CN220772398U - 一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，包括电解制氢槽和光纤光栅解调仪；所述电解制氢槽包括多个电解室；每个所述电解室外层均设有缸框，且每个电解室与电解室之间均设有橡胶垫圈；所述光纤光栅解调仪引出至少一根传输光缆铺设于所述电解制氢槽内；所述传输光缆上串联设置有多个光栅应变计，且交替布置在缸框上；每个所述光栅应变计两端固定在缸框上，固定点之间跨越多个缸框和橡胶垫圈；本申请适用于电解制氢槽外层应力场测量，光栅应变计通过测量电解制氢槽外相邻或相隔几个缸框间的应变变化来判断各电解室的工作状态及失效状况，定位到具体位置，并提供预报警，避免电解室受损而引起危及整个电解制氢槽或人员的安全事故发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解制氢相关技术领域，具体涉及一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置。
背景技术
随着国家“双碳”目标的深度发展，通过太阳能、风能等可再生能源发电直接制取氢气，在生产过程中基本不产生温室气体的“绿氢”技术发展快速。其中产生“绿氢”的电解水制氢系统的核心是制氢电解槽，通常水制氢电解槽由若干电极板串联组成槽体，内部注满30％KOH(或NaOH)碱性水溶液作为电解液，运行温度控制在85-95℃；当直流电通过电解槽时，在阳极与溶液界面处发生氧化反应，制取出氧气；在阴极与溶液界面处发生还原反应，制取出氢气。
当电解槽温度超过95℃会有大量水蒸气混入氢气和氧气影响系统效率，连续高温运行也将使电解槽内隔膜的寿命缩短；但电解槽内温度过低会影响电解效率，系统运行温度通常控制在85～95℃；电解槽温度高时要启动冷却水泵，特别是换热器的冷却；也可通过减小电解槽工作电流降低运行温度，若温度超过上限值就要关闭电解槽电源；电解槽内各电解室的电极板、电解液和隔膜在电解时均会发生热量，当某个部件异常时会导致该电解室周围的温度与历史记录温度场和正常电解室的温度场不一致，从而导致制氢电解槽缸框间的橡胶垫圈承受的温度发生变化，严重时引起缸框间的橡胶垫圈破损形成气液泄漏造成危害。
因电解槽内属于高压密闭高腐蚀环境，内部结构复杂，现无简便易行的手段对电解槽内部各极板的应力进行实时检测；此外电解制氢槽处于易燃易爆区域，运行环境温度高，各极板层间间距小，应力分布复杂，应力点尺寸小，电解槽各层缸框均带电等特点，传统传感器无法做到结构特殊的电解制氢槽外层多点位应力场的实时监测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，以解决现有技术中的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，包括电解制氢槽和光纤光栅解调仪；
所述电解制氢槽包括多个电解室；每个所述电解室外层均设有缸框，且每个电解室与电解室之间均设有橡胶垫圈；
所述光纤光栅解调仪引出至少一根传输光缆铺设于所述电解制氢槽内；
所述传输光缆上串联设置有多个光栅应变计，且交替布置在缸框上；
每个所述光栅应变计两端固定在缸框上，固定点之间跨越多个缸框和橡胶垫圈。
优选地一种方案，所述光纤光栅解调仪引出两根传输光缆交替铺设在电解制氢槽上，形成冗余设置。
优选地一种方案，所述光栅应变计通过采用金属胶进行粘接至电解制氢槽的电解室上。
优选地一种方案，每个所述光栅应变计两端固定点间距50mm，跨接3个缸框和2层橡胶垫圈。
优选地一种方案，所述传输光缆根据电解制氢槽的尺寸布设光栅应变计的数量在10-20个。
优选地一种方案，所述光栅应变计采用高弹性金属膜片为核心的测应变结构。
由于上述技术方案的运用，本申请与现有技术相比的有益效果在于：
本申请的一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，通过采用光栅应变计有全光工作、本征安全、环境适应能力强、可靠性高、尺寸小等众多优点，适用于电解制氢槽外层应力场测量，光栅应变计可通过测量电解制氢槽外相邻或相隔几个缸框间的应变变化来判断各电解室的工作状态及失效状况，定位到具体位置，并提供预报警，避免电解室受损而引起危及整个电解制氢槽或人员的安全事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
附图1为本实用新型的用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置示意图；
附图2为本实用新型的用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置冗余设置意图；
其中：1、电解制氢槽；2、光纤光栅解调仪；3、电解室；4、缸框；5、橡胶垫圈；6、传输光缆；7、光栅应变计。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
附图1、2为本实用新型所述的一种用于电解制氢槽1外壳应力场的测量装置，包括电解制氢槽1和光纤光栅解调仪2；
所述电解制氢槽1包括多个电解室3；每个所述电解室3外层均设有缸框4，且每个电解室3与电解室3之间均设有橡胶垫圈5；
所述光纤光栅解调仪2引出至少一根传输光缆6铺设于所述电解制氢槽1内；所述光纤光栅解调仪2引出两根传输光缆6交替铺设在电解制氢槽1上，形成冗余设置；采用这样的冗余设置，因为装置处于高温环境中，单一的传输光缆6若是出现问题，则会影响检测的结果，冗余设置能够提供多个选择，能够提高装置的可靠性；
所述传输光缆6上串联设置有多个光栅应变计7，且交替布置在缸框4上；所述光栅应变计7通过采用金属胶进行粘接至电解制氢槽1的电解室3上，因电解槽外缸框4不准许电焊或钻孔等操作，采用贝尔佐纳1111(BELZONA1111)型金属胶对其进行粘接，该胶用于金属修复和表面重修的双组分修复复合材料，基于无溶剂环氧树脂，并用硅钢合金增强，这种材料不会腐蚀，耐多种化学品，长期使用温度可达200度以上，以适应现场高温及恶劣环境，保证长期稳定可靠运行；所述传输光缆6根据电解制氢槽1的尺寸布设光栅应变计7的数量在10-20个；
每个所述光栅应变计7两端固定在缸框4上，固定点之间跨越多个缸框4和橡胶垫圈5；为了有效监测电解制氢槽1外缸框4间橡胶垫圈5应变(形变)分布，在电解制氢槽1外关键位置比如两侧端头和中间位置串行铺设多个光栅应变计7，每个所述光栅应变计7两端固定点间距50mm，跨接3个缸框4和2层橡胶垫圈5；
所述光栅应变计7采用高弹性金属膜片为核心的测应变结构，压力作用于膜片，膜片产生微小的位移，由拉伸在膜片上的光纤光栅感受微小的变化引起反射波长的漂移，通过测量漂移量达到测量目的。
当电解制氢槽1某个电解室3性能异常时，温度会与相邻的电解室3有区别，通过导热性能良好的缸框4传输到电解制氢槽1外层，导致外层各处的应力产生变化，从而被密集铺设在外层的光栅应变计7捕捉到电解制氢槽1被测处应变的变化。
应力为“单位面积上所承受的附加内力”，物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同，用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变；通过光栅应变计7采集得到的应变的关系公式是E＝ΔL/L，各种材料的应变与应力的关系可通过实验和数值计算进行测定，根据胡克定律在一定的比例极限范围内应力与应变成线性比例关系，对应的最大应力称为比例极限。
应力与应变的比例常数E被称为弹性系数或扬氏模量，不同的材料有其固定的扬氏模量，由此可以得出虽然无法对应力进行直接的测量，但是通过测量由外力影响产生的应变再结合试验数据可实时计算出各缸框4间被测点数值化的应力值；正是在此技术背景下通过光栅应变计7对电解制氢槽1各电解室3的缸框4间的应力场进行实时检测来达到对电解制氢槽1健康状态判定的目的。
本申请的一种用于电解制氢槽1外壳应力场的测量装置，光栅应变计7采用非金属耐高温材质制作，可以有效避免电解制氢槽1带电和长期高温运行影响；光栅应变计7本征安全、耐酸耐碱耐盐、防爆防雷，适合电解制氢槽1所处恶劣环境；光栅应变计7对电解制氢槽1外壳应力场测量系统准分布式测量、尺寸小、检测点位多，可以全方位检测电解制氢槽1每处的应力应变；通过光栅应变计7对电解制氢槽1各电解室3缸框4间的应力场进行实时检测来达到对电解槽健康状态判定的目的；可以准确定位电解制氢槽1故障电解室3的位置，为稳定产量提供实时维护依据，同时避免事故发生。
本申请通过采用光栅应变计7有全光工作、本征安全、环境适应能力强、可靠性高、尺寸小等众多优点，适用于电解制氢槽1外层应力场测量，光栅应变计7可通过测量电解制氢槽1外相邻或相隔几个缸框4间的应变变化来判断各电解室3的工作状态及失效状况，定位到具体位置，并提供预报警，避免电解室3受损而引起危及整个电解制氢槽1或人员的安全事故发生。
最后应说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，其特征在于：包括电解制氢槽和光纤光栅解调仪；
所述电解制氢槽包括多个电解室；每个所述电解室外层均设有缸框，且每个电解室与电解室之间均设有橡胶垫圈；
所述光纤光栅解调仪引出至少一根传输光缆铺设于所述电解制氢槽内；
所述传输光缆上串联设置有多个光栅应变计，且交替布置在缸框上；
每个所述光栅应变计两端固定在缸框上，固定点之间跨越多个缸框和橡胶垫圈。
2.如权利要求1所述的一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，其特征在于：所述光纤光栅解调仪引出两根传输光缆交替铺设在电解制氢槽上，形成冗余设置。
3.如权利要求1中所述的一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，其特征在于：所述光栅应变计通过采用金属胶进行粘接至电解制氢槽的电解室上。
4.如权利要求1所述的一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，其特征在于：每个所述光栅应变计两端固定点间距50mm，跨接3个缸框和2层橡胶垫圈。
5.如权利要求1所述的一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，其特征在于：所述传输光缆根据电解制氢槽的尺寸布设光栅应变计的数量在10-20个。
6.如权利要求5所述的一种用于电解制氢槽外壳应力场的测量装置，其特征在于：所述光栅应变计采用高弹性金属膜片为核心的测应变结构。
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