本發(fā)明涉及輸氫管道安全的，更具體地，涉及一種輸氫管道系統(tǒng)及其氫氣泄漏檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、氫能運(yùn)輸當(dāng)前主要以高壓氫氣運(yùn)輸為主，高壓氫氣的運(yùn)輸可以采用長(zhǎng)管拖車和管道兩種輸送方式。與長(zhǎng)管拖車的運(yùn)輸方式相比，管道運(yùn)輸具有輸氫量大、能耗小和成本低的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)氫能運(yùn)輸?shù)闹饕l(fā)展方向。采用管道運(yùn)輸高壓氫氣時(shí)，由于氫氣的分子直徑小、密度小，當(dāng)管道存在密封不良的情況時(shí)，氫氣可能會(huì)從管道上的間隙向外泄漏。并且高壓氫氣在管道中流動(dòng)的過(guò)程中，氫氣可能會(huì)擴(kuò)散到金屬管道內(nèi)部并與金屬管道發(fā)生反應(yīng)，使得金屬管道上出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)氫腐蝕現(xiàn)象后，會(huì)導(dǎo)致金屬管道受到永久性破壞，大大增加管材失效可能性，極其容易造成氫氣泄漏，嚴(yán)重時(shí)甚至還能導(dǎo)致管道破裂或爆炸。

2、但是，現(xiàn)階段使用管道進(jìn)行氫能運(yùn)輸時(shí)，由于氫氣管道長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)氫氣管道上發(fā)生氫氣泄漏后無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，泄漏的氫氣極易引發(fā)爆炸威脅人身和財(cái)產(chǎn)安全，這給氫能的運(yùn)輸帶來(lái)巨大的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中使用管道進(jìn)行氫能運(yùn)輸時(shí)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣管道泄漏的不足，提供一種輸氫管道系統(tǒng)及其氫氣泄漏檢測(cè)方法，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣泄漏，早發(fā)現(xiàn)早解決，將氫氣泄漏帶來(lái)的危害降到最低。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、提供一種輸氫管道系統(tǒng)，包括依次間隔設(shè)置的輸氫管和連接管，所述連接管的兩端分別與兩個(gè)所述輸氫管連接，所述連接管包括內(nèi)管、外管和端板，所述內(nèi)管和所述外管之間的間隙為第一通道，所述端板與所述內(nèi)管和所述外管的端部連接并堵塞所述第一通道，所述輸氫管的側(cè)壁內(nèi)部設(shè)有多個(gè)互不連通的第一空腔，多個(gè)所述第一空腔以所述輸氫管的軸線為圓心呈圓周等距排布，所述端板上設(shè)有多個(gè)連通孔，每個(gè)所述第一空腔均通過(guò)一個(gè)所述連通孔與所述第一通道連通，所述連接管上還設(shè)有可檢測(cè)氫氣泄漏的檢測(cè)部，所述檢測(cè)部與所述第一通道連通。

4、相鄰的兩個(gè)輸氫管之間通過(guò)連接管進(jìn)行連接，輸氫管的內(nèi)腔和內(nèi)管的內(nèi)腔連通，氫氣在運(yùn)輸時(shí)沿依次連接的輸氫管向前運(yùn)動(dòng)，直至運(yùn)輸?shù)侥康牡?。輸氫管?nèi)的氫氣向管道外擴(kuò)散或泄漏時(shí)，氫氣的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閺妮敋涔艿膬?nèi)側(cè)壁向輸氫管的外側(cè)壁運(yùn)動(dòng)。在氫氣的擴(kuò)散或泄漏的過(guò)程中，當(dāng)氫氣運(yùn)動(dòng)至輸氫管內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之間的第一空腔時(shí)，由于第一空腔內(nèi)沒(méi)有氫氣，并且氫氣沿第一空腔運(yùn)動(dòng)比氫氣繼續(xù)向輸氫管的外側(cè)壁擴(kuò)散更加容易。因此此時(shí)氫氣會(huì)被儲(chǔ)存在第一空腔內(nèi)，并會(huì)在第一空腔內(nèi)沿著第一空腔繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝豢涨粌?nèi)的氫氣沿第一空腔運(yùn)動(dòng)至輸氫管的端部時(shí)，氫氣會(huì)穿過(guò)端板上的連通孔，進(jìn)入內(nèi)管和外管之間的第一通道內(nèi)，此時(shí)檢測(cè)部能夠檢測(cè)到第一通道內(nèi)的氫氣。當(dāng)檢測(cè)部檢測(cè)到第一通道內(nèi)存在氫氣時(shí)，則表示輸氫管內(nèi)出現(xiàn)氫氣泄漏的情況，此時(shí)需要檢修人員對(duì)該段輸氫管進(jìn)行檢修。

5、本發(fā)明的輸氫管道系統(tǒng)通過(guò)輸氫管上的第一空腔和連接管上的第一通道設(shè)置，使得輸氫管內(nèi)的氫氣發(fā)生擴(kuò)散或泄漏后首先會(huì)被儲(chǔ)存在第一空腔內(nèi)，通過(guò)連接管上的檢測(cè)部檢測(cè)到氫氣的存在，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣的泄漏，早發(fā)現(xiàn)早解決，將氫氣泄漏帶來(lái)的危害降到最低，同時(shí)第一空腔內(nèi)的氫氣擴(kuò)散到第一通道內(nèi)后，還能避免氫氣直接擴(kuò)散到外部環(huán)境。此外，本方案中的檢測(cè)部設(shè)置在連接管上而不是輸氫管上，與輸氫管相比連接管發(fā)生氫氣泄漏的概率更小，檢測(cè)部設(shè)置在連接管上，當(dāng)輸氫管發(fā)生氫氣泄漏后，更換輸氫管的時(shí)候不會(huì)連通輸氫管上的檢測(cè)部一同丟棄，能夠避免造成資源的浪費(fèi)。

6、進(jìn)一步地，所述檢測(cè)部包括檢測(cè)倉(cāng)、電磁閥、測(cè)溫探頭、氣體濃度泄漏探測(cè)器和數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)，所述檢測(cè)倉(cāng)安裝在所述外管上，所述檢測(cè)倉(cāng)的內(nèi)腔與所述第一通道連通，所述電磁閥安裝在所述檢測(cè)倉(cāng)的出氣口，所述測(cè)溫探頭、所述氣體濃度泄漏探測(cè)器和所述數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)均安裝在所述檢測(cè)倉(cāng)上。通過(guò)測(cè)溫探頭、氣體濃度泄漏探測(cè)器和數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的溫度、氣體濃度和壓力進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷是否發(fā)生氫氣泄漏。檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的空間更大，其內(nèi)部氣體濃度的變化更具有代表性，使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

7、進(jìn)一步地，在豎直方向上，所述檢測(cè)倉(cāng)位于所述連接管的上方，所述檢測(cè)倉(cāng)的底部設(shè)有連通管，所述連通管的一端與所述檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)腔連通，另一端與所述第一通道的頂部連通。檢測(cè)倉(cāng)通過(guò)連通管與第一通道連通，氫氣通過(guò)連通管從第一通道進(jìn)入到檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)，由于氫氣的密度小于空氣的密度，因此氫氣進(jìn)入到第一通道后位于第一通道的頂部，此時(shí)氫氣可以順利沿連通管進(jìn)入到檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)。因此檢測(cè)倉(cāng)位于連接管的上方更便于氫氣進(jìn)入到檢測(cè)倉(cāng)的內(nèi)腔。

8、進(jìn)一步地，所述輸氫管的端部套設(shè)有扣壓件，所述扣壓件與所述輸氫管固定連接，所述扣壓件的端面設(shè)有貫穿孔，所述第一空腔通過(guò)所述貫穿孔與所述連通孔連通，所述連接管外側(cè)壁的兩端設(shè)有法蘭件，所述扣壓件與所述法蘭件連接。具體的，扣壓件和法蘭件通過(guò)螺栓進(jìn)行鎖緊。所述扣壓件的端面安裝有密封圈，所述密封圈與所述扣壓件固定連接。輸氫管的兩端套設(shè)有扣壓件，扣壓件通過(guò)扣壓機(jī)固定在輸氫管的兩端，完成扣壓件與輸氫管的固定連接。然后通過(guò)螺栓將扣壓件與法蘭件進(jìn)行緊固連接，實(shí)現(xiàn)輸氫管和連接管之間的連接，此種連接方式簡(jiǎn)單快捷可拆卸且連接強(qiáng)度高。在扣壓件的端面設(shè)置密封圈，扣壓件與法蘭件連接后二者擠壓密封圈，密封圈能夠增加扣壓件和法蘭件之間的密封性，避免在扣壓件和法蘭件之間產(chǎn)生間隙，造成氫氣的泄漏。

9、進(jìn)一步地，所述輸氫管從內(nèi)到外依次包括pe內(nèi)層、包覆在所述pe內(nèi)層外的芳綸層、包覆在所述芳綸層外的內(nèi)玻纖層、包覆在所述內(nèi)玻纖層外的pe型腔層、包覆在所述pe型腔層外的鋁帶層、包覆在所述鋁帶層外的外玻纖層和包覆在所述外玻纖層外的pe-rt外層，其中，所述第一空腔位于所述pe型腔層內(nèi)。pe內(nèi)層能夠起到第一層氣體阻隔的作用。芳綸層起到承壓的作用，芳綸層的厚度為1.5mm-2.5mm時(shí)，在避免增加輸氫管的成本前提下使得輸氫管具有良好的承壓效果。內(nèi)玻纖層起到第二層加強(qiáng)承壓的作用。pe型腔層的一個(gè)功能為第二層氣體阻隔，另一個(gè)作用為當(dāng)氫氣滲透或泄漏到第一空腔時(shí)使氫氣沿第一空腔運(yùn)動(dòng)，避免氫氣進(jìn)一步外泄。鋁帶層的作用是第三層的強(qiáng)力阻隔，進(jìn)一步避免氫氣泄漏。外玻纖層起到第一空腔承壓的作用。pe-rt外層能夠隔離外在火種及高溫，避免高溫破壞管材。

10、進(jìn)一步地，所述pe內(nèi)層的厚度為6mm-7mm；所述芳綸層的厚度為1.5mm-2.5mm；所述內(nèi)玻纖層的厚度為1.5mm-2.5mm；所述pe型腔層的厚度為12mm-13mm，所述第一空腔的厚度為所述型腔層厚度的0.4-0.6倍；所述鋁帶層的厚度為1.5mm-2.5mm；所述外玻纖層的厚度為1.5mm-2.5mm；所述pe-rt外層的厚度為4mm-5mm。輸氫管的復(fù)合層越厚，其與之對(duì)應(yīng)的效果越好，但是輸氫管的成本越高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，pe內(nèi)層的厚度為6mm-7mm時(shí)，不但能夠具有良好的阻隔氫氣效果，并且還能避免增加輸氫管的成本；芳綸層的厚度為1.5mm-2.5mm時(shí)，在避免增加復(fù)合管的成本前提下使得復(fù)合管具有良好的承壓效果；內(nèi)玻纖層的厚度為1.5mm-2.5mm時(shí)，在避免增加輸氫管的成本前提下使得輸氫管具有良好的承壓效果；當(dāng)pe型腔層的厚度為12mm-13mm，第一空腔的厚度為pe型腔層厚度的0.4-0.6倍時(shí)，pe型腔層在能夠?qū)錃馄鸬搅己米韪糇饔茫柚蛊湎蛲鈹U(kuò)散的基礎(chǔ)上，pe型腔層中的第一空腔能夠容納更多的氫氣，使進(jìn)入型腔層內(nèi)的氫氣不會(huì)繼續(xù)向外擴(kuò)散；鋁帶的厚度為1.5mm-2.5mm時(shí)，在避免增加輸氫管成本的前提下，能夠使輸氫管中的鋁帶層具有良好的隔絕氫氣的效果；外玻纖層的厚度為1.5mm-2.5mm時(shí)，在避免增加輸氫管成本的前提下，能夠使輸氫管中的外玻纖層具有良好的承壓效果；pe-rt外層厚度為4mm-5mm時(shí)，在避免增加輸氫管成本的前提下，能夠使輸氫管中的pe-rt外層具有良好的隔熱效果。

11、本發(fā)明還提供了輸氫管道系統(tǒng)的氫氣泄漏檢測(cè)方法，適用于上述的輸氫管的系統(tǒng)，包括如下步驟：

12、步驟一：將輸氫管的兩端分別裝入扣壓件，再通過(guò)扣壓機(jī)對(duì)輸氫管和扣壓件進(jìn)行連接，完成扣壓件在輸氫管上的安裝；

13、步驟二：依次將輸氫管上的扣壓件與連接管上的法蘭對(duì)齊，使得扣壓件上的貫穿孔與連接管上的連通孔連通，然后通過(guò)螺栓將扣壓件和法蘭件鎖緊，使得扣壓件和法蘭件擠壓密封圈；

14、步驟三：輸氫管通氫氣，并打開(kāi)檢測(cè)倉(cāng)上的測(cè)溫探頭、氣體濃度泄漏探測(cè)器和數(shù)顯壓力開(kāi)關(guān)；

15、步驟四：檢測(cè)部向監(jiān)測(cè)臺(tái)發(fā)送報(bào)警信號(hào)使監(jiān)測(cè)臺(tái)報(bào)警，然后繼續(xù)檢測(cè)檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的溫度、壓強(qiáng)和氣體濃度中的一個(gè)或幾個(gè)數(shù)值是否大于等于第一預(yù)設(shè)值，如是，則進(jìn)行步驟五；如否，則重復(fù)步驟四；

16、步驟五：檢測(cè)部向監(jiān)測(cè)臺(tái)發(fā)送報(bào)警信號(hào)使監(jiān)測(cè)臺(tái)報(bào)警，然后繼續(xù)檢測(cè)檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的溫度、壓強(qiáng)和氣體濃度中的一個(gè)或幾個(gè)數(shù)值是否繼續(xù)升高至大于等于第二預(yù)設(shè)值，如是，則進(jìn)行步驟六；如否，則重復(fù)步驟五；

17、步驟六：打開(kāi)檢測(cè)倉(cāng)上的電磁閥，向外排放氫氣。

18、本發(fā)明的氫氣泄漏檢測(cè)方法能夠檢測(cè)輸氫管道系統(tǒng)中是否發(fā)生氫氣泄漏并且當(dāng)氫氣發(fā)生泄漏后能夠在到達(dá)氫氣爆炸臨界點(diǎn)之前將管道內(nèi)泄漏的氫氣進(jìn)行排放，避免泄漏的氫氣在管道內(nèi)發(fā)生爆炸。

19、優(yōu)選地，所述步驟四中，所述第一預(yù)設(shè)值中的體積濃度為1.5％vol、壓力為1.0mpa、溫度為200℃。在所述步驟五中，所述第二預(yù)設(shè)值中的體積濃度為4.0％vol、壓力為2.5mpa、溫度為500℃。第一預(yù)設(shè)值中的氫氣體積濃度為1.5％vol、壓力為1.0mpa、溫度為200℃為氫氣正常滲透的安全值下限，當(dāng)上述指標(biāo)超過(guò)第一預(yù)設(shè)值后，則表明此時(shí)氫氣發(fā)生不正常的滲透或泄漏。第二預(yù)設(shè)值中的氫氣體積濃度為4.0％vol、壓力為2.5mpa、溫度為500℃為高壓氫氣發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)值上限，當(dāng)上述指標(biāo)超過(guò)第二預(yù)設(shè)值后，此時(shí)氫氣極易發(fā)生爆炸。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

21、本發(fā)明的輸氫管道系統(tǒng)通過(guò)輸氫管上的第一空腔和連接管上的第一通道設(shè)置，使得輸氫管內(nèi)的氫氣發(fā)生擴(kuò)散或泄漏后首先會(huì)被儲(chǔ)存在第一空腔內(nèi)，避免氫氣直接擴(kuò)散到外部環(huán)境，同時(shí)第一空腔內(nèi)的氫氣擴(kuò)散到第一通道內(nèi)后，還能通過(guò)連接管上的檢測(cè)部檢測(cè)到氫氣的存在，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氫氣的泄漏。此外，本方案中的檢測(cè)部設(shè)置在連接管上而不是輸氫管上，與輸氫管相比連接管發(fā)生氫氣泄漏的概率更小，檢測(cè)部設(shè)置在連接管上，當(dāng)輸氫管發(fā)生氫氣泄漏后，更換輸氫管的時(shí)候不會(huì)連通輸氫管上的檢測(cè)部一同丟棄，能夠避免造成資源的浪費(fèi)。

22、本發(fā)明的輸氫管道系統(tǒng)中的輸氫管通過(guò)pe內(nèi)層、芳綸層、內(nèi)玻纖層、pe型腔層、鋁帶層、外玻纖層和pe-rt外層的設(shè)置使得輸氫管具有良好的氣體阻隔、支撐承壓和隔絕高溫的作用。

23、本發(fā)明的輸氫管道系統(tǒng)的氫氣泄漏檢測(cè)方法能夠檢測(cè)輸氫管道系統(tǒng)中是否發(fā)生氫氣泄漏并且當(dāng)氫氣發(fā)生泄漏后能夠在到達(dá)氫氣爆炸臨界點(diǎn)之前將管道內(nèi)泄漏的氫氣進(jìn)行排放，避免泄漏的氫氣在管道內(nèi)發(fā)生爆炸。