[發明專利]一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略

有效

• 申請號: 202111072124.7
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113787089B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 楊麗曼;葉聰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B09C1/06
• 分類號: B09C1/06;G05D23/30
• 代理公司: 北京快易權知識產權代理有限公司 11660
• 代理人: 趙秀英

1.一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，管控策略分為管理層和控制層兩層；

管理層包括優化系統，優化系統通過分析加熱場的熱濕遷移耦合模型，燃燒器、加熱井數學模型以及Matlab仿真，根據土壤不同升溫階段加熱井的位置、加熱區域土壤溫度及含水率輸出加熱井期望出口溫度；

控制層包括整個加熱場地以及加熱單元，每個加熱單元均包括兩個PID控制器、燃燒器以及加熱井，控制層使用串級控制方案控制燃燒器和加熱井出口溫度，外環PID控制器用于控制加熱井出口溫度，內環PID用于控制燃燒器出口溫度，串級控制的執行機構為天然氣管道閥門，串級控制通過控制該閥門開度以調節燃燒器出口溫度和加熱井出口溫度達到模糊系統的輸出溫度。

2.根據權利要求1所述的一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，包括如下步驟：

S1，輸入項目工程要求、設備排列布置參數以及加熱場地的物性參數；

S2，根據加熱場熱濕遷移耦合模型，對燃燒器、加熱井傳熱分析，結合Matlab仿真，以離線的方式推導不同單元加熱井的位置、土壤溫度以及含水率下加熱井的期望出口溫度，用于在線優化分析；

S3，每個加熱單元均使用串級控制，外環控制加熱井出口溫度，內環控制燃燒器出口溫度，串級控制系統通過控制天然氣管道閥門開度實現對加熱井出口溫度的控制；

S4，通過比例控制方法實現空氣流量控制，實時調整適量的天然氣和空氣在燃燒器中混合燃燒產生高溫煙氣，高溫煙氣進入加熱井并流出最終實現對土壤的節能加熱。

3.根據權利要求2所述的一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，單個地塊單元的能量來源與傳遞主要包括五部分，分別是：源項、導熱項、擴散項、蒸發項和周邊項；源項為加熱井中的高溫煙氣通過熱傳導和熱對流傳遞給土壤的熱量，即加熱井有效加熱功率；導熱項包括周邊4個地塊給單元地塊的傳熱，大氣環境的傳熱、太陽輻射傳熱以及加熱井底部土壤的傳熱；擴散項包括液相擴散項和氣相擴散項，指液態水遷移流入的熱通量和氣態水遷移流入的熱通量；蒸發項為在土壤升溫過程中，土壤孔隙中的液相水會隨著溫度的升高會發生相變，從而吸收的熱量；周邊項包括熱傳導和濕遷移兩部分，其中熱傳導部分包括單元地塊東、西、南、北四個方向相鄰地塊給單元地塊的熱量；濕遷移部分包括液相遷移和氣相遷移，液相遷移包括單元地塊東、西、南、北四個方向相鄰地塊給單元地塊的液相遷移帶來的熱量；氣相遷移包括單元地塊東、西、南、北四個方向相鄰地塊給單元地塊的氣相遷移帶來的熱量。

4.根據權利要求1所述的一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，通過建立燃燒器、加熱井的數學模型，得到燃燒器出口溫度、加熱井出口溫度和通入天然氣流量之間的關系。

5.根據權利要求2所述的一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，在仿真中，以加熱井的加熱功率作為土壤模型的熱源輸入，通過Matlab對土壤熱濕遷移模型進行仿真研究，分析不同區域溫度變化規律；影響土壤溫度上升的主要因素包括：加熱井的加熱功率、土壤初始溫度、土壤位置和土壤初始含水率，在仿真中重點為影響土壤溫度上升的主要因素對土壤升溫的影響；當土壤溫度升高到目標溫度時結束仿真，選擇天然氣消耗總量最小的方案記錄數據，得到加熱井功率、出口溫度、土壤含水率、土壤溫度隨時間的函數關系，在同一時間序列下，即可擬合出加熱井出口溫度與土壤含水率、土壤溫度、土壤位置的函數關系，考慮到土壤升溫分為三個階段，不同階段分別擬合，則得到的函數關系即為期望加熱井出口溫度與土壤含水率、土壤溫度、土壤位置的函數關系，即映射模型。

6.根據權利要求1所述的一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，控制層將管理層輸出的期望加熱井出口溫度作為設定值，用于控制天然氣管道閥門，使加熱井的出口溫度達到設定值；控制層使用串級控制系統、PID控制算法進行溫度控制。

7.根據權利要求6所述的一種原位熱脫附系統加熱場地的多井綜合管控策略，其特征在于，串級控制系統為兩只調節器串聯起來工作，其中一個調節器的輸出作為另一個調節器的給定值的系統。