一种模块化加氢站及其氢敏示踪泄漏监测系统的制作方法

发明涉及氢气泄漏检测技术领域，具体涉及一种模块化加氢站及其氢敏示踪泄漏监测系统。

背景技术：

氢气是一种可持续的、环境友好型的绿色能源，具有来源广泛、燃烧热值高、可循环利用、储存方式多样等特点。伴随着各国氢燃料电池项目的开展实施，势必快速发展与之配套的加氢站等基础设施。截至2019年底，全球共有在营加氢站432座，其中330座向公众开放。在过去的5年时间里，面向公众的加氢站的数量增加了200％以上。加氢站可分为固定式加氢站和模块式(撬装式)加氢站。固定式加氢站存在占地面积大、不适合整体搬迁、建站周期长、土建成本投资高等劣势，而在当今燃料电池车小规模示范运行的市场条件下，全国各地已将模块化、集成化、安全可靠性高的加氢站进行了快速布局。

由于氢气具有密度小、扩散系数大、点火温度低、爆炸极限宽(体积分数为4％～74％)、燃烧火焰速度快等特点，加氢站内存储的大量高压氢气若发生泄漏，极易形成大规模可燃混合气，一经点燃便会引发爆炸或爆轰，造成巨大的人员伤亡和财产损失，因此氢安全是制约氢能发展和推广的主要瓶颈。

对于现有模块化加氢站的氢气泄漏报警技术，主要是采用在加氢站各主要泄漏点上方或附近安装氢浓度探测报警器，当加氢站内发生氢气泄漏时，报警器连锁站内氢气紧急切断阀和排风机，在第一时间内切断气源，并开启事故排风机，将站内密闭空间中的可燃混合气体进行快速置换，以此来降低发生火灾和爆炸的风险。

但现有技术对氢气泄漏点的快速准确定位并无有效的方法可行。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种模块化加氢站及其氢敏示踪泄漏监测系统，能够快速、准确地定位氢气泄漏点，并能够为用氢安全提供保障。

一种用于模块化加氢站的氢敏示踪泄漏监测系统，在所述模块化加氢站内设置有氢气管路和阀门，所述氢敏示踪泄漏监测系统包括氢敏检测胶带、图像采集装置、控制装置以及安全泄漏报警装置；

所述氢敏检测胶带缠绕在所述氢气管路的连接处以及所述阀门的连接处，用于通过自身的颜色变化检测氢气泄漏；

所述图像采集装置用于拍摄所述氢敏检测胶带的图像，并将拍摄的图像发送到所述控制装置；

所述控制装置用于判断图像中所述氢敏检测胶带的颜色变化，当所述氢敏检测胶带的颜色发生变化时，所述控制装置确定发生氢气泄漏，并向所述安全泄漏报警装置发送故障信号；

所述安全泄漏报警装置与所述控制装置信号连接，用于在接收到故障信号后发出氢气泄漏报警信号。

更进一步地，所述控制装置包括信号连接的视觉色差检测单元和控制器；

所述视觉色差检测单元用于识别图像中所述氢敏检测胶带的颜色；

根据所述视觉色差检测单元识别的颜色，所述控制器用于判断所述氢敏检测胶带的颜色变化和生成故障信号。

更进一步地，所述氢敏检测胶带的颜色为灰色，当所述氢敏检测胶带遇到氢气发生反应之后由灰色变为黑色。

更进一步地，所述图像采集装置为防爆高清摄像头。

更进一步地，所述安全泄漏报警装置为声音报警装置和/或灯光报警装置。

更进一步地，所述氢敏检测胶带包括柔性基体和氢敏活性成分。

更进一步地，所述氢敏检测胶带为可渗透材料制成。

一种模块化加氢站，包括氢气源、加氢机、压缩机、缓冲罐、氢气管路以及阀门，还包括上述技术方案提供的任意一种氢敏示踪泄漏监测系统；

所述氢敏示踪泄漏监测系统的图像采集装置安装于所述加氢机和所述压缩机的顶部。

更进一步地，还包括安装于所述氢气源和所述压缩机之间的进气总管的紧急切断阀，所述紧急切断阀用于控制所述进气总管的通断；

所述氢敏示踪泄漏监测系统的控制装置与所述紧急切断阀信号连接，用于控制所述紧急切断阀的开关。

更进一步地，还包括用于换气的排风机；

所述氢敏示踪泄漏监测系统的控制装置与所述排风机信号连接，用于控制所述排风机的开关。

本发明具有以下有益效果：

第一，上述氢敏示踪泄漏监测系统能够实现氢气泄漏点的快速、精准定位；由于上述氢敏示踪泄漏监测系统在模块化加氢站内的各氢气管路的各个连接处以及各个阀门的各连接处均缠绕有氢敏检测胶带，利用氢敏检测胶带遇氢变色的特性，且变色为不可逆过程，当任何管路或阀门的接头处发生氢气泄漏时，氢敏检测胶带遇到氢气后颜色会从灰色变为黑色，并且变色为不可逆过程，因此，采用氢敏检测胶带的遇氢变色的特性能够对氢气泄漏点进行快速、精确地示踪定位；同时，通过安装于模块化加氢站内的图像采集装置能够连续拍摄氢敏检测胶带的图像，通过控制装置对氢敏检测胶带的颜色变化进行判断，当氢敏检测胶带的颜色发生变化后控制装置向安全泄漏报警装置发送故障信号，安全泄漏报警装置在接到故障信号后发出报警信号，提醒工作人员发生了氢气泄漏；

第二，氢气泄漏事故后的快速定点维护，由于氢敏检测胶带对氢气泄漏的示踪作用，有利于采取局部管路置换及维护手段，无需要对整个系统的氢气进行排空和置换，既节省了成本，又提高了事故处理的效率；

第三，有利于轻度氢气泄漏的早期风险排查，由于较为轻度的氢气泄漏情况具有泄漏速度慢和泄漏危害性小的特点，存在不易被察觉和容易被人忽视的现象，而氢敏检测胶带的最低可检测氢气浓度为1％，最快检测时间小于1min，因此，采用上述氢敏示踪泄漏监测系统可对轻度氢气泄漏点进行有效识别，有利于提前采取预防措施，避免重大泄漏事故的发生。

附图说明

图1为图1为本发明提供的一种模块化加氢站的结构示意图；

图2为本发明提供的一种氢敏示踪泄漏监测系统的工作原理图

其中，1-模块化加氢站；2-图像采集装置；3-控制装置；4-安全泄漏报警装置；5-氢气源；6-加氢机；7-压缩机；8-缓冲罐；9-进气总管；10-紧急切断阀；11-排风机；31-视觉色差检测单元；32-控制器

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

请参考图1和图2，本发明提供了一种用于模块化加氢站1的氢敏示踪泄漏监测系统，模块化加氢站1包括安装于密闭空间内的压缩机7和缓冲罐8，压缩机7与氢气源5通过进气总管9连通，缓冲罐8与加氢机6通过管路连通，压缩机7、氢气源5、缓冲罐8以及加氢机6之间通过各种管路(图中未示出)进行连通，在管路上还设置有阀门(图中未示出)等零部件，为了实现各部件之间的连接，各个设备、各个管路和各个阀门均设置有连接接头；在模块化加氢站1的密闭空间内设置有氢气管路和阀门，氢气管路和阀门用于连接在模块化加氢站1的各个设备之间；氢敏示踪泄漏监测系统包括氢敏检测胶带(图中未示出)、图像采集装置2、控制装置3以及安全泄漏报警装置4；

氢敏检测胶带缠绕在氢气管路的连接处以及阀门的连接处，用于通过自身的颜色变化检测氢气泄漏；在模块化加氢站1的密闭空间内的各个氢气管路的接头处以及各个阀门的接头处均缠绕有氢敏检测胶带，氢敏检测胶带具有遇氢变色的特性；氢敏检测胶带的颜色为灰色，当氢敏检测胶带遇到氢气发生反应之后由灰色变为黑色；氢敏检测胶带包括柔性基体和氢敏活性成分，柔性基体可以为复合硅材料基体，通过对甲基乙烯基硅树脂和甲基mq硅树脂进行复配形成硅胶基体，对氧化钼和钯金催化剂进行复配形成氢敏活性成分；氢敏检测胶带为可渗透材料制成，使得泄漏的氢气能够透过氢敏检测胶带向外扩散，避免形成氢气聚集点；

图像采集装置2用于拍摄氢敏检测胶带的图像，并将拍摄的图像发送到控制装置3；图像采集装置2可以为防爆高清摄像头；通过图像采集装置2可以连续拍摄氢敏检测胶带的图像或者间隔拍摄氢敏检测胶带的图像，并将拍摄的图像发送到控制装置3进行判断；图像采集装置2的设置位置和数量可以根据模块化加氢站1的密闭空间中氢敏检测胶带的分布位置、数量进行确定，使得密闭空间中的氢敏检测胶带均能够被图像采集装置2所覆盖；

控制装置3用于判断图像中氢敏检测胶带的颜色变化，当氢敏检测胶带的颜色发生变化时，控制装置3确定发生氢气泄漏，并向安全泄漏报警装置4发送故障信号；控制装置3包括信号连接的视觉色差检测单元31和控制器32；视觉色差检测单元31用于识别图像中氢敏检测胶带的颜色；根据视觉色差检测单元31识别的颜色，控制器32用于判断氢敏检测胶带的颜色变化和生成故障信号；视觉色差检测单元31在识别了图像中氢敏检测胶带的颜色之后，控制器32对识别后的颜色进行比较和判断，当识别的氢敏检测胶带的颜色为黑色时，控制器32则判断发生了氢气泄漏；

安全泄漏报警装置4与控制装置3信号连接，用于在接收到故障信号后发出氢气泄漏报警信号；安全泄漏报警装置4可以为声音报警装置和/或灯光报警装置，安全泄漏报警装置4可以仅采用声音报警装置或灯光报警装置，也可以同时采用声音报警装置和灯光报警装置；声音报警装置可以为警铃、蜂鸣器、扬声器等能够发出提示音的任意设备，灯光报警装置可以为信号灯、警示灯等能够发出光线信号的任意设备。

由于上述氢敏示踪泄漏监测系统在模块化加氢站1内的各氢气管路的各个连接处以及各个阀门的各连接处均缠绕有氢敏检测胶带，利用氢敏检测胶带遇氢变色的特性，且变色为不可逆过程，当任何管路或阀门的接头处发生氢气泄漏时，氢敏检测胶带遇到氢气后颜色会从灰色变为黑色，并且变色为不可逆过程，因此，采用氢敏检测胶带的遇氢变色的特性能够对氢气泄漏点进行快速、精确地示踪定位；同时，通过安装于模块化加氢站1内的图像采集装置2能够连续拍摄氢敏检测胶带的图像，通过控制装置3对氢敏检测胶带的颜色变化进行判断，当氢敏检测胶带的颜色发生变化后控制装置3向安全泄漏报警装置4发送故障信号，安全泄漏报警装置4在接到故障信号后发出报警信号，提醒工作人员发生了氢气泄漏；由于氢敏检测胶带对氢气泄漏的示踪作用，有利于采取局部管路置换及维护手段，无需要对整个系统的氢气进行排空和置换，既节省了成本，又提高了事故处理的效率；由于较为轻度的氢气泄漏情况具有泄漏速度慢和泄漏危害性小的特点，存在不易被察觉和容易被人忽视的现象，而氢敏检测胶带的最低可检测氢气浓度为1％，最快检测时间小于1min，因此，采用上述氢敏示踪泄漏监测系统可对轻度氢气泄漏点进行有效识别，有利于提前采取预防措施，避免重大泄漏事故的发生。

另外，本发明还提供了一种模块化加氢站1，请参考图1，模块化加氢站1包括氢气源5、加氢机6、压缩机7、缓冲罐8、氢气管路、阀门以及上述实施例提供的任意一种氢敏示踪泄漏监测系统；氢敏示踪泄漏监测系统包括氢敏检测胶带、图像采集装置2、控制装置3以及安全泄漏报警装置4；压缩机7、缓冲罐8、氢敏检测胶带以及图像采集装置2均安装于模块化加氢站1的密闭空间内；氢气源5、加氢机6、控制装置3以及安全泄漏报警装置4可以安装在模块化加氢站1的密闭空间外侧；氢敏示踪泄漏监测系统的图像采集装置2安装于加氢机6和压缩机7的顶部，便于通过图像采集装置2拍摄氢敏检测胶带的图像，还有利于采用一个图像采集装置2可以拍摄多个氢敏检测胶带的图像，从而能够减少图像采集装置2的分布数量，有利于降低模块化加氢站1的使用成本。

采用了上述氢敏示踪泄漏监测系统的模块化加氢站1，能够在氢气发生泄漏时及时报警，提醒工作人员进行处理，还能快速、精确地对氢气泄漏点进行定位，节省寻找氢气泄漏点的时间，减小因氢气泄漏产生的损失。

如图1结构所示，为了进一步提高加氢站的安全性，模块化加氢站1还可以包括安装于氢气源5和压缩机7之间的进气总管9的紧急切断阀10，紧急切断阀10用于控制进气总管9的通断；氢敏示踪泄漏监测系统的控制装置3与紧急切断阀10信号连接，用于控制紧急切断阀10的开关。当检测到氢气泄漏时，控制装置3控制紧急切断阀10关闭，从而停止氢气源5的氢气供应，能够避免因氢气泄漏造成重大事故的发生。

同时，为了降低氢气泄漏发生事故的风险，如图1结构所示，上述模块化加氢站1还包括用于换气的排风机11；氢敏示踪泄漏监测系统的控制装置3与排风机11信号连接，用于控制排风机11的开关；当发生氢气泄漏时，控制装置3控制排风机11开启，通过排风机11促进空气流动和空气置换，对密闭空间进行强制通风，从而将含有氢气的可燃气体置换出去。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。