CN115265933A - 一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统及其方法，本发明涉及加氢站相关领域，包括氢气管件，所述氢气管件上连接设有四个相同的氢气管道，所述氢气管道与所述氢气管件之间通过螺母连接且所述氢气管道分布在所述氢气管件的四周，所述氢气管件表面上设有四个相同的管件检漏孔，从而当管件发生泄漏时气体会从管件检漏孔泄漏，所述氢气管件表面上连接设有监测系统，本发明能够定位氢气泄漏点位置，做到在氢气泄漏形成聚集前提前发出警报，能够减少人工巡视加氢站次数，避免发生泄漏时手动探查泄漏点，增加安全性，能够排除环境影响，提升泄漏点定位的准确性，能够探测隐蔽的泄漏点。

Description

一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统及其方法

技术领域

本发明涉及加氢站相关领域，具体为一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统及其方法。

背景技术

氢能因其具有清洁、高效、安全、可持续发展的特性，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能社会建设步伐的快速推进，对缓解能源紧张与环境污染问题显得尤为重要。

特别是在交通领域以氢代油步伐加快，加速推进交通领域脱碳进程。加氢站是氢能社会的重要一环，用于给氢燃料电池车补充氢气。对于加氢站而言，氢气泄漏是其运营时的重要危险因素，因氢气的爆炸下限低(空气中爆炸极限4％-75％)，泄露后在密闭空间聚集易发生燃烧、爆炸等危险情况。所以对氢气泄漏的早发现尤为重要。

氢分子是分子量最小的气体，其密封相对其他流体来说比较困难，更容易发生泄漏。目前加氢站的国标GB50516对氢气浓度超限报警值设置为0.4％，即爆炸下限的10％。加氢站对泄漏氢气浓度的检测主要依靠氢浓度探测仪，探测仪其形式主要有:接触燃烧式、热化学式、气敏半导体式和钯栅场效应晶体式等，其中接触燃烧式应用最多。加氢站氢管路与其他用氢站点不同之处在于，加氢站压力等级高出一个数量级，管路接口密集，连接复杂，对泄漏点的检测和定位极为重要。氢浓度探测仪一般只能作为一定范围内氢气浓度探测手段，不能够对泄漏点检测和定位，所以需要测点更多，更方便的探测手段。也有加氢站采用涂抹氢致变色材料，通过材料变色来分辨氢泄漏点。

中国专利CN 111928111A公开了一种模块化加氢站及其氢敏示踪泄漏监测系统，利用氢致变色胶带，开发了可以识别胶带变色的图像系统以及报警连锁。专利CN114034438A公开了一种用于加氢站的氢泄漏原位检测方法，采用色敏传感器监控等方式观察胶带变色，并依此判断泄漏位置。专利CN113653939A《一种加氢站气体安全盾系统》采用了三种分级监测的氢气探测技术，其中氢气微泄漏监测预警模块通过氢敏色变色胶带，用摄像头捕捉，AI识别分析完成检测过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，包括氢气管件，所述氢气管件上连接设有四个相同的氢气管道，所述氢气管道与所述氢气管件之间通过螺母连接且所述氢气管道分布在所述氢气管件的四周，所述氢气管件表面上设有四个相同的管件检漏孔，从而当管件发生泄漏时气体会从管件检漏孔泄漏，所述氢气管件表面上连接设有监测系统，所述监测系统连接在四个所述管件检漏孔之间，进而能够对所述管件检漏孔露出的氢气进行监测，所述监测系统上连接设有报警系统，从而当所述监测系统监测到所述管件检漏孔漏氢气时，能够发出警报，从而能够早发现，降低危险。

作为优选，所述监测系统包括氢气传感器，所述氢气传感器形状类似创可贴，从而便于安装，所述氢气传感器上端表面上设有半导体薄膜，所述半导体薄膜直接与空气接触，所述氢气传感器上端连接设有印刷电路板，所述印刷电路板由两条弯曲且不相连电路组成，所述印刷电路板与所述半导体薄膜紧密接触，当所述半导体薄膜半导体薄膜在接触到含有氢气的空气时，其电阻会随着氢气浓度的升高而发生改变，所述氢气传感器上固定设有两个相同的导线传感器连接点，所述导线传感器连接点与所述印刷电路板的两端固定连接。

作为优选，所述报警系统包括报警主机，所述报警主机与两个所述导线传感器连接点之间通过导线相连，能够按照设定的程序向传感器发出感测电压，并接收感测电流，其内部含有温度变送器，能够根据检测到的温度修正感测电流，然后定性判断感测电流，如果感测电流超过设定的阈值，那么报警，在与报警主机连接的上位机中，提前编辑好站点立体图和每个传感器的相对应的位置，在报警的同时，定位是哪个传感器的氢浓度超过限定，并在上位机中标出传感器的具体位置。

作为优选，所述氢气传感器左右两侧固定设有安装槽，两个所述安装槽贯穿所述氢气传感器上下两端，所述氢气传感器侧面固定设有锁定孔，所述锁定孔贯穿所述氢气传感器前后两端，且穿过所述安装槽，所述锁定孔内安装设有锁定杆，所述氢气传感器左右两侧分别设有挤压槽，所述挤压槽连通所述安装槽，所述挤压槽内螺纹设有挤压杆，当拧动所述挤压杆时，能够使其转动的同时移动，进而能够对放入到所述安装槽内的物体进行挤压，进而对其进行固定。

作为优选，所述安装槽内安装设有锁定块，所述锁定块下端固定设有粘贴板，所述粘贴板与所述氢气传感器大小相同，进而能够与所述氢气传感器下端贴合，所述锁定块内设有通孔，所述通孔贯穿所述锁定块前后两端，当把所述锁定块放置在所述安装槽内时，拧动所述挤压杆，从而使所述挤压杆能够与所述锁定块接触，进而能够对所述锁定块进行挤压，进而能够对其进行固定，同时在所述锁定孔内安装锁定杆，进而使所述锁定杆穿过所述通孔，进而再次对其进行固定，此时所述粘贴板与所述氢气传感器贴合。

作为优选，所述粘贴板下端带有一层绝缘物质，所述绝缘物质上带有粘性物质，所述粘性物质上粘贴设有塑料膜，当使用时，撕下所述塑料膜，进而使粘性物质进行粘贴，从而使氢气传感器能够粘贴到任何地方，当对所述氢气传感器进行更换时，能够通过使粘贴板与所述氢气传感器分离进而更换。

一种加氢站氢气泄漏点自动定位方法，包括以下步骤：

步骤一：对传感器进行粘贴，连通至报警主机中；

步骤二：设定扫描电压参数；

步骤三：选择待测传感器线路；

步骤四：施加感测电压；

步骤五：读取感测电流结合温度修正；

步骤六：对感测电流与阀值大小进行判断

当感测电流大于阀值时执行步骤七

当感测电流小于阀值时执行步骤三

步骤七：在上位机显示异常点位置报警。

作为优选，步骤一中传感器基本工作原理是在氢气氛围下，某些对氢气敏感的金属氧化物半导体，其电导率会发生改变，通过在其两端施加电压并测量其电阻，如果电阻发生较大变化则说明氢气存在，这些金属氧化物半导体可以是4.0wt％钨参杂的二氧化钛(Li等,Mesoporous WO3-TiO2 heterojunction for a hydrogen gas sensor)，可以是Pt-SnO2(Synthesis and characterization of sol-gel derived nanocrystallinetinoxide thin film as hydrogen sensor)，可以是铌掺杂二氧化钛，也可以是Pd量子点修饰的氧化钼等，这些半导体均可在室温下实现氢敏功能，其电阻会随着氢浓度的改变而改变。

作为优选，步骤一中报警主机里能够设置相关参数，根据传感器半导体的氢敏电阻特性，设置适合的感测电压值，然后根据加氢站内传感器的数量设置扫描时间，以及扫描时间间隔，然后在上位机中确定每个发出的扫描电压对应的传感器位置，并在加氢站三维图中一一做好标记，由于氢敏半导体电阻会随氢气浓度的改变而发生改变，所以通过判断回馈的感测电流大小来判断定性地判断氢气浓度是否超过限定范围。

综上所述，本发明有益效果是：

1、本发明能够定位氢气泄漏点位置，做到在氢气泄漏形成聚集前提前发出警报。

2、本发明能够减少人工巡视加氢站次数，避免发生泄漏时手动探查泄漏点，增加安全性。

3、本发明能够排除环境影响，提升泄漏点定位的准确性，能够探测隐蔽的泄漏点。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统传感器三维结构示意图；

图2为本发明图1中粘贴板三维结构示意图；

图3为本发明图1中A-A处剖视结构示意图；

图4为本发明一种加氢站氢气泄漏点自动定位方法流程图。

附图中标记分述如下：1、氢气管道；2、氢气管件；3、管件检漏孔；4、氢气传感器；5、半导体薄膜；6、导线；7、报警主机；8、连接点；9、印刷电路板；10、安装槽；11、锁定孔；12、锁定杆；13、挤压槽；14、挤压杆；15、粘贴板；16、塑料膜；17、锁定块；18、通孔。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合图1-4对本发明进行详细说明，其中，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1视图方向的前后左右上下的方向一致，图1为本发明装置的正视图，图1所示方向与本发明装置正视方向的前后左右上下方向一致。

请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，包括氢气管件2，所述氢气管件2上连接设有四个相同的氢气管道1，所述氢气管道1与所述氢气管件2之间通过螺母连接且所述氢气管道1分布在所述氢气管件2的四周，所述氢气管件2表面上设有四个相同的管件检漏孔3，从而当管件发生泄漏时气体会从管件检漏孔3泄漏，所述氢气管件2表面上连接设有监测系统，所述监测系统连接在四个所述管件检漏孔3之间，进而能够对所述管件检漏孔3露出的氢气进行监测，所述监测系统上连接设有报警系统，从而当所述监测系统监测到所述管件检漏孔3漏氢气时，能够发出警报，从而能够早发现，降低危险。

另外，在一个实施例中，所述监测系统包括氢气传感器4，所述氢气传感器4形状类似创可贴，从而便于安装，所述氢气传感器4上端表面上设有半导体薄膜5，所述半导体薄膜5直接与空气接触，所述氢气传感器4上端连接设有印刷电路板9，所述印刷电路板9由两条弯曲且不相连电路组成，所述印刷电路板9与所述半导体薄膜5紧密接触，当所述半导体薄膜半导体薄膜5在接触到含有氢气的空气时，其电阻会随着氢气浓度的升高而发生改变，所述氢气传感器4上固定设有两个相同的导线传感器连接点8，所述导线传感器连接点8与所述印刷电路板9的两端固定连接。

另外，在一个实施例中，所述报警系统包括报警主机7，所述报警主机7与两个所述导线传感器连接点8之间通过导线6相连，能够按照设定的程序向传感器发出感测电压，并接收感测电流，其内部含有温度变送器，能够根据检测到的温度修正感测电流，然后定性判断感测电流，如果感测电流超过设定的阈值，那么报警，在与报警主机连接的上位机中，提前编辑好站点立体图和每个传感器的相对应的位置，在报警的同时，定位是哪个传感器的氢浓度超过限定，并在上位机中标出传感器的具体位置。

另外，在一个实施例中，所述氢气传感器4左右两侧固定设有安装槽10，两个所述安装槽10贯穿所述氢气传感器4上下两端，所述氢气传感器4侧面固定设有锁定孔11，所述锁定孔11贯穿所述氢气传感器4前后两端，且穿过所述安装槽10，所述锁定孔11内安装设有锁定杆12，所述氢气传感器4左右两侧分别设有挤压槽13，所述挤压槽13连通所述安装槽10，所述挤压槽13内螺纹设有挤压杆14，当拧动所述挤压杆14时，能够使其转动的同时移动，进而能够对放入到所述安装槽10内的物体进行挤压，进而对其进行固定。

另外，在一个实施例中，所述安装槽10内安装设有锁定块17，所述锁定块17下端固定设有粘贴板15，所述粘贴板15与所述氢气传感器4大小相同，进而能够与所述氢气传感器4下端贴合，所述锁定块17内设有通孔18，所述通孔18贯穿所述锁定块17前后两端，当把所述锁定块17放置在所述安装槽10内时，拧动所述挤压杆14，从而使所述挤压杆14能够与所述锁定块17接触，进而能够对所述锁定块17进行挤压，进而能够对其进行固定，同时在所述锁定孔11内安装锁定杆12，进而使所述锁定杆12穿过所述通孔18，进而再次对其进行固定，此时所述粘贴板15与所述氢气传感器4贴合。

另外，在一个实施例中，所述粘贴板15下端带有一层绝缘物质，所述绝缘物质上带有粘性物质，所述粘性物质上粘贴设有塑料膜16，当使用时，撕下所述塑料膜16，进而使粘性物质进行粘贴，从而使氢气传感器4能够粘贴到任何地方，当对所述氢气传感器4进行更换时，能够通过使粘贴板15与所述氢气传感器4分离进而更换。

一种加氢站氢气泄漏点自动定位方法，包括以下步骤：

步骤一：对传感器进行粘贴，连通至报警主机中；

步骤二：设定扫描电压参数；

步骤三：选择待测传感器线路；

步骤四：施加感测电压；

步骤五：读取感测电流结合温度修正；

步骤六：对感测电流与阀值大小进行判断

当感测电流大于阀值时执行步骤七

当感测电流小于阀值时执行步骤三

步骤七：在上位机显示异常点位置报警。

另外，在一个实施例中，步骤一中传感器基本工作原理是在氢气氛围下，某些对氢气敏感的金属氧化物半导体，其电导率会发生改变，通过在其两端施加电压并测量其电阻，如果电阻发生较大变化则说明氢气存在，这些金属氧化物半导体可以是4.0wt％钨参杂的二氧化钛(Li等,Mesoporous WO3-TiO2 heterojunction for a hydrogen gas sensor)，可以是Pt-SnO2(Synthesis and characterization of sol-gel derivednanocrystalline tinoxide thin film as hydrogen sensor)，可以是铌掺杂二氧化钛，也可以是Pd量子点修饰的氧化钼等，这些半导体均可在室温下实现氢敏功能，其电阻会随着氢浓度的改变而改变。

另外，在一个实施例中，步骤一中报警主机里能够设置相关参数，根据传感器半导体的氢敏电阻特性，设置适合的感测电压值，然后根据加氢站内传感器的数量设置扫描时间，以及扫描时间间隔，然后在上位机中确定每个发出的扫描电压对应的传感器位置，并在加氢站三维图中一一做好标记，由于氢敏半导体电阻会随氢气浓度的改变而发生改变，所以通过判断回馈的感测电流大小来判断定性地判断氢气浓度是否超过限定范围。

当系统正常工作时，报警主机向系统选定好的站内传感器，发出设定的扫描电压，并收到感测电流，氢敏半导体薄膜的材料导电率受到温度因素的影响较大，所以报警主机接受到的感测电流需要通过环境温度的值进行修正，对经过修正后的电流进行判断，当空气中不含氢气时，感测电流值在正常范围内，当管阀件某处发生泄漏扩散时，其附近的氢气浓度会急剧升高，半导体薄膜开始接触氢气，经过一段时间与氢气接触后，其电阻会降低，感测电流升高，报警主机收到感测电流异常结果，判断电流是否超过阈值，如果超过，则主机发出警报，并在上位机中同步显示异常的传感器位置。

以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，包括氢气管件(2)，其特征在于：所述氢气管件(2)上连接设有四个相同的氢气管道(1)，所述氢气管道(1)与所述氢气管件(2)之间通过螺母连接且所述氢气管道(1)分布在所述氢气管件(2)的四周，所述氢气管件(2)表面上设有四个相同的管件检漏孔(3)，所述氢气管件(2)表面上连接设有监测系统，所述监测系统连接在四个所述管件检漏孔(3)之间，所述监测系统上连接设有报警系统。

2.根据权利要求1所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，其特征在于：所述监测系统包括氢气传感器(4)，所述氢气传感器(4)上端表面上设有半导体薄膜(5)，所述半导体薄膜(5)直接与空气接触，所述氢气传感器(4)上端连接设有印刷电路板(9)，所述印刷电路板(9)由两条弯曲且不相连电路组成，所述印刷电路板(9)与所述半导体薄膜(5)紧密接触，所述氢气传感器(4)上固定设有两个相同的导线传感器连接点(8)，所述导线传感器连接点(8)与所述印刷电路板(9)的两端固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，其特征在于：所述报警系统包括报警主机(7)，所述报警主机(7)与两个所述导线传感器连接点(8)之间通过导线(6)相连，其内部含有温度变送器。

4.根据权利要求2所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，其特征在于：所述氢气传感器(4)左右两侧固定设有安装槽(10)，两个所述安装槽(10)贯穿所述氢气传感器(4)上下两端，所述氢气传感器(4)侧面固定设有锁定孔(11)，所述锁定孔(11)贯穿所述氢气传感器(4)前后两端，且穿过所述安装槽(10)，所述锁定孔(11)内安装设有锁定杆(12)，所述氢气传感器(4)左右两侧分别设有挤压槽(13)，所述挤压槽(13)连通所述安装槽(10)，所述挤压槽(13)内螺纹设有挤压杆(14)。

5.根据权利要求4所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统，其特征在于：所述安装槽(10)内安装设有锁定块(17)，所述锁定块(17)下端固定设有粘贴板(15)，所述粘贴板(15)与所述氢气传感器(4)大小相同，所述锁定块(17)内设有通孔(18)，所述通孔(18)贯穿所述锁定块(17)前后两端。

6.根据权利要求5所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统及其方法，其特征在于：所述粘贴板(15)下端带有一层绝缘物质，所述绝缘物质上带有粘性物质，所述粘性物质上粘贴设有塑料膜(16)。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位系统的定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：对传感器进行粘贴，连通至报警主机中；

步骤二：设定扫描电压参数；

步骤三：选择待测传感器线路；

步骤四：施加感测电压；

步骤五：读取感测电流结合温度修正；

步骤六：对感测电流与阀值大小进行判断

当感测电流大于阀值时执行步骤七

当感测电流小于阀值时执行步骤三

步骤七：在上位机显示异常点位置报警。

8.根据权利要求7所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位方法，其特征在于：步骤一中传感器基本工作原理是在氢气氛围下，某些对氢气敏感的金属氧化物半导体，其电导率会发生改变，通过在其两端施加电压并测量其电阻，如果电阻发生较大变化则说明氢气存在。

9.根据权利要求7所述的一种加氢站氢气泄漏点自动定位方法，其特征在于：步骤一中报警主机里能够设置相关参数，根据传感器半导体的氢敏电阻特性，设置适合的感测电压值，然后根据加氢站内传感器的数量设置扫描时间，以及扫描时间间隔，然后在上位机中确定每个发出的扫描电压对应的传感器位置，并在加氢站三维图中一一做好标记。

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