用于多个井口的分布式控制的系统和方法与流程

本申请要求于2014年7月15日递交的美国临时申请62/024,661的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及通常用在填埋场处用于气体和流体的回收的井口，并且更具体地涉及一种分布式井口系统和方法，通过该系统和方法能够监测多个独立的井口中的每一个的性能，以及协调考虑针对一个特定的井口的改变可能导致的对给定区域内的一个或多个其它井口的影响的调节，在对所有井口进行调节的基础上具有协调控制的目标，以优化井口的集体性能。

背景技术：

在本节中的陈述仅仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

填埋气体(landfill gas，LFG)系统可以由许多LFG井构成，LFG井利用管道集箱系统与中央气体提取真空抽风机(鼓风机)连接。LFG井通常用在填埋场处以提取在填埋场的表面以下从分解废弃物发展而来的甲烷气体。真空辅助保持甲烷气体从井口取出的期望的流速。

集箱系统具有将真空抽风机连接至位于填埋场上的所有LFG井的分支和端点。目前，每一个LFG井口具有单个的手动可调节的控制气流(即，施加在井上的真空的量)的阀。每一个井具有每单位时间生产一定量的LFG的能力。LFG的产量通常将在井与井之间至少轻微变化，并且该井-井变化同样可能随时间改变。

在实际的LFG系统中，中央真空源不能够为所有井口同等地施加全真空。这通常是由于抽风机的尺寸和管道系统中的压头损失。井口阀设置的变化通常将影响给定的井口“下游”的其它井口的真空可用性。换句话说，预期在井口A上的阀设置的显著改变将改变用于在井口A附近的井的管道集箱条件。附加地，总体现场条件的改变(宏观改变)，尤其是大气压力，可能改变总体的真空抽风机的流速和来自大量井口的表观气体生产速度。井口条件可能也随时间改变，影响LFG的产量(例如，水积聚可能限制LFG流入井中等)。宏观改变导致必须不间断地进行手动LFG阀的优化和调节，以达到各个控制目标(最大化LFG回收、控制LFG排放、保持低氧入侵等)。这种不间断的优化工作通常需要技术人员频繁地行进至在给定填埋场处的每一个井口，以便检查来自每一个井口的LFG流量，并且进行试图优化LFG流量的必要的调节。正如将领会的，该人力需求有时可能是代价高并且耗时的，特别是在数十个或更多井口处于使用中的填埋场处。

然而，也许对于当前的LFG系统来说最显著的缺点是不能把如下改变考虑在内，即对一个LFG井口的流量阀的调节将作用在由附近的其它LFG井口产生的LFG流量。在针对每一个井口进行流量阀调节时该变量通常不被技术人员考虑。而且，通常技术人员不容易获得关于其它井口的实时流速的智能信息。因此，可能存在如下情形，即技术人员对一个特定的井口(例如，井口“A”)进行微小的调节以便优化该井口的LFG流量，但是该调节实际上导致附近(例如，在500英尺半径内)的一个或多个其它井口B和C的流量降低。并且然后，当技术人员走到井口B并对其流量阀进行调节时，这种改变进一步以影响井口A和C的LFG流量告终。因而，确定共同地优化所有井的总体LFG产量的井口中的每一个的流量阀设置变得异常困难(如果不是不可能的话)。

技术实现要素：

本节提供本公开的简要综述，但是不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

一种用于控制来自在填埋场处的多个井口的填埋气体流动(LFG)的提取的系统。所述系统可以包括第一井口，所述第一井口位于填埋场处，并且具有第一处理器和能够由第一处理器控制的第一LFG流量控制阀，所述第一处理器具有第一规则集。第二井口可以在第一井口附近位于填埋场处，并且可以具有第二处理器和第二LFG流量控制阀。第二处理器可以具有第二规则集并且能够操作以控制第二LFG流量控制阀。第一和第二处理器能够操作以使用它们的所述规则集来分别控制第一和第二LFG流量控制阀，以分别控制流过它们的所述第一和第二井口的LFG流量。

在本公开的另一个方面中，涉及一种用于控制来自在填埋场处的多个井口的填埋气体流动(LFG)的提取的系统。所述系统可以包括第一井口，所述第一井口位于填埋场处，并且具有第一处理器、第一规则集和第一通信模块。所述系统还可以包括第二井口，所述第二井口在第一井口附近位于填埋场处，并且具有第二通信模块。第一和第二处理器可以被配置为通过第一和第二通信模块彼此之间通信。所述第一井口的第一处理器可以被配置为：确定用于控制与第一井口关联的第一预定操作参数的推荐控制参数设置；和从第二井口获得关于与第二井口关联的第二预定操作参数的实时信息。所述第一井口可以使用第一处理器和第一规则集分析从第二井口获得的关于第二预定操作参数的实时信息，并且在必要时调节所述推荐控制参数以优化第一和第二井口两者的性能。

在本公开的又一个方面中，涉及一种用于控制来自在填埋场处的多个井口的填埋气体流动(LFG)的提取的方法。所述方法可以包括使用第一井口，所述第一井口位于填埋场处，并且具有第一处理器和第一通信模块。所述方法还可以包括使用第二井口，所述第二井口在第一井口附近位于填埋场处，并且具有第二处理器和第二通信模块。可以使用第二通信模块与第一井口的处理器共享关于来自第二井口的LFG气体的提取的第二操作信息。可以使用第一通信模块与第二井口的处理器共享关于来自第一井口的LFG气体的提取的第一操作信息。可以使用第一和第二井口的处理器以优化来自第一和第二井口两者的LFG气体的提取的方式控制来自每一个井口的LFG气体的提取。

通过本文提供的描述，进一步的适用范围将变得显而易见。在本发明内容中的描述和具体的示例仅用于说明目的，而不用于限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，而不用于以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本公开的分布式井口控制系统的一个实施例的高级方框图，其中每一个井口可以通过无线连接与一个或多个相邻的井口通信，以在进行任何流量调节之前就对其关联的阀的推荐流量修正达成共识，朝着优化所有井口的LFG流量的方向努力；

图2为本公开的另一个实施例，其中在现场(例如，填埋场)的每一个井口被配置为作出其自身的自动流量调节决定，但是也可以利用中央处理器进行流量控制调节；

图3为本公开的另一个实施例，其中井口中的每一个仅凭自身而不依赖来自其它相邻的井口的输入作出流量控制决策；

图4为图示可以由图3的实施例执行的各个操作的流程图；

图5为图示可以由图1的实施例执行的各个操作的流程图；以及

图6为图示在执行图5的操作412时可以执行的具体的子操作的流程图。

具体实施方式

下面的描述在性质上仅仅是示例性的，并且不用于限制本公开、申请或应用。应当理解，在附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。

参照图1，示出了根据本公开的一个实施例的分布式井口控制系统10。在该示例中，系统10包括可以位于例如(并且非限制性的)填埋场处的多个井口12a-12n。该数量当然可以显著地改变，并且本公开不限于与任何具体数量的井口12一起使用。然而，大多数填埋场应用可能被期望通常采用50-150个这种井口12a-12n。井口12a-12n与井14关联。井口12a-12n中的每个与中央气体提取真空抽风机16流体联通，所述中央气体提取真空抽风机产生被井口12a-12n中的每一个使用的真空，以辅助从每一个井14中抽出填埋气体(LFG)。

每一个井口12a-12n可以包括流量控制阀18，用于调整由其关联的井口施加的真空。处理器20可以具有存储器22，或者存储器22可以独立于处理器。存储器22可被用于储存规则集24。规则集24可以包括可以由处理器20运行的一个或多个算法，其能使关联的井口12a-12n自动确定用于其流量控制阀的设置。可以包括无线的短程通信模块26(即，收发器)，例如蓝牙无线协议通信模块或无线协议通信模块，以为每一个井口12a-12n提供双向通信能力。在通常的应用中，通信模块26可以具有例如500英尺的范围，并且因此可以使得与500英尺半径内的所有其它井口通信。显然地，该范围可以基于一些考虑而改变，例如通信模块26的收发器部分的功率、任何视线障碍、地势、使用的无线协议等等。然而，最典型地，300-500英尺的通信半径是容易达到的。

系统10提供如下显著优点，即能使井口12a-12n中的每一个询问其相邻的井口中的一个或多个井口以确定(尤其是实时地)各个控制参数，例如被其它附近的井口抽取的真空度、被其它附近的井口使用的流量控制阀设置等等，所述控制参数对于井口12a-12n中的给定的井口在对其自身的流量控制阀18进行任何调节之前知晓是重要和有帮助的。这是因为对井口中的一个(例如井口12a)的流量控制阀18进行的调节可能影响被其相邻的井口(例如井口12b和12c)取出的LFG的流量。在不知晓井口12b和12c的实时流速和被这些井口所使用的流量控制阀设置的情况下，在调节井口12a的流量控制阀18时关于对井口12b和12c抽出的LFG的流量的影响不能被考虑。但是本系统10能使该重要信息被处理器20获得，使用其通信模块26并且询问其附近的井口，这基本上实时地进行。使用规则集24，处理器20能够以将消除或最小化对通过其附近的井口(在该示例中，它们为井口12b和12c)生产的LFG的流量的不利影响的方式更精确地确定应对其流量控制阀18进行调节的程度。同样地，与井口12b和12c关联的处理器20将在对它们关联的流量控制阀18进行任何调节之前执行相同的分析。以这种方式，来自所有井口12a-12n的总体产量将被优化。

图2示出了根据本公开的另一个实施例的系统100，其与系统10有点类似，但是其还包含中央处理器/通信接口128。与关于系统10引用的那些部件相同的部件被在图1所使用的附图标记的基础上增加100的附图标记标识。系统100可以使用其中央处理器/通信接口128执行一些或所有计算(这些计算不然将被规则集124执行)，以辅助每一个井口112a-112n确定对其各自的流量控制阀进行的必要的调节。中央处理器/通信接口128的使用可以有助于使得与其它外部“宏”数据、用于映射的整站历史数据、与其它外部应用的通信和/或责任主体(警报器等等)；控制方案的更容易的“运行中”的修改和总的其它数据源整合。

图3图示了根据本公开的另一个实施例的系统200。与关于系统10描述的那些部件相同的部件被使用在图1所使用的附图标记的基础上增加200的附图标记表示。使用系统200，井口212a-212n不与相邻的井口通信，但是虽然如此每一个井口被设置有如下能力，即使用其自身储存的规则集/算法224对其各自的流量控制阀18进行自动流量调节，而无需技术人员干预。因而，该实施例提供独立的安装和操作。其也可以仅在现场的一些井上使用，并且相比图1或2的实施例可能实施起来总体更便宜。

现在转向图4，流程图300图示了操作的一个示例，所述操作可以使用规则集224控制单个的井口212被实施，而不考虑由相邻的井口212导致的对测量的读数的影响。因而，流程图300对应于图3中所示的系统200的操作。在操作302中，指定设定点目标(Ng)为选定变量。所述变量可以为希望监测和控制例如LFG流量、施加的真空、流量+真空、温度等等的任何特定的变量。为此示例，将假设LFG流量为正被控制的变量。在操作304中，设定LFG流量的上限和下限(Nmin和Nmax)。在操作306中，设定精度带宽(即，测量容差)Ntol。在操作308中，限定在单个的控制步骤中待实施的测量设定点(P)的改变量(Ndelta)。因而，操作302-308表示用于配置将有助于控制每一个井口212a-212n和/或对控制每一个井口212a-212n来说必要的参数的操作。

在操作310中，操作的监测/控制顺序通过获得LFG流量的当前测量的设定点值(P)开始。在操作312中，可以进行初始检查以确定应当保持还是修改当前的Ndelta。可以在操作312a中通过使用任何合适的逻辑进行修改。例如，如果试图将设定点目标(Ngoal)调节为新的值已经被进行了一定次数，那么可能更期望改变Ndelta值以每次提供比Ndelta初始设定的值更大量级的改变。这可以使系统10在需要显著调节设定点(P)时甚至更快速和有效率地响应，以达到和保持Ngoal的新的确定值。

在操作314中，进行检查以保持当前的设定点值(P)。在该示例中，当前的设定点值与通过测量获得的LFG流动的实时速率有关。如果当前的设定点(P)值不在预定的最小和最大限值内，那么设定点被设置为等于设定点目标(在操作315中的Ng)。这确保在检测到超出某一预定范围的情况下设定点P将总是被实际上立即设定回设定点目标(Ng)。

在操作314中，如果检测到P在预定的最小和最大限值内，那么在操作316中检查P是否在预设的容差范围((Ng-Ntol)≤P≤(Ng+Ntol))内。如果当前的设定点值(P)在预设的容差范围内，那么循环回到操作310。如果在操作316中的检查显示当前的设定点值在预定的容差范围之外，那么在操作318中进行检查来看P是否小于Ng-Ntol的差值。如果在操作318中的检查产生“是”的答案，那么在操作320中重置当前的设定点(P)使得P＝P+Ndelta。这产生在预定容差范围内的当前的设定点(P)的新的值。

如果在操作318中的检查产生“否”的答案，那么在操作322中进行检查以确定P是否在由Ng+Ntol限定的最大可允许点之上。如果是，那么在操作324中重置设定点的当前值以将它减小Ndelta(P＝P-Ndelta)。然后使循环回到操作310。流程图300的方法因而将当前的设定点(P)保持在预定容差范围内，并且在检测到刚刚超出(即，大于或小于)预定容差(Ntol)值的情况下调节当前的设定点(P)。

现在参照图5，示出了根据控制图1所示的井口12a-12n中的每一个的方法的流程图400。图5所示的方法能够在进行决定时从多个井口12获得和使用关于需要对井口中的给定井口的流量控制阀18进行什么调节的信息。为此示例，将假设井口12a为正在被检查和调节的具体的井口。井口中的其它井口井被简称为“节点”(例如，井口12b为“节点B”，节点B的设定点目标为(Ng(B)，等等)。

操作402-408与关于图4讨论的操作302-308相同。在操作410中，获得当前的设定点值(P)。在操作412中，以与针对操作312描述相同的方式确定是否保持Ndelta和/或Ngoal的当前值。如果需要这种改变，那么它可以通过操作412a被执行。

如果在操作412中的询问产生“否”的答案，那么在操作414中检查是否有共值P(A)的改变，即对于附近的邻里(例如，节点B和C)与井口12a的当前设定值的共值的改变。如果对该操作的答案是“是”，那么执行操作顺序415，。简要参照附图6，操作顺序415包括初始连接附近的邻里(例如，井口12b和12c，或节点B和C)和查询共值P(节点)表改变请求(或多个请求)，如操作416中所示。通过该操作，由于井口12a进行其最后的设定点(P)调节，井口12a(即，节点A)从井口12a和12b请求已被井口12b和12c(节点B和C)报送的任何改变请求(或多个请求)。在操作418中，确定是否实际上有至少一个P(节点)改变请求(即，来自井口12b或12c的请求)。如果是，那么在操作420中，井口12a的处理器20确定对设定点(P(A))的修改并且给井口12b和12c的处理器20推荐新的共值P(A)。在操作422中，井口12a的处理器20确定是否井口12ba和12c的处理器已经接受推荐的新的共值设定点(P(A))并且已经将它们接受的通知传送给井口12a的处理器20。如果井口12b和12c中的一个或多个还没有接受推荐的新的共值设定点(P(A))，那么在操作424中，井口12a的处理器20可以形成新的共值设定点(P(A))，并且重复操作416-422。重复操作416-422直至井口12a的处理器20从井口12b和12c的处理器接收到同意该新推荐的共值设定点(P(A))的“是”的答案。在操作426中，然后使用新设定点(P)的值更新井口12a、12b和12c中的每一个的共值(P(节点))表。

通常地，如果推荐的设定点太极端并且已知影响附近的井的设定点可以拒绝该推荐的设定点。可以通过历史的附近的井的改变vs本地改变数据库表知道该信息。因此图5描述的方法可以从更极端的推荐设定点改变的提议开始，然后使它降回，直至达到被相邻的井口12b和12c的处理器20接受的特定的、推荐的新的设定点。规则集24也可以保持每一个附近的井口12b和12c的接受vs拒绝的踪迹，并且也可以基于这些历史统计修改推荐的起始点。

现在回到图5，如果在操作414中的询问显示没有当前正被井口12a(P(A))使用的共值设定点值的改变，那么在操作428中通过井口12a的处理器20检查来看井口12a的设定点(P(A))是否在预定的最小和最大限值内。如果不是，那么在操作430中，P(A)被设定为等于设定点目标(Ng(A))，并且使循环回到预执行操作410。

如果在操作428中的检查显示P(A)在预定的上限和下限内，那么在操作432中通过井口12a的处理器20检查来确定P(A)是否在预定的容差内。如果是，那么使循环回到预执行操作410。

如果在操作432中的检查显示井口12a的P(A)不再预定的容差内，那么在操作434中通过井口12a的处理器20检查来确定P(A)是否小于Ng(A)-Ntol之间的差值。如果是，那么在操作436中通过处理器20将当前的井口12a的设定点P(A)设定为等于P(A)+Ndelta(A)，并且使循环回到预执行操作410。

如果在操作434中的检查产生“否”的答案，那么在操作438中通过井口12a的处理器20检查来确定井口A的P(A)是否在预定容差限值(即，P(A)≥(Ng(A)+Ntol))之上。如果是，那么在操作440中井口12a的处理器20设定P(A)等于P(A)-Ndelta(A)，并且使循环回到预执行操作410。

本系统和方法因而使在现场的多个井口之间通信，使得对在每一个井口处流量阀设置的推荐的改变能够被传送给其它附近的井口，并且使得获得关于精确地应当进行何种改变程度以优化来自所有井口的LFG流量的共识。所述系统和方法可以大幅减小或消除如下情形，即对一个井口进行的被认为优化其LFG流量性能的改变，但是由于不知道或没有检查该改变对其它附近的井的影响，因而该改变使来自一个或多个附近的井的LFG流量性能下降。由于监测和对井口中的每一个实施的LFG流量改变自动地进行，因此消除或至少大幅减小了技术人员亲身走到每一个井口以检查LFG流量性能和对其进行调节的需要。

虽然已经描述了各个实施例，但是本领域技术人员将意识到在不偏离本公开的情况下可以进行的修改或变形。所述示例说明了各个实施例，但是不用于限制本公开。因此，说明书和权利要求书应当仅在考虑相关现有技术时是必要的限定的情况下被自由地理解。