CN104200856B - 一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置及其应用方法，包括反应罐，安装于反应罐内用于放置催化板的试验工装，安设于反应罐上的用于检测其内气体浓度、温度、压力等参数的测量系统，与测量系统连接的数据采集系统，为反应罐提供试验所需外源气体的多路气体引入控制系统，以及与反应罐连接的辅助试验设备。本发明设计巧妙，通过专用设备为氢氧复合催化板准确模拟核电站严重事故工况下的复杂环境，能随时调节催化剂的环境参数，由测量系统准确检测出各种所需数据，实现多种催化剂性能试验，而无需再额外转移装配催化板，节省了大量的人力物力，省时省力，其使用方便安全，调试简单快捷，检测全面充分，在本领域有很大的推广应用价值。

Description

一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及氢氧复合催化剂的性能检测领域，具体地讲，是涉及一种适用于核电站非能动氢氧复合器的氢氧复合催化剂样品的综合性能试验装置及其应用方法。

背景技术

日本福岛核事故以后，为了避免或降低核电站安全壳内氢气爆炸的风险，目前国际上和国内的二代和三代核电站均采取了相应的措施作为防范，其中一项重要措施便是在安全壳内分布放置数十个非能动氢氧复合器(PARs)，在设计基准事故和严重事故时不需外接能源，可自动启动，并将氢气浓度降低至安全水平以下。非能动氢氧复合器的基本结构可以概括描述为底部装填催化剂的竖直通道(俗称“烟囱”)；其工作原理为，事故发生后，氢分子和空气中的氧分子在催化剂表面接触，发生如的强放热自由基反应，反应释放的大量热量加热竖直通道入口处的空气，为催化元件周围的气流上升提供推动力，热空气温度升高、密度降低而沿通道上升，热空气上升后留下的空间由氢氧复合器下部冷空气流入补充，形成气体自然扩散循环的“烟囱效应”。当使用活性组分为铂或钯的催化剂后，上述反应活化大大减小，从而能够在低温条件下开始反应。反应遵循Langmuir–Hinshelwood两步法机理：首先是反应物向催化剂表面的扩散，然后是吸附在催化剂上的反应物发生反应。如此加速实现了氢氧复合器内外气体“非能动”对流循环，增加单位时间内流过复合器的气体，加速了氢气的催化反应，从而提高复合器的消氢能力，最后反应后的气体经过氢氧复合器顶部排出。非能动氢氧复合器与安全壳大气环境的自然对流循环有效地促进了易燃气体混合，避免了氢气的累积。

由以上叙述可知，催化剂的研制和性能检测是非能动氢氧复合器研制的核心问题。

另一方面，在核电站严重事故工况下，安全壳内存在着复杂的环境条件：温度最高达到150℃以上、压力最高达到0.5MPa以上、累积辐照计量大于5×106Gy；安全壳内的气体包括放射性气溶胶(>50g/m3)、水蒸汽(最高可达60％)、氢气(最高可达10％以上)、空气以及CO等毒化组分。为了验证催化剂在严重事故工况下的可靠性，需要对催化剂进行不同条件下的性能试验，包括：不同氢气浓度下催化板的消氢性能试验、不同温度下催化板消氢性能试验、催化板存放寿命试验、连续运行试验、重复启动试验、高温运行稳定性试验、辐照试验、挥发性有机溶板毒化试验、环境挥发性气体产物毒化试验、碘毒化试验、气溶胶试验、不同氧气浓度下催化板消氢性能试验、电缆燃烧气体产物毒化试验、一氧化碳毒化试验、不同压力下催化板消氢性能试验、不同水蒸汽浓度下催化板消氢性能试验等。催化剂都是由催化板承载。由于上述不同试验所要求的模拟环境均有所不同，如果分别单独进行，势必消耗大量人力物力，而且费时费力，因此发明人对上述试验环境研究整合，全新研制一套能够应用于上述所有催化剂性能试验的设备，为催化剂的性能检验提供必要条件。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于核电站非能动氢氧复合器内的催化剂的综合性能试验装置，用以全方位模拟核电站严重事故工况下的各种环境条件，以实现对催化剂性能的全面充分检测。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置，包括反应罐，安装于反应罐内用于放置催化板的试验工装，安设于反应罐上的用于检测其内气体浓度、温度、压力等参数的测量系统，与测量系统连接的数据采集系统，为反应罐提供试验所需外源气体的多路气体引入控制系统，以及与反应罐直接或间接连接的辅助试验设备。

进一步地，所述反应罐由不锈钢材料制成，其横截面呈圆形，在具体设计中反应罐采用全不锈钢结构，能够耐受500℃高温，设计压力为10MPa，漏率<1×10^-8Pa·m³/s；所述试验工装包括由不锈钢制成的工装本体和开设在其内用于安放催化板的通孔，其中，工装本体呈圆柱体状，其外径与反应罐内径匹配，通孔呈长方形状，通孔的长度与催化板的长度相同，宽度与非能动氢氧复合器中的催化剂间距相同。

进一步地，所述测量系统包括分别用于检测反应罐入口和出口处氢浓度的测氢仪，用于检测供氧量的测氧仪，用于检测反应罐内多点温度的热电偶，用于检测反应罐内部气压的压力传感器，用于检测反应罐内真空度的真空规管，用于检测供气量的流量控制器。其中，热电偶能够测量包括催化板表面温度等反应罐内多处位置。数据采集系统主要对测量系统的参数进行数据采集和输出，以便于工作人员分析结果。

为满足不同试验需求，所述辅助试验设备包括电缆燃烧装置、水蒸汽发生器、气溶胶供给装置、真空泵、混合罐。其在每一个具体的试验时进行相应的配置。

更进一步地，所述多路气体引入控制系统包括其上设置有数个阀门的多路管路结构和在一支路上设置的压力表，其中，多路管路结构由横向连通的大于1的奇数个四通管路组合而成，在每一与外部连通的支路上各设置一阀门，并在最中部的四通管路与其两侧连通的支路上也各设置一阀门。由此通过不同的接驳方式，使得该试验装置能够实时满足多种不同的试验需求，并能够快速在各种条件下切换。

基于上述装置的结构，本发明还提供了如下几种该氢氧复合催化剂的综合性能试验装置的应用方法：

其一，主要将上述装置应用于不同氢气浓度和不同温度下催化板的消氢性能试验，具体包括：

(S100)配置用于试验不同氢气浓度下催化板消氢性能的结构：

(S101)多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路与反应罐连通，其另一外接支路与外接空气源连通，真空泵和外接氢气源分别在最中部的四通管路两侧各自与相应外接支路连通，压力表设置在外接氢气源一侧的外接支路上，并在空气源和氢气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；

(S102)数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

(S103)反应罐外部还设置有加热装置；

(S110)将空气源和氢气源的支路阀门、反应罐出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气源和空气源的支路阀门为装置内供气；本发明中所述真空度为绝对真空度；

(S120)调节流量控制器使氢气和空气的引入比例满足试验选定的氢气浓度要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值；

(S121)运行加热装置并通过热电偶检测，使反应罐内温度保持在一指定的温度值；

(S122)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

(S130)重复步骤(S120)～(S122)至少3次，且每次引入的混合气体中氢气浓度均不同；

(S140)另重复步骤(S120)～(S122)至少3次，其中每次引入的混合气体中氢气浓度保持一致，且每次通过调节加热装置改变反应罐内温度至另一试验指定温度值，用以试验不同温度下的催化板消氢性能。

进一步地，除上述两种试验应用外，该配置的结构还能够应用于催化板的存放寿命试验、连续运行试验、重复启动试验、高温运行稳定性试验、辐照试验、挥发性有机溶板毒化试验、环境挥发性气体产物毒化试验、碘毒化试验、气溶胶试验等。

其二，主要将上述装置应用于不同氧气浓度下催化板的消氢性能试验，具体包括：

(S200)配置用于试验不同氧气浓度下催化板消氢性能的结构：

(S201)多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路通过混合罐与反应罐连通，并在混合罐和反应罐之间设置测氧仪和测氢仪，另选四个外接支路分别外接氢气源、氧气源、氮气源和真空泵，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源、氧气源、氮气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；

(S202)数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、测氧仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

(S210)将氢气源、氧气源、氮气源的支路阀门、反应罐出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气源、氧气源、氮气源的支路阀门为装置内供气；

(S211)氢气、氧气、氮气在混合罐内充分混合后再进入反应罐；

(S220)调节流量控制器使氢气、氧气、氮气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求和选定的氧气浓度要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

(S221)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

(S222)重复步骤(S220)～(S221)至少3次，并通过调节流量控制器使每次引入的混合气体中氢气浓度保持不变，氧气浓度均为不同选定值。

其三，主要将上述装置应用于电缆燃烧产物毒化试验，具体包括：

(S300)配置用于电缆燃烧产物毒化试验的装置结构：

多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路通过燃烧室与反应罐连通，并在燃烧室内设置电缆燃烧装置，另选二个外接支路分别外接氢气源和空气源，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源和空气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器数据；

(S310)将氢气源的支路阀门、燃烧室出口关闭，运行电缆燃烧装置燃烧电缆，空气源为燃烧室供气；

(S311)待电缆燃烧完毕，打开氢气源的支路阀门和燃烧室出口，使氢气、空气和电缆燃烧气在燃烧室混合；

(S320)调节流量控制器使氢气和空气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求，混合气体进入反应罐反应，持续供气并保持装置内压稳定，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

(S321)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

其四，主要将上述装置应用于一氧化碳毒化试验，具体包括：

(S400)配置用于一氧化碳毒化试验的装置结构：

(S401)多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路通过混合罐与反应罐连通，并在混合罐和反应罐之间设置测氢仪，另选四个外接支路分别外接氢气源、空气源、一氧化碳气源和真空泵，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源、空气源、一氧化碳的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；

(S402)数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

(S410)将氢气源、空气源、一氧化碳气源的支路阀门、反应罐出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气源、空气源、一氧化碳气源的支路阀门为装置内供气；

(S411)氢气、空气、一氧化碳气在混合罐内充分混合后再进入反应罐；

(S420)调节流量控制器使氢气、空气、一氧化碳气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

(S421)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

其五，主要将上述装置应用于不同水蒸汽浓度和不同压力下催化板的消氢性能试验，具体包括：

(S500)配置用于试验不同水蒸汽浓度下催化板消氢性能的装置结构：

多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路与反应罐连通，另选三个外接支路分别外接氢气源、空气源和水蒸汽发生器，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源和空气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、水蒸汽发生器的数据；

(S510)关闭反应罐出口，并使测氢仪能够检测反应罐出口处氢气浓度；

(S520)运行水蒸汽发生器、调节流量控制器为反应罐引入水蒸汽、氢气、空气；

(S521)通过热电偶检测反应罐内温度使之保持稳定，通过压力传感器检测压力使之保持稳定，通过调节引入的水蒸汽比例测试不同水蒸汽浓度下的催化板消氢性能，并由数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

(S531)通过调节反应罐内的压力值试验不同压力下的催化板消氢性能，并由数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设计巧妙，通过专用设备为氢氧复合催化板准确地模拟核电站严重事故工况下的复杂环境，能够随时调节催化剂的环境参数，由测量系统准确检测出各种所需数据，实现多种催化剂性能试验，而无需再额外转移装配催化板，节省了大量的人力物力，省时省力，并且其使用方便安全，调试简单快捷，检测全面充分，在本领域有很大的推广应用价值。

(2)本发明中试验工装的结构和安置均结合催化剂催化板在非能动氢氧复合器中的设置进行匹配性设计，能够最大程度地还原催化板在复合器中的设置方式与安放环境，为性能测试实验打下了良好的基础，并且本发明的主要部件均为不锈钢材料，抗氢脆效果较好，不易引起泄露或氢爆，安全性较高，为性能测试实验提供了有力的保障。

(3)本发明设计独有的多路气体引入控制系统，能够通过不同的接驳方式快速改变和调节环境模拟的相应参数，使试验装置实时满足多种不同的试验需求，而且方便快速，简单实用。

(4)本发明通过多种参数检测装置对催化板的相关反应参数进行检测，实时测量，准确掌控试验过程，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明中试验工装的结构示意图。

图3为本发明中多路气体引入控制系统的结构示意图。

图4为本发明-实施例2的应用结构框图。

图5为本发明-实施例3的应用结构框图。

图6为本发明-实施例4的应用结构框图。

图7为本发明-实施例5的应用结构框图。

图8为本发明-实施例6的应用结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图1至图3所示，该氢氧复合催化剂的综合性能试验装置，主要用于对核电站非能动氢氧复合器中的催化剂催化板性能进行各种试验，相对于现有各种检测试验装置仅能单独试验某种性能而言，本装置中能够快速调配、切换试验参数的特点乃一大亮点，本装置的另一大亮点在于能够通过各种设置最大程度地模拟核电站发生严重事故情况下的各种复杂工况，为获取可靠准确的试验数据提供了有效保障。具体地，该综合性能试验装置主要包括反应罐、试验工装、测量系统、数据采集系统、多路气体引入控制系统和辅助试验设备六大部分。试验时，将待测催化板安置于试验工装上，再将试验工装安装在反应罐内，将多路气体引入控制系统与反应罐连接并与外部气源连接，安装上相应的辅助试验设备，测量系统主要测量反应罐内、进出口的包括气体浓度、温度、压力在内的相关试验参数，有时也会测量多路气体引入控制系统上的涉及流量、压力等参数，数据采集系统对测量系统检测到的参数进行采集和输出，最后汇总由技术人员进行测试结果分析。

更具体地，所述反应罐由不锈钢材料制成，其横截面呈圆形，并采用全不锈钢结构，能够耐受500℃高温，设计压力为10MPa，漏率<1×10^-8Pa·m³/s。所述试验工装包括呈圆柱体状的工装本体以及开设在其内用于安放催化板的通孔，其中，试验工装也由不锈钢材料制成，其外径与反应罐内径匹配，通孔呈长方形状，通孔的长度与催化板的长度相同，宽度与非能动氢氧复合器中的催化剂催化板间距相同。如此设置是参照催化板在实际工作中的安装位置，以便为催化板提供最大程度的环境模拟，对提高试验结果的准确度有良好的影响。

进一步地，所述多路气体引入控制系统包括其上设置有数个阀门的多路管路结构和在一支路上设置的压力表，其中，多路管路结构由横向连通的大于1的奇数个四通管路组合而成，在每一与外部连通的支路上各设置一阀门，并在最中部的四通管路与其两侧连通的支路上也各设置一阀门。本实施例中采用的多路管路结构如图3所示，由5个横向连通的四通管路组合而成，共形成12个外接支路，并在每个外接支路上设置一个阀门，如图中所示的阀1～阀5、阀7、阀8和阀10～阀14，在最中部的四通管路的其余两个内部连通支路上各设置一个阀门，如阀6和阀9，压力表与任一个外接支路连接，通常设置在非最中部的四通管路的外接支路上，并优选与外接氢气源的支路相邻。通常较为优选的方式是将阀7或阀8的外接支路与反应罐连接。由此便能够通过不同的接驳方式，使得该试验装置能够实时满足多种不同的试验需求，并能够快速在各种条件下切换。

进一步地，所述测量系统包括分别用于检测反应罐入口和出口处氢浓度的测氢仪，用于检测供氧量的测氧仪，用于检测反应罐内多点温度的热电偶，用于检测反应罐内部气压的压力传感器，用于检测反应罐内真空度的真空规管，用于检测供气量的流量控制器。其中，热电偶能够测量包括催化板表面温度等反应罐内多处位置，通常热电偶的安装方式是从反应罐外穿过罐壁伸入罐内测量，为解决其安装密封问题，发明人还提供一种此类密封组件的设置构造，该密封组件包括由水硬性胶凝材料制成的内层，以及包覆在该内层外部的法兰，热电偶贯穿该密封组件伸入反应罐内，其中水硬性胶凝材料为现有材料，由CaO粉末与SiO2粉末按物质的量3:1～2:1的比例混合均匀后，加入适量水搅匀，并在一段时间后硬化得到，该水硬性胶凝材料具有强度高、粘附性好的特性，可以紧密填充在热电偶与法兰之间的空隙处，确保密封效果，进而在能够有效测量的基础上提升整体的抗压和抗高温性能。数据采集系统主要对测量系统的参数进行数据采集和输出，以便于技术人员分析结果。

为满足不同试验需求，所述辅助试验设备包括电缆燃烧装置、水蒸汽发生器、气溶胶供给装置、真空泵、混合罐。其中，电缆燃烧装置安置在燃烧室中，燃烧室可以直接采用混合罐，也可以采用另一独立的容器，如选用后者方案，则燃烧室和混合罐依次串联在多路气体引入控制系统和反应罐之间，并设置与该两个设备分别并联并均带有阀门的直通管路，在该两个设备的进出口处也分别设置用于开闭的阀门，上述在气体管路布置中涉及的“串联”和“并联”的含义与电路布置中的对应概念雷同。水蒸汽发生器、气溶胶供给装置、真空泵则是分别与多路气体引入控制系统的其余任一外接支路连接。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，将上述装置结构用于具体的一种性能试验中，所需用的设备有相应变化，为了图示清晰明显，未涉及的设备图中予以省略。

具体地，本实施例主要应用于不同氢气浓度和不同温度下催化板的消氢性能试验。

(S100)配置用于试验不同氢气浓度下催化板消氢性能的结构：

多路气体引入控制系统的阀8支路与反应罐连通，阀7支路上设置流量控制器并与外部空气源连通，阀12支路上设置流量控制器并与外部氢气源连通，压力表设置在阀10支路上，阀1支路与真空泵连通，封闭阀2～5、阀11、阀13和阀14；反应罐外部还设置有加热装置；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

(S110)关闭阀7、阀12和反应罐出口，运行真空泵对装置内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止(由真空规管测量)，并关闭阀1，随后依次打开阀7和阀12为装置内供气；

(S120)调节流量控制器使氢气和空气的引入比例满足试验选定的氢气浓度要求(如4％，由反应罐进气处的测氢仪测量)，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值(如0.1MPa，由压力传感器测量)；

(S121)运行加热装置并通过热电偶检测，使反应罐内温度保持在一指定的温度值(如50℃)；

(S122)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

(S130)重复步骤(S120)～(S122)至少3次，且每次引入的混合气体中氢气浓度均不同(如2％、4％、6％、……)；由获得的数据即可分析得知被测催化板在不同氢气浓度下的消氢性能。

(S140)区别于步骤(S130)外，另重复步骤(S120)～(S122)至少3次，其中每次引入的混合气体中氢气浓度保持一致(如4％)，且每次通过调节加热装置改变反应罐内温度至另一试验指定温度值(如35℃、50℃、100℃、……)，由获得的数据即可分析得知被测催化板在不同温度下的消氢性能。

由上述可知，本发明在使用同样的测试装置的情况下能够在相关的不同性能试验中快速调节转换，十分方便实用。

进一步地，除上述两种试验应用外，该配置的结构还能够应用于催化板的存放寿命试验、连续运行试验、重复启动试验、高温运行稳定性试验、辐照试验、挥发性有机溶板毒化试验、环境挥发性气体产物毒化试验、碘毒化试验、气溶胶试验等。

实施例3

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，将其装置结构用于具体的一种性能试验中，所需用的设备有相应变化，为了图示清晰明显，未涉及的设备图中予以省略。具体地，本实施例主要应用于不同氧气浓度下催化板的消氢性能试验。

(S200)配置用于试验不同氧气浓度下催化板消氢性能的结构：

多路气体引入控制系统的阀8支路与混合罐连通，混合罐与反应罐连通，二者之间的管路上设置测氧仪，阀2支路、阀4支路、阀12支路依次与外部氮气源、氧气源、氢气源连通并设置相应的流量控制器，压力表设置在阀10支路上，阀1支路与真空泵连通，封闭阀3、阀5、阀7、阀11、阀13和阀14；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、测氧仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

(S210)关闭阀2、阀4、阀12和反应罐出口，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止(由真空规管测量)，并关闭阀1，随后依次打开阀2、阀4、阀12为装置内供气；

(S211)氢气、氧气、氮气在混合罐内充分混合后再进入反应罐；

(S220)调节流量控制器使氢气、氧气、氮气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求(如4％，由反应罐进气处的测氢仪测量)和选定的氧气浓度要求(如21％，由测氧仪测量)，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值(如0.1MPa，由压力传感器测量)，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定(如50℃)；

(S221)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

(S222)重复步骤(S220)～(S221)至少3次，并通过调节流量控制器使每次引入的混合气体中氢气浓度保持不变(如4％)，氧气浓度均为不同选定值(如18％、16％、14％、……)，由获得的数据即可分析得知被测催化板在不同氧气浓度下的消氢性能。

相比实施例2，本实施例的管路结构可利用其已配置好的结构，如阀1支路、阀10支路、阀12支路，当先进行了实施例2的试验后，能够快速切换到本实施例的配置来进行试验，从而节约大量的人力物力和时间。

实施例4

如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，将其装置结构用于具体的一种性能试验中，所需用的设备有相应变化，为了图示清晰明显，未涉及的设备图中予以省略。具体地，本实施例主要应用于催化板的电缆燃烧产物毒化试验。

(S300)配置用于电缆燃烧产物毒化试验的装置结构：

多路气体引入控制系统的阀8支路与燃烧室连通，燃烧室与反应罐连通，电缆燃烧装置安置在燃烧室内，阀7支路上设置流量控制器并与外部空气源连通，阀12支路上设置流量控制器并与外部氢气源连通，压力表设置在阀10支路上，封闭阀1～5、阀11、阀13和阀14；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器数据；

(S310)关闭阀12和燃烧室出口，运行电缆燃烧装置燃烧电缆，空气源为燃烧室供气；

(S311)待电缆燃烧完毕，打开阀12和燃烧室出口，使氢气、空气和电缆燃烧气在燃烧室混合；

(S320)调节流量控制器使氢气和空气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求(如4％，由反应罐进气处的测氢仪测量)，混合气体进入反应罐反应，持续供气并保持装置内压稳定(如0.1MPa，由压力传感器测量)，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定(如50℃)；

(S321)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

相比实施例2，本实施例的管路结构可利用其已配置好的结构，如阀7支路、阀10支路、阀12支路，当先进行了实施例2的试验后，能够快速切换到本实施例的配置来进行试验，从而节约大量的人力物力和时间。

实施例5

如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，将其装置结构用于具体的一种性能试验中，所需用的设备有相应变化，为了图示清晰明显，未涉及的设备图中予以省略。具体地，本实施例主要应用于一氧化碳毒化试验。

(S400)配置用于一氧化碳毒化试验的装置结构：

多路气体引入控制系统的阀8支路与混合罐连通，混合罐与反应罐连通，阀7支路、阀11支路、阀12支路依次与外部空气源、一氧化碳(CO)气源、氢气源连通并设置相应的流量控制器，压力表设置在阀10支路上，阀1支路与真空泵连通，封闭阀2～5、阀13和阀14；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

(S410)关闭阀7、阀11、阀12和反应罐出口，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止(由真空规管测量)，并关闭阀1，随后依次打开阀7、阀11、阀12为装置内供气；

(S411)氢气、空气、一氧化碳气在混合罐内充分混合后再进入反应罐；

(S420)调节流量控制器使氢气、空气、一氧化碳气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求(如4％，由反应罐进气处的测氢仪测量)，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

(S421)当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

相比实施例2，本实施例的管路结构可利用其已配置好的结构，如阀1支路、阀7支路、阀10支路、阀12支路，当先进行了实施例2的试验后，能够快速切换到本实施例的配置来进行试验，从而节约大量的人力物力和时间。

实施例6

如图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，将其装置结构用于具体的一种性能试验中，所需用的设备有相应变化，为了图示清晰明显，未涉及的设备图中予以省略。具体地，本实施例主要应用于不同水蒸汽浓度和不同压力下催化板的消氢性能试验。

(S500)配置用于试验不同水蒸汽浓度下催化板消氢性能的装置结构：

多路气体引入控制系统的阀8支路与反应罐连通，阀7支路上设置流量控制器并与外部空气源连通，阀12支路上设置流量控制器并与外部氢气源连通，压力表设置在阀10支路上，阀5支路连接水蒸汽发生器，封闭阀1～4、阀11、阀13和阀14；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、水蒸汽发生器的数据；

(S510)由于本试验为静态试验，因此需要关闭反应罐出口，并使测氢仪能够检测反应罐出口处氢气浓度；

(S520)运行水蒸汽发生器、调节流量控制器为反应罐引入水蒸汽、氢气、空气；

(S521)通过热电偶检测反应罐内温度使之保持稳定(如50℃)，通过压力传感器检测压力使之保持稳定(如0.1MPa)，在保持指定的引入氢气浓度要求(如4％)下，通过调节引入的水蒸汽比例(如第一次为30％水蒸汽浓度)进行测试，当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，由数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

(S522)重复步骤(S521)至少3次，每次仅调节改变引入的水蒸汽比例(如依次为水蒸汽浓度30％、40％、50％、……)，通过数据采集系统获取并保存所有数据，分析得知被测催化板在不同水蒸汽浓度下的消氢性能。

(S531)通过热电偶检测反应罐内温度使之保持稳定，在保持指定的引入氢气浓度要求(如4％)和水蒸汽浓度要求(如30％)下，通过饱和水蒸汽分压改变反应罐内的压力值和对应的初始温度(如65％饱和水蒸汽浓度对应压力值约0.5MPa，初始温度约150℃)，并重复至少3次，每次在检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据，最后由获得的数据即可分析得知被测催化板在不同压力下的消氢性能。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置，其特征在于，包括反应罐，安装于反应罐内用于放置催化板的试验工装，安设于反应罐上的用于检测其内气体浓度、温度和压力参数的测量系统，与测量系统连接的数据采集系统，为反应罐提供试验所需外源气体的多路气体引入控制系统，以及与反应罐连接的辅助试验设备；

所述反应罐由不锈钢材料制成，其横截面呈圆形；所述试验工装包括由不锈钢制成的工装本体和开设在其内用于安放催化板的通孔，其中，工装本体呈圆柱体状，其外径与反应罐内径匹配，通孔呈长方形状，通孔的长度与催化板的长度相同，宽度与非能动氢氧复合器中的催化剂间距相同；

所述测量系统包括分别用于检测反应罐入口和出口处氢浓度的测氢仪，用于检测供氧量的测氧仪，用于检测反应罐内多点温度的热电偶，用于检测反应罐内部气压的压力传感器，用于检测反应罐内真空度的真空规管，用于检测供气量的流量控制器。

2.根据权利要求1所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置，其特征在于，所述辅助试验设备包括电缆燃烧装置、水蒸汽发生器、气溶胶供给装置、真空泵、混合罐、加热装置和燃烧室。

3.根据权利要求2所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置，其特征在于，所述多路气体引入控制系统包括其上设置有数个阀门的多路管路结构和在一支路上设置的压力表，其中，多路管路结构由横向连通的大于1的奇数个四通管路组合而成，在每一与外部连通的支路上各设置一阀门，并在最中部的四通管路与其两侧连通的支路上也各设置一阀门。

4.如权利要求3所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置的应用方法，其特征在于，包括：

（S100）配置用于试验不同氢气浓度下催化板消氢性能的结构：

（S101）多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路与反应罐连通，其另一外接支路与外接空气源连通，真空泵和外接氢气源分别在最中部的四通管路两侧各自与相应外接支路连通，压力表设置在外接氢气源一侧的外接支路上，并在空气源和氢气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；

（S102）数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

（S103）反应罐外部还设置有加热装置；

（S110）将空气源和氢气源的支路阀门、反应罐出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气源和空气源的支路阀门为装置内供气；

（S120）调节流量控制器使氢气和空气的引入比例满足试验选定的氢气浓度要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值；

（S121）运行加热装置并通过热电偶检测，使反应罐内温度保持在一指定的温度值；

（S122）当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

（S130）重复步骤（S120）~（S122）至少3次，且每次引入的混合气体中氢气浓度均不同；

（S140）另重复步骤（S120）~（S122）至少3次，其中每次引入的混合气体中氢气浓度保持一致，且每次通过调节加热装置改变反应罐内温度至另一试验指定温度值，用以试验不同温度下的催化板消氢性能。

5.如权利要求3所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置的应用方法，其特征在于，包括：

（S200）配置用于试验不同氧气浓度下催化板消氢性能的结构：

（S201）多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路通过混合罐与反应罐连通，并在混合罐和反应罐之间设置测氧仪和测氢仪，另选四个外接支路分别外接氢气源、氧气源、氮气源和真空泵，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源、氧气源、氮气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；

（S202）数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、测氧仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

（S210）将氢气源、氧气源、氮气源的支路阀门、反应罐出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气源、氧气源、氮气源的支路阀门为装置内供气；

（S211）氢气、氧气、氮气在混合罐内充分混合后再进入反应罐；

（S220）调节流量控制器使氢气、氧气、氮气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求和选定的氧气浓度要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

（S221）当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

（S222）重复步骤（S220）~（S221）至少3次，并通过调节流量控制器使每次引入的混合气体中氢气浓度保持不变，氧气浓度均为不同选定值。

6.如权利要求3所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置的应用方法，其特征在于，包括：

（S300）配置用于电缆燃烧产物毒化试验的装置结构：

多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路通过燃烧室与反应罐连通，并在燃烧室内设置电缆燃烧装置，另选两个外接支路分别外接氢气源和空气源，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源和空气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器数据；

（S310）将氢气源的支路阀门、燃烧室出口关闭，运行电缆燃烧装置燃烧电缆，空气源为燃烧室供气；

（S311）待电缆燃烧完毕，打开氢气源的支路阀门和燃烧室出口，使氢气、空气和电缆燃烧气在燃烧室混合；

（S320）调节流量控制器使氢气和空气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求，混合气体进入反应罐反应，持续供气并保持装置内压稳定，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

（S321）当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

7.如权利要求3所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置的应用方法，其特征在于，包括：

（S400）配置用于一氧化碳毒化试验的装置结构：

（S401）多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路通过混合罐与反应罐连通，并在混合罐和反应罐之间设置测氢仪，另选四个外接支路分别外接氢气源、空气源、一氧化碳气源和真空泵，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源、空气源、一氧化碳的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；

（S402）数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、真空规管的数据；

（S410）将氢气源、空气源、一氧化碳气源的支路阀门、反应罐出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1KPa停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气源、空气源、一氧化碳气源的支路阀门为装置内供气；

（S411）氢气、空气、一氧化碳气在混合罐内充分混合后再进入反应罐；

（S420）调节流量控制器使氢气、空气、一氧化碳气的引入比例满足试验指定的氢气浓度要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应罐出口，持续供气并保持装置的稳定压力值，同时通过热电偶的检测使反应罐内温度保持稳定；

（S421）当检测到反应罐出口处的氢气浓度保持一稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。

8.如权利要求3所述的一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置的应用方法，其特征在于，包括：

（S500）配置用于试验不同水蒸汽浓度下催化板消氢性能的装置结构：

多路气体引入控制系统的最中部的四通管路的一外接支路与反应罐连通，另选三个外接支路分别外接氢气源、空气源和水蒸汽发生器，压力表设置在与氢气源相邻的外接支路上，并在氢气源和空气源的支路上设置流量控制器，其余外接支路的阀门全部封闭；数据采集系统分别采集反应罐出入口处的测氢仪、流量控制器、热电偶、压力传感器、水蒸汽发生器的数据；

（S510）关闭反应罐出口，并使测氢仪能够检测反应罐出口处氢气浓度；

（S520）运行水蒸汽发生器、调节流量控制器为反应罐引入水蒸汽、氢气、空气；

（S521）通过热电偶检测反应罐内温度使之保持稳定，通过压力传感器检测压力使之保持稳定，通过调节引入的水蒸汽比例测试不同水蒸汽浓度下的催化板消氢性能，并由数据采集系统获取并保存所有数据用于分析；

（S531）通过调节反应罐内的压力值试验不同压力下的催化板消氢性能，并由数据采集系统获取并保存所有数据用于分析。