CN111443023A - 一种高压容器气体渗透率测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气瓶检验检测领域，具体公开了一种高压容器气体渗透率测试装置及其测试方法，测试装置包括密闭检测罐，安全保护装置等，密闭检测罐上设有进气阀和出气阀，进气阀和出气阀分别位于密闭检测罐的两端，进气阀连有氮气罐；密闭检测罐上开有测试口，测试口连通有用于检测渗透气体浓度的第一气体浓度检测仪。本发明通过向密闭检测罐内充氮气，能够置换出密闭检测罐内的空气，避免渗透出的易燃易爆气体与空气接触发生燃烧甚至爆炸的危险，保证了测试过程中整个装置的安全性。

Description

一种高压容器气体渗透率测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及气瓶检验检测领域，具体的说，是涉及一种高压气瓶气体渗透率测试装置及其测试方法。

背景技术

近年来，我国汽车工业迅速发展，在石油能源污染大，消耗快的情况下，燃气汽车以其环保、节能、经济、安全和战略上的优越性，在世界各国得到迅速发展，并成为人们关注的焦点。在这样的背景下，作为燃气汽车的关键设备，气瓶的关注度也越来越高。气瓶的质量直接关系到燃气汽车运行的安全与成本高低。气瓶是典型的移动式压力容器，属于特种设备的一种。车用气瓶充装气体具有参数高，服役环境复杂、事故并发性强的特点。保障气瓶的安全使用直接影响燃气汽车运行安全，并关系到人民财产安全社会稳定，意义重大。

在现有的车用气瓶种类中，复合气瓶是最前沿的发展方向，这类气瓶是融各类内衬的密封性和复合材料的可设计性，高强度，轻重量的特点为一体，大幅度减轻了气瓶重量，又保证承压能力以及使用期间的疲劳寿命，同时具有内衬的良好气密性、优良的耐蚀性等诸多优点，已得到世界上广泛的承认和接受。

对于复合气瓶来说，其主要难点是气瓶抗外部冲击损伤能力较低、气密性差，在高压环境下，气体易从非金属内胆向外渗透，很容易出现危及公共安全的爆炸和泄漏。因此，为保证该类气瓶可正常使用，必须在使用前对该产品进行渗透率的定性测试，以确保使用安全。然而，目前国内的气体渗透率检测技术无法跟上，厂家生产的复合气瓶均需要到国外进行相应的型式试验，经济和时间成本大幅增加，这也导致国内气瓶厂家不愿意花成本去研究复合气瓶制造相关的核心技术，不愿意去生产，最终使得复合气瓶始终无法推广普及。解决气瓶气体渗透率的测试技术，检测复合气瓶是否安全，是解决复合气瓶生产与应用的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压容器气体渗透率测试装置及其测试方法，以解决气瓶气体渗透率的测试技术，检测复合气瓶是否安全。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压容器气体渗透率测试装置，包括密闭检测罐，密闭检测罐上设有进气阀和出气阀，进气阀和出气阀分别位于密闭检测罐的两端，进气阀连有氮气罐；密闭检测罐上开有测试口，测试口连通有用于检测渗透气体浓度的第一气体浓度检测仪。

本发明还提供一种高压容器气体渗透率测试方法，包括以下步骤：

步骤一、打开密闭检测罐上的密封门，操作者将充装试验气体的气瓶运输至密闭检测罐内固定位置，之后关上密封门；

步骤二、打开进气阀和出气阀，关闭测试口，氮气罐排出氮气，氮气通过进气阀进入密闭检测罐内，使得密闭检测罐内充满氮气；

步骤三、关闭进气阀和出气阀，开始计时，并对气瓶进行静置；

步骤四、气瓶静置若干小时后，打开测试口，在第一气体浓度检测仪上读取测试气体的浓度；

步骤五、打开进气阀和出气阀，关闭测试口，氮气罐再次向密闭检测罐内充氮气，排出密闭检测罐内的渗透气体；

步骤六、关闭进气阀和出气阀，打开密封门，取出测试气瓶。

本方案的原理在于：

现有燃气汽车的车用复合气瓶内主要物质为甲烷，另外，目前随着氢气能源汽车的推广，氢气瓶也要做渗透率检测，氢气瓶内主要物质为氢气，甲烷和氢气等均属于易燃易爆气体。

本方案将待检测的高压容器置于密闭环境内，静置测试气瓶，使其内气体缓慢渗出聚集在密闭空间内，通过第一气体浓度检测仪检测渗透气体浓度，即可计算出气体渗透率。

但是对于甲烷、氢气等易燃易爆的气体，若渗透气体直接与空气接触，会导致此类气体发生燃烧甚至爆炸，因此对于此类易燃易爆气体容器而言，对密闭检测罐的防爆条件要求十分严格。

本方案中通过氮气罐向密闭检测罐内充氮气，目的在于置换出密闭检测罐内的空气，避免渗透出的易燃易爆气体与空气接触发生燃烧甚至爆炸的危险，保证了气瓶在静置过程中整个装置的安全性。

采用本方案能达到如下技术效果：

(1)本发明特别适用于易燃易爆气体容器的气体渗透性检测，试验过程中，渗透气体密闭在密闭检测罐中，进气阀、出气阀和测试口独立，且通过氮气置换出密闭检测罐中的空气，避免了密闭检测罐中发生燃烧甚至爆炸的危险，能够保护人员及试验机的安全。

(2)所有装备可固定在集装箱中，方便移动。

(3)所有操作均可由一人完成，检测人员只需控制进气阀和出气阀，读取第一气体浓度检测仪上的数据，即可计算得出气体渗透率，减轻了试验人员的劳动强度，提高了试验效率。

进一步，密闭检测罐还连有第二气体浓度检测仪，第二气体浓度检测仪包括传感器模块、报警模块和控制器，传感器模块检测渗透气体浓度并将渗透气体浓度信号反馈给控制器，控制器接收渗透气体浓度信号，当渗透气体浓度超过预设值时，控制器控制报警模块报警并同时控制出气阀打开。由于气瓶渗透出的气体是量是非常少的，因此第一气体浓度检测仪的精度要求比较高、通常价格也通常比较昂贵，然而若气瓶本身有缺陷，导致气瓶内的气体大量漏出，此时大量的渗透气体(特别是对于易燃易爆气体)处于密闭检测罐内，由于充氮气时可能发生没有完全将空气排干净，或者通入的氮气不纯，当有外力撞击输入能量就会导致密闭检测罐内极容易发生爆炸或者燃烧的问题，造成严重的安全事故，本方案设置第二气体浓度检测仪(检测精度相对于第一气体浓度检测仪低很多、价格也比较低廉，通常为手持式或者家用型的小型检测仪)，能够检测到此时较高浓度的气体泄漏，及时进行报警并将泄露的渗透气体排出密闭检测罐外，避免密闭检测罐内存留大量渗透气体导致爆炸或者燃烧的危险，本方案设置第二气体浓度检测仪这一安全防爆措施，从而进一步保证了检测过程中的人员和设备安全。

进一步，密闭检测罐上设有泄压阀。当高压容器内的气体大量漏出时，密闭检测罐内气压增大，通过泄压阀也能及时排出密闭检测罐内的渗透气体，通过自动报警和自动泄压起到了双重保险作用。

进一步，密闭检测罐内设有用于支撑高压容器的滑轨。滑轨用于支撑高压容器，尽可能避免高压容器表面被覆盖，使得高压容器内的高压气体能够顺利渗出。

进一步，密闭检测罐顶部设有吊耳，密闭检测罐底部设有支座。吊耳便于吊装整个密闭检测罐，支座用于支撑密闭检测罐。

进一步，密闭检测罐内腔呈圆柱状。圆柱状的内腔适应气瓶的形状。

进一步，步骤二中，密闭检测罐内充满氮气后，氮气含量达到95％以上。氮气含量达到 95％以上，空气含量少，保证测试气体渗出后不会发生燃烧和爆炸。

进一步，步骤二中，密闭检测罐内充满氮气后，密闭检测罐内处于常压状态。密闭检测罐内常压，模拟气瓶在自然环境中静置的状态。

进一步，步骤一中，密闭检测罐顶部连有泄压管道，泄压管道自由端设有安全防爆膜。若密闭检测罐内发生爆炸情况，能够冲击安全防爆膜，安全防爆膜破裂，实现快速泄压的效果，具有结构简单、泄压反应快、密封性能好、适应性强的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一的主视图；

图2为图1中的A向视图；

图3为本发明实施例二的横向剖视图；

图4为本发明实施例三的横向剖视图；

图5为本发明实施例四的横向剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：密闭检测罐1、密封门2、吊耳3、进气阀4、出气阀5、泄压阀6、测试口7、软管70、支座8、第二气体浓度检测仪9、控制器90、第一气体浓度检测仪10、气瓶11、滑轨12、泄压管道13、安全防爆膜14、骨架层15、缓冲层16和抗冲击层17、支撑件18。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例的一种高压容器气体渗透率测试装置，包括密闭检测罐1，密闭检测罐1顶部设有吊耳3，密闭检测罐1底部设有支座8，吊耳3便于吊装整个密闭检测罐1，支座8用于支撑密闭检测罐1，密闭检测罐1内腔呈圆柱状，且密闭检测罐1内设有用于支撑气瓶11的滑轨12。密闭检测罐1一端安装有密封门2，密封门2采用快开门式罐盖，采用手动打开的方式，通过悬臂架旋转开启和关闭，用螺栓固定密封。

密闭检测罐1上安装有进气阀4和出气阀5，进气阀4和出气阀5分别位于密闭检测罐 1的两端，进气阀4连有氮气罐向密闭检测罐1充氮气。密闭检测罐1顶部还安装有一个泄压阀6。

密闭检测罐1上还开有测试口7，测试口7通过软管70连通有用于检测渗透气体浓度的第一气体浓度检测仪10，密闭检测罐1还连有第二气体浓度检测仪9，第一气体浓度检测仪 10采用低温容器综合性能检测仪HRJCY-4100A，该设备检测精度高、价格较为昂贵，第二气体浓度检测仪9采用手持式或者家用的小型检测仪，检测精度相对于第一气体浓度检测仪10 低很多、价格也比较低廉。第二气体浓度检测仪9包括传感器模块、报警模块和控制器90，传感器模块检测渗透气体浓度并将渗透气体浓度信号反馈给控制器90，控制器90接收渗透气体浓度信号，当渗透气体浓度超过预设值时，控制器90控制报警模块报警并同时控制出气阀5打开。

本发明采用高压容器气体渗透率测试装置进行气体渗透率测试的方法，包括以下步骤：

步骤一、试验开始前，操作者将充装试验气体的气瓶11放置在送瓶小车上，并运送至试验台架上，气瓶11通过滑轨12运输至密闭检测罐1内固定位置，之后关上罐盖。

步骤二、打开进气阀4和出气阀5，关闭测试口7，氮气罐排出氮气，氮气通过进气阀4 进入密闭检测罐1内，使得密闭检测罐1内充满氮气，密闭检测罐1内充满氮气后，氮气含量达到95％以上，且密闭检测罐1内处于常压状态。

步骤三、关闭进气阀4和出气阀5，开始计时，并对气瓶11进行静置。

步骤四、气瓶11静置若干小时后(不同气瓶11静置的时间也不同，如CNG-4气瓶11静置的时间为500小时)，打开测试口7，在第二气体浓度检测仪9上读取测试气体的浓度。

步骤五、打开进气阀4和出气阀5，关闭测试口7，氮气罐再次向密闭检测罐1内充氮气，排出密闭检测罐1内的渗透气体。

步骤六、关闭进气阀4和出气阀5，打开密封门2，取出测试气瓶11。

本发明的原理在于：

现有燃气汽车的车用复合气瓶11内主要物质为甲烷，另外，目前随着氢气能源汽车的推广，氢气瓶也要做渗透率检测，氢气瓶内主要物质为氢气，甲烷和氢气等均属于易燃易爆气体。

本发明将待检测的气瓶11置于密闭环境内，静置测试气瓶11，使其内气体缓慢渗出聚集在密闭空间内，气瓶11渗透出的气体是量是非常少的，通过检测精度较高的第一气体浓度检测仪10检测渗透气体浓度，即可计算出气体渗透率(气体渗透率＝测试气体浓度/气瓶11 静置时间)。

但是对于甲烷、氢气等易燃易爆的气体，若渗透气体直接与密闭检测罐1内的空气接触，会导致此类气体发生燃烧甚至爆炸，因此对于此类易燃易爆气体的气瓶11而言，对密闭检测罐1的防爆条件要求十分严格。

本发明中通过氮气罐向气瓶11内充氮气，目的在于置换出密闭检测罐1内的空气，避免渗透出的易燃易爆气体与空气接触发生燃烧甚至爆炸的危险，保证了气瓶11在静置过程中整个装置的安全性。并且本发明设置第二气体浓度检测仪9和泄压阀6双重防爆措施，当气瓶11本身有缺陷，导致气瓶11内的气体大量漏出，此时大量的渗透气体(特别是对于易燃易爆气体)在密闭检测罐1内极容易发生爆炸或者燃烧的问题，造成严重的安全事故，通过检测精度较低的第二气体浓度检测仪9即可检测到此时较高浓度的气体泄漏，及时进行报警并将泄露的渗透气体排出密闭检测罐1外，避免密闭检测罐1内存留大量渗透气体导致爆炸或者燃烧的危险。另外，当气瓶11内的气体大量漏出时，密闭检测罐1内气压增大，通过泄压阀6也能及时排出密闭检测罐1内的渗透气体，通过自动报警和自动泄压起到了双重保险作用，从而保证了检测过程中的人员和设备安全。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中，密闭检测罐1顶部还连有一根泄压管道13，泄压管道13自由端安装有安全防爆膜14，安全防爆膜14的膜片采用金属或者非金属薄膜，考虑到渗透气体为易燃易爆气体，为避免安全防爆膜14破碎后产生的碎片之间相互摩擦产生火花引燃介质，或者爆破后的碎片堵塞泄压阀的介质流道，安全防爆膜14应选择爆破后无碎片的形式，本实施例中安全防爆膜14的拉伸伸长率为100～300％，其韧性较高，在发生爆炸后不会产生爆炸碎片。

若密闭检测罐1内发生爆炸情况，能够冲击安全防爆膜14，安全防爆膜14破裂，实现快速泄压的效果，具有结构简单、泄压反应快、密封性能好、适应性强的优点。

并且设置泄压管道13，将安全防爆膜14安装在泄压管道13的自由端，目的在于：密闭检测罐1内介质爆炸后，泄压管道13能够作为爆炸产生的冲击力的导向通道，使得爆炸冲击力迅速被引流至泄压管道13中，避免爆炸冲击力直接冲击密闭检测罐1和气瓶11，造成密闭检测罐1和气瓶11的破坏。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于：本实施例中在气瓶11外设有抗冲击机构，抗冲击机构如图4所示，包括由内向外依次设置的骨架层15、缓冲层16和抗冲击层17，抗冲击层17 采用抗冲击膜片，抗冲击膜片上开有透气孔，抗冲击膜片的厚度为0.5mm～2.0mm，抗冲击强度选择现有技术中玻璃防爆膜的强度等级，缓冲层16采用多个周向分布的缓冲弹簧，骨架层15采用刚性网状骨架。骨架层15与滑轨12之间通过支撑件18进行支撑固定。气瓶11送入密闭检测罐1内时，将气瓶11推入骨架层15内部，使得骨架层15对气瓶11形成保护，抗冲击层17不会影响气瓶11内气体的渗出。

当密闭检测罐1内介质爆炸后，爆炸产生的冲击力可能会导致将气瓶11破坏，而由于气瓶11仍充满高压易燃易爆气体，若此时气瓶11破坏将导致进一步的爆炸和燃烧，产生不可估量的安全事故。本实施例中设置抗冲击机构，当密闭检测罐1内发生爆炸时，抗冲击层 17能起到抗冲击和保护气瓶11的作用，同时缓冲层16的缓冲作用进一步增加抗冲击能力，避免了气瓶11破坏导致更严重的爆炸，进一步增强了防爆效果。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于：缓冲层的结构不同，如图5所示，本实施例的缓冲层包括相互胶结的外层橡胶条162和内层橡胶条161，外层橡胶条162和内层橡胶条161均呈三角形，并且外层橡胶条162和内层橡胶条161上也均开设有透气孔。抗冲击层17粘贴在外层橡胶条162上，内层橡胶条161粘贴在骨架层15上。

通过外层橡胶条162和内层橡胶条161也能起到缓冲作用，并且发生爆炸时，由于抗冲击层17粘贴在外层橡胶条162上，抗冲击层17爆炸破裂后仍然会粘在外层橡胶条162上，能够避免产生爆炸碎片。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，本发明除了适用于复合气瓶检测，也适用于其他任何需要做渗透性检测的高压容器，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种高压容器气体渗透率测试装置，其特征在于：包括密闭检测罐，所述密闭检测罐上设有进气阀和出气阀，进气阀和出气阀分别位于密闭检测罐的两端，所述进气阀连有氮气罐；所述密闭检测罐上开有测试口，所述测试口连通有用于检测渗透气体浓度的第一气体浓度检测仪。

2.根据权利要求1所述的一种高压容器气体渗透率测试装置，其特征在于：所述密闭检测罐还连有第二气体浓度检测仪，第二气体浓度检测仪包括传感器模块、报警模块和控制器，传感器模块检测渗透气体浓度并将渗透气体浓度信号反馈给控制器，控制器接收渗透气体浓度信号，当渗透气体浓度超过预设值时，控制器控制报警模块报警并同时控制出气阀打开。

3.根据权利要求2所述的一种高压容器气体渗透率测试装置，其特征在于：所述密闭检测罐上设有泄压阀。

4.根据权利要求3所述的一种高压容器气体渗透率测试装置，其特征在于：所述密闭检测罐内设有用于支撑高压容器的滑轨。

5.根据权利要求4所述的一种高压容器气体渗透率测试装置，其特征在于：所述密闭检测罐顶部设有吊耳，所述密闭检测罐底部设有支座。

6.根据权利要求5所述的一种高压容器气体渗透率测试装置，其特征在于：所述密闭检测罐内腔呈圆柱状。

7.基于权利要求1-6任一项所述的一种高压容器气体渗透率测试装置的气体渗透率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、打开密闭检测罐上的密封门，操作者将充装试验气体的气瓶运输至密闭检测罐内固定位置，之后关上密封门；

步骤二、打开进气阀和出气阀，关闭测试口，氮气罐排出氮气，氮气通过进气阀进入密闭检测罐内，使得密闭检测罐内充满氮气；

步骤三、关闭进气阀和出气阀，开始计时，并对气瓶进行静置；

步骤四、气瓶静置若干小时后，打开测试口，在第一气体浓度检测仪上读取测试气体的浓度；

步骤五、打开进气阀和出气阀，关闭测试口，氮气罐再次向密闭检测罐内充氮气，排出密闭检测罐内的渗透气体；

步骤六、关闭进气阀和出气阀，打开密封门，取出测试气瓶。

8.根据权利要求7所述的一种高压容器气体渗透率测试方法，其特征在于：所述步骤二中，密闭检测罐内充满氮气后，氮气含量达到95％以上。

9.根据权利要求8所述的一种高压容器气体渗透率测试方法，其特征在于：所述步骤二中，密闭检测罐内充满氮气后，密闭检测罐内处于常压状态。

10.根据权利要求9所述的一种高压容器气体渗透率测试方法，其特征在于：所述步骤一中，密闭检测罐顶部连有泄压管道，泄压管道自由端设有安全防爆膜。

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