CN111915850A - 一种检测氢气泄露的报警系统及方法 - Google Patents

一种检测氢气泄露的报警系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种检测氢气泄露的报警系统与方法，该系统包括：制氢设备，用于制备氢气；氢气压缩设备，用于将制氢设备所制备氢气压缩存储于高压储氢设备中；高压储氢设备，用于存储氢气压缩设备压缩后的氢气，在用氢设备需要用氢时向用氢设备输送氢气；用氢设备，用于使用氢气；氢气安全检测设备，用于检测氢气泄露情况，并发检测信息传输给信息处理与报警装置；信息处理与报警装置，用于对检测信息进行处理，判断是否进行报警。本发明可以简单、快速、有效的对氢气泄露的位置进行定位，方便及时的将报警信息向外报送，降低氢气泄露聚集到达到爆炸极限的可能性，可以有效防止重大事故的发生。

Description

一种检测氢气泄露的报警系统及方法
技术领域
本发明属于氢能源设备领域，特别涉及一种氢气泄露报警系统及方法。
背景技术
近年来，随着氢能制备、储运技术以及燃料电池技术的飞速发展，氢能源已经越来越多的被使用在发电、交通、储能三大领域。在发电领域，燃料电池因具备清洁环保、效率高和无间断发电的优点，在固定式发电和家用热电联产领域迅猛发展。在交通领域，氢燃料电池车因无污染、高效率、载重高、加氢快和续航长的优点，已经在中重卡汽车领域有明显竞争优势，成为传统中重卡汽车的最佳替代者。
在储能领域，氢能具有能量密度高、规模适应性强、环境友好、可跨季度存储的优点，正在结合光伏发电、风力发电重塑能源格局。氢能源在被广泛使用的同时，氢能的安全问题不容忽视。
氢气无色无味，兼具易燃易爆的特性，无法通过嗅觉或者眼睛发现空气中的氢气。氢气相较于其他常规能源有着更宽的着火范围、更低的着火能、更容易泄露、更快的火焰传播速度以及更容易爆炸。按理论计算，氢气爆炸极限是4.0％～75.6％体积浓度。当氢气达到爆炸极限，最低引爆能量仅为0.02MJ，极其容易燃爆。
在实际使用中，氢气通常通过燃料管线、阀门、高压储罐上的一些微小裂缝泄露，现有技术尚无能够实施检测氢气泄露浓度的有效手段。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种检测氢气泄露的报警系统及方法，能够在氢气泄露浓度未达到爆炸极限前发出警报，以解决现有技术存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种检测氢气泄露的报警系统，包括：
制氢设备，用于制备氢气；
氢气压缩设备，用于将制氢设备所制备氢气压缩存储于高压储氢设备中；
高压储氢设备，用于存储氢气压缩设备压缩后的氢气，在用氢设备需要用氢时向用氢设备输送氢气；
用氢设备，用于使用氢气；
氢气安全检测设备，用于检测氢气泄露情况，并发检测信息传输给信息处理与报警装置；
信息处理与报警装置，用于对检测信息进行处理，判断是否进行报警。
进一步的，制氢设备为光伏电解水制氢设备、风电电解水制氢设备、天然气重整制氢设备、石化资源制氢设备、化工原料制氢设备、生物质制氢设备、光化学制氢设备的一种或多种组合。
进一步的，氢气压缩设备为活塞式压缩机、膜式压缩机、回转式压缩机、螺旋式压缩机、涡轮式压缩机的一种或多种组合。
进一步的，高压储氢设备为高压储氢罐或高压储氢气瓶。
进一步的，用氢设备为燃料电池、氢气内燃机的一种或组合。
进一步的，制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备设置于同一设备间中。
进一步的，制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备之间依次通过第一管路、第二管路、和第三管路串联；
氢气安全检测设备，包括：第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、氢气浓度传感器、温度传感器和压力传感器，；
第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器分别安装于第一管路、第二管路、第三管路中；第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器能够将设定时长内的氢气流量均值转换为模拟电压信号输送至信息处理与报警装置；
氢气浓度传感器安装于设备间天花板，用于对在氢气制备、压缩、存储、使用全流程中检测氢气泄露浓度，并可将检测到的氢气泄露浓度转化为模拟电压信号实时输送至信息处理与报警装置；
温度传感器与压力传感器，分别用于测量高压储氢设备的温度与压力，并将其转化为模拟电压信号实时输送至信息处理与报警装置。
进一步的，信息处理与报警装置，包括有微处理器和自动报警器；
微处理器获取第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、氢气浓度传感器、温度传感器与压力传感器的输出信号，并进行数据处理，输出信号超过对应设定阈值时，控制自动报警器发出报警信号。
一种检测氢气泄露的报警方法，包括：
当微处理器收集到氢气浓度传感器所报氢气泄露浓度大于设定阈值并持续时间超过3秒后，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备均处于关闭状态时，若微处理器收集到第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器所报氢气通量大于设定阈值时，则认为存在氢气泄露，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备处于开启状态，用氢设备处于关闭状态时，若微处理器收集到第三流量传感器所报氢气通量大于设定阈值时，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备处于关闭状态，高压储氢设备、用氢设备处于开启状态时，若微处理器收集到第一流量传感器、第二流量传感器所报氢气通量大于设定阈值时，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当微处理器收集到温度传感器所报高压储氢设备温度大于设定的阈值，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当微处理器收集到压力传感器所报高压储氢设备压强大于设定的阈值，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明提出的检测氢气泄露的报警系统将各类传感器集成于制氢、氢气压缩、高压储氢、用氢设备，设计合理，操作简单，能够有效的检测氢气泄露并定位故障位置，显著提高了使用氢气的安全性。
本发明提出的检测氢气泄露的报警方法通过氢气泄露浓度、设备间氢气通量、高压氢气瓶温度及压力值等各类参数对氢气的泄露进行全过程检测，可以简单、快速、有效的对氢气泄露的位置进行定位，方便及时的将报警信息向外报送，降低氢气泄露聚集到达到爆炸极限的可能性，可以有效防止重大事故的发生。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种检测氢气泄露的报警系统的结构示意图；
图2为本发明一种检测氢气泄露的报警方法的流程示意图；
附图标记，说明：1-制氢设备；2-氢气压缩设备；3-高压储氢设备；4-用氢设备；51-第一流量传感器；52-第二流量传感器；53-第三流量传感器；54-氢气浓度传感器；55-温度传感器；56-压力传感器；6-微处理器；7-自动报警器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。
请参考图1所示，本发明的实施例提供一种检测氢气泄露的报警系统，包括有制氢设备1、氢气压缩设备2、高压储氢设备3、用氢设备4、氢气管路、氢气安全检测设备、信号处理与报警装置；
制氢设备1可以是光伏电解水制氢设备、风电电解水制氢设备、天然气重整制氢设备、石化资源制氢设备、化工原料制氢设备、生物质制氢设备、光化学制氢设备的一种或多种组合；
氢气压缩设备2可以是活塞式压缩机、膜式压缩机、回转式压缩机、螺旋式压缩机、涡轮式压缩机的一种或多种组合，高压储氢设备3可以是高压储氢罐、高压储氢气瓶等，用氢设备4可以是燃料电池、氢气内燃机的一种或多种组合；
氢气管路包括有制氢设备与氢气压缩设备间管路、氢气压缩设备与高压储氢设备间管路、高压储氢设备及用氢设备间管路，其中三条管路以串联的方式依次连接；
信息处理与报警装置，包括有微处理器6、自动报警器7。
氢气安全检测设备，包括：第一流量传感器51、第二流量传感器52、第三流量传感器53、氢气浓度传感器54、温度传感器55和压力传感器56，其中第一流量传感器51设置在制氢设备与氢气压缩机设备间管路内，第二流量传感器52设置在氢气压缩设备与高压储氢设备间管路，第三流量计53设置在高压储氢设备及用氢设备间管路，三个流量传感器均可将设定时长内的氢气流量均值转换为模拟电压信号实时输送至微处理器6；其中氢气浓度传感器54安装于设备间天花板，对氢气制备、压缩、存储、使用全流程检测氢气泄露浓度，并可将检测到的氢气泄露浓度转化为模拟电压信号实时输送至微处理器6；其中温度传感器55与压力传感器56分别用来测量高压储氢设备的温度与压力，并将其转化为模拟电压信号实时输送至微处理器6；
信息处理与报警装置中微处理器6获取各传感器参数、进行数据处理并发送指令给自动报警器7，自动报警器7包括有蜂鸣装置与信息发送装置，其根据微处理器发送的指令启动蜂鸣装置并且向外发送报警信息。
请参考图2，本发明的实施例提供一种检测氢气泄露的报警方法，包括：
当微处理器6收集到氢气浓度传感器54所报氢气泄露浓度大于设定的浓度阈值并持续时间超过3秒后，微处理器6向自动报警器7发送报警指令，自动报警器7中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当微处理器6收集到温度传感器55所报高压储氢设备温度大于设定的温度阈值，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当微处理器收集到压力传感器56所报高压储氢设备压强大于设定的压力阈值，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令。
当制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备均处于关闭状态时，若微处理器收集到第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器所报氢气通量大于设定的流量阈值时，则认为存在氢气泄露，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备处于开启状态，用氢设备处于关闭状态时，若微处理器收集到第三流量传感器所报氢气通量大于设定的阈值时，则认为存在氢气泄露，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备处于关闭状态，高压储氢设备、用氢设备处于开启状态时，若微处理器收集到第一流量传感器、第二流量传感器所报氢气通量大于设定的阈值时，则认为存在氢气泄露，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，包括：
制氢设备，用于制备氢气；
氢气压缩设备，用于将制氢设备所制备氢气压缩存储于高压储氢设备中；
高压储氢设备，用于存储氢气压缩设备压缩后的氢气，在用氢设备需要用氢时向用氢设备输送氢气；
用氢设备，用于使用氢气；
氢气安全检测设备，用于检测氢气泄露情况，并发检测信息传输给信息处理与报警装置；
信息处理与报警装置，用于对检测信息进行处理，判断是否进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，制氢设备为光伏电解水制氢设备、风电电解水制氢设备、天然气重整制氢设备、石化资源制氢设备、化工原料制氢设备、生物质制氢设备、光化学制氢设备的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，氢气压缩设备为活塞式压缩机、膜式压缩机、回转式压缩机、螺旋式压缩机、涡轮式压缩机的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，高压储氢设备为高压储氢罐或高压储氢气瓶。
5.根据权利要求1所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，用氢设备为燃料电池、氢气内燃机的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备设置于同一设备间中。
7.根据权利要求6所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备之间依次通过第一管路、第二管路、和第三管路串联；
氢气安全检测设备，包括：第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、氢气浓度传感器、温度传感器和压力传感器，；
第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器分别安装于第一管路、第二管路、第三管路中；第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器能够将设定时长内的氢气流量均值转换为模拟电压信号输送至信息处理与报警装置；
氢气浓度传感器安装于设备间天花板，用于对在氢气制备、压缩、存储、使用全流程中检测氢气泄露浓度，并可将检测到的氢气泄露浓度转化为模拟电压信号实时输送至信息处理与报警装置；
温度传感器与压力传感器，分别用于测量高压储氢设备的温度与压力，并将其转化为模拟电压信号实时输送至信息处理与报警装置。
8.根据权利要求7所述的一种检测氢气泄露的报警系统，其特征在于，信息处理与报警装置，包括有微处理器和自动报警器；
微处理器获取第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、氢气浓度传感器、温度传感器与压力传感器的输出信号，并进行数据处理，输出信号超过对应设定阈值时，控制自动报警器发出报警信号。
9.一种检测氢气泄露的报警方法，其特征在于，基于权利要求8所述的一种检测氢气泄露的报警系统，包括：
当微处理器收集到氢气浓度传感器所报氢气泄露浓度大于设定阈值并持续时间超过3秒后，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备和用氢设备均处于关闭状态时，若微处理器收集到第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器所报氢气通量大于设定阈值时，则认为存在氢气泄露，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备、高压储氢设备处于开启状态，用氢设备处于关闭状态时，若微处理器收集到第三流量传感器所报氢气通量大于设定阈值时，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当制氢设备、氢气压缩设备处于关闭状态，高压储氢设备、用氢设备处于开启状态时，若微处理器收集到第一流量传感器、第二流量传感器所报氢气通量大于设定阈值时，微处理器向自动报警器发送指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当微处理器收集到温度传感器所报高压储氢设备温度大于设定的阈值，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令；
当微处理器收集到压力传感器所报高压储氢设备压强大于设定的阈值，微处理器向自动报警器发送报警指令，自动报警器中的蜂鸣装置启动并且向外发送报警指令。
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