于，所述预设比例的取值范围为10ppm-50ppm。

4.根据权利要求1所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，其特征在于，所述空气等效微观泄漏率的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，其特征在于，所述基于多个绝对泄漏浓度增量及对应的三维空间拓扑坐标，确定浓度场三维曲面峰值坐标，包括：

6.根据权利要求1所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法，其特征在于，所述预设容错阈值的取值范围为0.3ppm-0.7ppm。

7.基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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计算机程序时实现根据权利要求1至6中任一项所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1至6中任一项所述的基于气体伴随示踪的压缩空气地下储气库泄漏监测方法。