CN112556934A

CN112556934A - 一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置及方法

Info

Publication number: CN112556934A
Application number: CN202011427214.9A
Authority: CN
Inventors: 袁焱华; 卢启钊; 谢启源; 张俊
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-03-26

Abstract

本发明公开了一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置及方法，包括安装在待测量瓶体上的测量腔体和真空固定腔，测量腔体由测量腔左壳和测量腔右壳闭合构成，真空固定腔由真空固定腔左壳和真空固定腔右壳闭合构成；测量腔左壳和测量腔右壳以及真空固定腔左壳和真空固定腔右壳通过壳体固定构件连接闭合。真空抽气泵通过连接第一接口和第二接口分别将测量腔体和真空固定腔内抽真空，真空固定腔体与外界环境形成压差从而吸附连接至测量瓶体。本发明在瓶装高压七氟丙烷正常实现其功能的情况下，能长期对其微小的泄漏量进行收集并对其累积泄漏量进行定量测量，测量精度高，且安装和操作简便。

Description

一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置及方法

技术领域

本发明涉及瓶体泄漏检测装置，尤其涉及一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置及方法。

背景技术

七氟丙烷作为清洁高效气体灭火剂，已被用于通信机房、计算机房、发电机房、配电室以及精密仪器设备室等重要关键场所。目前，我国高铁沿线广泛分布的信号控制室，大多采用七氟丙烷作为灭火剂，而作为高铁系统运营的控制大脑，信号控制室内的灭火系统性能保障，对整个高铁系统的安全运营具有重要意义。在常温下，七氟丙烷一般以液态形式进行瓶装存储，瓶内压力为2.5～4MPa。在实际工程应用中，七氟丙烷高压储存瓶罐的阀门等连接部位易发生缓慢泄漏，因此，瓶装高压七氟丙烷灭火剂的泄漏检测和监控技术，是高铁信号控制室防火安全保障的重要一环。如果高铁信号控制室内的瓶装高压七氟丙烷灭火剂长期发生缓慢泄漏，进而导致原本设计足够的灭火剂储量不足，一旦发生火灾，则可能导致灭火失效，甚至引发停运等重大高铁事故。因此，实时检测瓶装高压七氟丙烷的泄漏状态具有重大的工程实用意义。

人们已经针对高压容器以及阀门的泄漏检测进行了一定的研究。传统泄漏检测方式往往将容器瓶整体淹没于水中，观察是否有气泡冒出，从而判定是否存在泄漏，该方法只适用于存在较明显泄漏情况。专利ZL 200620104737.9通过用水排尽空气并收集泄漏气体，从而实现定量的测量，然而，该方法常常导致水蒸汽对容器的腐蚀。专利ZL 2015103286630采用压差法对容器以及阀门处进行泄漏测量，由于大多瓶装高压七氟丙烷的泄漏速率相对微弱，该方法在实际使用过程中误差较大，很难直接进行准确测量。因此，如何对瓶装高压七氟丙烷的微小泄漏行为进行准确的测量，是困扰高铁机房等重要场所灭火系统维护保养的难题，该类测量技术的发展，对于高铁机房安全管理人员与维保人员的判断决策具有重要意义。

发明内容

本发明要解决技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种方便安装而且高精度的针对瓶装高压七氟丙烷灭火剂微小泄漏速率的实时检测装置和方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，包括安装在待测量瓶体上的测量腔体和真空固定腔，所述的测量腔体由测量腔左壳和测量腔右壳闭合构成，所述真空固定腔由真空固定腔左壳和真空固定腔右壳闭合构成；所述测量腔左壳和测量腔右壳以及所述真空固定腔左壳和真空固定腔右壳通过壳体固定构件连接闭合。真空抽气泵分别连接第一接口和第二接口将测量腔体和真空固定腔内抽真空；真空固定腔体内的真空条件与外界环境之间形成压差使装置吸附固定于测量瓶体；测量腔体内空气被抽离有利于七氟丙烷泄漏量的精确测定。七氟丙烷气体探测模块通过导管与测量腔体连接，读取测量腔体内七氟丙烷浓度，继而计算得到七氟丙烷的实时泄漏量。

进一步地，测量腔体上对应瓶内压力测量表位置处设有内部窗口，真空固定腔上对应的瓶内压力测量表位置设有外部窗口，所述内部窗口和外部窗口用于观察瓶内压力测量表示数。

进一步地，壳体固定构件上设有固定密封垫片，且通过固定螺栓和固定螺帽将固定构件紧密连接，从而将测量腔左壳和测量腔右壳连接为闭合的测量腔体，将真空固定腔左壳和真空固定腔右壳连接为闭合真空固定腔体。

进一步地，测压表设置于测量腔左壳顶部，与第一阀门和第一接口连接；所述第一接口用于连接真空抽气泵；所述测压表用于观察第一腔体内泄漏气体的压力状态，从而判断瓶装高压七氟丙烷灭火剂的泄漏状态；所述第一阀门用于控制测量腔体的开闭状态。

进一步地，下部导管连接测量腔体与下部气体探测模块，上部导管连接测量腔体与上部气体探测模块。上下两个模块同时测量，取平均值作为腔体内的七氟丙烷测量浓度。

进一步地，真空固定腔位于测量腔体的外围，真空固定腔通与外界环境之间形成压差使第一密封件与瓶体之间紧密贴合，测量腔体与真空固定腔体之间通过第二密封件相互分隔；灭火剂输送管道穿过测量腔体和真空腔体，实现正常灭火剂输送功能；第三密封件、第四密封件以及密封圈实现灭火剂输送管道在穿过测量腔体和真空腔体处的密封性。

进一步地，完成瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置的安装后，通过测量腔体收集泄漏的七氟丙烷，并通过气体探测模块定量测量出微小泄漏速率情况下的七氟丙烷累积泄漏量。

一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量检测方法，利用上述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，包括步骤为：

步骤(1)、确定防护区域需要的安全临界灭火剂总量；

步骤(2)、确定该防护区域的各瓶装高压七氟丙烷中初始七氟丙烷灭火剂的量；

步骤(3)、确定测量腔体中的有效容积；

步骤(4)、根据每次测量腔体内的上下两个不同模块测量得到七氟丙烷的浓度值，获得测量腔体内七氟丙烷的平均浓度值；

步骤(5)、计算整个防护区域在多次检测结果后各个瓶装高压七氟丙烷的灭火剂累积泄漏量，并与防护区域的安全临界灭火剂总量进行比较，确定是否需要对于防护区域中的瓶装高压七氟丙烷进行维保或替换。

该方法具体包括如下步骤：

(1)根据保护区域的相关消防设计规范，获得保护区域需要的七氟丙烷灭火剂总量M_t，单位为kg；

(2)确定保护区域各瓶装高压七氟丙烷中灭火剂的量分别为M₁，M₂…M_n，单位为kg，其中n为保护区七氟丙烷瓶体的数量；

(3)确定测量腔体中有效的容积为V，单位为L；

(4)对于保护区内的单个罐体，其测量腔体内七氟丙烷的浓度值取为c＝(c_up+c_down)/2，其中c_up为上部气体检测模块测量的七氟丙烷浓度值，单位为mol/L，c_down为下部气体检测模块测量的七氟丙烷浓度值，单位为mol/L；

(5)对一个七氟丙烷瓶体投入使用时间t₁后，第一次测量得到的测量空间内七氟丙烷的浓度值为c₁；将测量腔体内的七氟丙烷抽离，经过时间t₂后，进行第二次测量得到测量空间内七氟丙烷浓度值为c₂；重复上述操作得到第k次的测量空间内七氟丙烷浓度值为c_k。对于该七氟丙烷瓶体在(t₁+t₂+…+t_k)时间内泄漏量为各段时间泄漏量的累加，即m＝M_molV(c₁+c₂+…+c_k)，泄漏速率为

其中M_mol为七氟丙烷的单位摩尔质量，单位为kg/mol；

(6)将保护区内所有的七氟丙烷瓶体的泄漏进行统计，然后将该保护区域内的七氟丙烷灭火剂剩余量和保护区域需要的七氟丙烷灭火剂的总量进行对比，若M_t＝<(M₁+M₂+…+M_n)-(m₁+m₂+…+m_n)，则剩余的七氟丙烷的量满足该保护区域的消防设计需求；若M_t>(M₁+M₂+…+M_n)-(m₁+m₂+…+m_n)，则剩余的七氟丙烷的量不满足该保护区域的消防设计需求，需要对瓶装高压七氟丙烷进行更换，其中m₁，m₂…m_n分别为保护区内n个瓶体各自泄漏七氟丙烷的累积量；

(7)通过计算保护区域内七氟丙烷的瓶体的泄漏速率为

预估保护区域内的七氟丙烷的有效工作时间为

从而合理的安排瓶装高压七氟丙烷泄漏的检测工作，及时更换瓶装高压七氟丙烷。

本发明与现有技术相比的优点是：

(1)本发明能准确测量七氟丙烷缓慢泄漏过程中的累积泄漏量进而计算出泄漏速率，避免由于缓慢泄漏导致的泄漏物质被空气混合稀释后难以准确测量。

(2)本发明安装简便，且可拆装回收，既能对出厂瓶体进行泄漏检测，也可对已经使用的瓶体进行累积泄漏量的测量。

(3)本发明的安装与使用不影响灭火系统正常使用，能检测高压瓶装高压七氟丙烷的长期泄漏情况。

附图说明

为了更加清楚的说明该发明的构造以及技术实施的方法，下面将结合实施实例中的一系列附图做进一步的介绍。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的组装结构示意图；

图3为图1的灭火剂输运管道密封处放大图；

图4为图2的密封固定位置放大图。

附图标记：1为待测量瓶体；11为瓶内压力测量表；12为灭火剂输送管道；2为测量腔体；21为测量腔左壳；22为测量腔右壳；23为内部窗口；3为真空固定腔；31为真空固定腔左壳；32为真空固定腔右壳；33为外部窗口；41为壳体固定构件；42为固定密封垫片；43为固定螺栓；44为固定螺帽；51为测压表；52为第一阀门；53为第一接口；54为第二阀门；55为第二接口；61为下部导管；62为下部气体探测模块；63为上部导管；64为上部气体探测模块；71为第一密封件；72为第二密封件；73为第三密封件；74为第四密封件；75为密封圈。

具体实施方式

为使得本发明的目的、实施方案和技术优势更加清楚，结合本发明中的附图，对本发明实施过程中的技术方案进行清晰完整的描述。在此声明，所描述的实施实例是本发明的一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范畴。

除非另作定义，本文使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“左”、“右”“内”、“外”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。“连接”不限于具体的连接形式，可以是直接连接，也可以是通过其他部件间接连接，可以是不可拆卸的连接，也可以是可拆卸的连接，可以是电气或信号连接，也可以是机械或物理连接。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例为一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，安装至待测量瓶体1上，所述的七氟丙烷灭火剂泄漏量检测装置，由测量腔体2、真空固定腔3组成主要部分。灭火剂输送管道12通过测量腔体2和真空固定腔3中用于通过管道的开口，将测量腔左壳21和测量腔右壳22闭合，将真空固定腔左壳31和真空固定腔右壳32闭合，使得第三密封件73和第四密封件74紧密包裹灭火剂输送管道12，且灭火剂输送管道12被密封圈75包裹，将真空固定腔3在该开口处同外界环境以及测量腔体2隔绝。真空固定腔3上第一密封件71应紧贴待测量瓶体1，测量腔体2上的第二密封构件72也同时紧贴待测量瓶体1。采用固定螺栓43和固定螺帽44将壳体固定装置连接，且固定构件上设置有固定密封垫片42，使得测量腔体2和真空固定腔3闭合。

真空固定腔左壳31与第二接口55相连接，中间设有第二阀门54用于控制真空固定腔3与第二连接口55之间的连通状态。将真空抽气泵与第二接口55连接，然后打开第二阀门54，将真空固定腔3内抽至5kPa。此时真空固定腔3与外界环境以及测量腔体2之间的压差使得第一密封件71和第二密封件72紧密贴合至待测量瓶体1，实现真空固定腔3的密封状态。关闭第二阀门54，并断开第二接口55与真空抽气泵之间连接，完成装置安装至七氟丙烷的瓶体。

测量腔左壳21上部和第一接口53相连接，中间设有第一阀门52。第一阀门52和测量腔左壳21之间设有测压表51。将真空抽气泵连接至第一接口53，打第一阀门52，将测量腔体2内气体抽离至空测压表51显示压力为20kPa，关闭第一阀门52，断开第一接口53与真空抽气泵之间连接。

所述测量腔体2通过下部导管61与下部气体探测模块62连接，所述测量腔体2通过上部导管63与上部气体探测模块64连接。

当完成上述对于瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量检测装置的安装操作后，待时间t₁后，即可读取瓶装高压七氟丙烷泄漏检测结果。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量检测装置已经完成安装并已知工作时间为t_k。读取测压表51读数并与20kPa的基准压力进行对比，可判断瓶装高压七氟丙烷灭火剂的泄漏状态；将下部气体探测模块62和上部气体探测模块64探测得到的七氟丙烷浓度值进行记录，可计算得t_k时间内的泄漏量与泄漏速率。

将真空抽气泵与第一接口53之间的连接，打开第一阀门52，将测量腔体2内的气体抽离，断开真空抽气泵与第一接口53连接，使得空气进入测量腔体2内；重复如上抽气步骤，直至下部气体探测模块62与上部气体探测模块64显示测量腔体2内七氟丙烷浓度为0。将测量腔体2内的压力下降至20kPa，关闭第一阀门52，断开真空抽气泵与第一接口53之间的连接。

通过对七氟丙烷灭火剂各个时间段泄漏量的累加，即可得到长期瓶装高压七氟丙烷泄漏总量。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims

1.一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，包括安装在待测量瓶体(1)上的测量腔体(2)和真空固定腔(3)，所述的测量腔体(2)由测量腔左壳(21)和测量腔右壳(22)闭合构成，所述真空固定腔(3)由真空固定腔左壳(31)和真空固定腔右壳(32)闭合构成；所述测量腔左壳(21)和测量腔右壳(22)以及所述真空固定腔左壳(31)和真空固定腔右壳(32)通过壳体固定构件(41)连接闭合；真空抽气泵通过连接第一接口(53)和第二接口(55)分别将测量腔体(2)和真空固定腔(3)内抽真空；真空固定腔(3)体的真空环境提供负压吸附连接到测量瓶体；测量腔体(2)通过导管与七氟丙烷气体探测模块连接，读取测量腔体(2)内的七氟丙烷浓度，并通过计算得到七氟丙烷的实时泄漏量。

2.根据权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，测量腔体(2)上对应的瓶内压力测量表(11)位置设有内部窗口(23)，真空固定腔(3)上对应的瓶内压力测量表(11)位置设有外部窗口(33)，所述内部窗口(23)和外部窗口(33)用于观察瓶内压力测量值。

3.根据权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，测压表(51)设置于测量腔体(2)顶部，并与第一阀门(52)和第一接口(53)连接；所述第一接口(53)用于连接真空抽气泵；所述测压表(51)用于测量腔体(2)内压力状态从而判断瓶装高压七氟丙烷灭火剂的泄漏状态。

4.根据权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，测量腔体(2)与上部气体探测模块(64)和下部气体探测模块(62)相连接，通过两个气体探测模块获取测量腔体(2)内七氟丙烷气体浓度值。

5.根据权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，通过固定螺栓(43)和固定螺帽(44)将壳体固定构件(41)紧密连接，且固定构件上设置有固定密封垫片(42)。

6.根据权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，灭火剂输送管道(12)穿过测量腔体(2)和真空腔体实现正常灭火功能；当灭火剂输送管道(12)在穿过测量腔体(2)和真空腔体时，第三密封件(73)、第四密封件(74)以及密封圈(75)使得外界环境与真空腔体、测量腔体(2)之间相互隔离与密封。

7.根据权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于，通过测量腔体(2)收集泄漏的七氟丙烷，气体探测模块实时测量泄漏速率微小情况下的七氟丙烷累积泄漏量。

8.一种瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量检测方法，该方法利用权利要求1所述的瓶装高压七氟丙烷灭火剂泄漏量实时检测装置，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤(1)、确定防护区域需要的安全临界灭火剂总量；

步骤(3)、确定测量腔体(2)中的有效容积；

步骤(4)、根据每次测量腔体(2)内的上下两个不同模块测量得到七氟丙烷的浓度值，获得测量腔体(2)内七氟丙烷的平均浓度值；

步骤(5)、计算整个防护区域在多次检测结果后各个瓶装高压七氟丙烷的灭火剂累积泄漏量，并与防护区域的安全临界灭火剂总量进行比较，确定是否需要对于防护区域里的瓶装高压七氟丙烷进行维保或替换。