氢敏变色件及制备方法、氢敏支撑件和氢气泄漏检测装置与流程

本发明涉及氢气检测，具体地涉及一种氢敏变色件及制备方法、氢敏支撑件和氢气泄漏检测装置。

背景技术：

1、氢气安全是氢能产业健康快速发展的基础和前提。氢气分子小，扩散速度快，燃爆范围宽，同时对材料有较高的渗透性能，因而容易发生氢气泄漏。氢气设备与管道等连接部位，如接头、阀门、法兰等易发生氢气泄漏。传统的氢气泄漏检测手段主要依靠电学氢气传感器，然而氢气扩散速度快，同时高压氢气泄漏后是有指向性的喷射，电学氢气传感器难以有效捕捉到氢气泄漏，即覆盖率较低，存在较大的安全隐患。同时电学氢气传感器通常在高温下运行，而氢气点火能较低，容易引发氢气事故。

2、一些材料，如氧化钨、氧化钼、氧化钇等，遇氢气会发生颜色变化，为室温氢气泄漏检测提供了一种可行方案。为了提高对氢气泄漏检测的覆盖率，传统做法是将上述材料加工成为功能胶带。专利cn 111662650a公开了一种氢敏变色检测胶带，包括将变色材料与粘结材料，其中粘结材料包括聚硅氧烷、补强剂、交联剂、交联催化剂，变色材料包括金属氧化物和金属纳米粒子，通过挤出的方式制备成为氢敏变色检测胶带。专利cn 110312826a也公开了一种气体传感元件及其制备方法，包括含有化学变色颜料的气体检测层，压敏粘合剂和基底材料，遇还原性气体接触从而不可逆地改变颜色。专利cn 110291234a公开了一种气体传感元件，包含颜料的气体检测层及基底材料，且遇到还原性气体时，气体传感元件的颜色变化△l*＞5。专利cn 111033239a公开了一种用于对测定对象气体进行检测的气体检测元件，包括含有化学变色颜料的气体检测层以及具有针对所述测定对象气体渗透性的间隔物。专利cn 111174986b公开了一种管路泄漏检测方法和氢气管路，包括在管路的表面涂覆氢气检测材料，形成检测涂层，遇到氢气后会发生颜色变化。

3、由于化学变色颜料(或化学变色材料)与粘结材料(或压敏粘合剂)之间会发生包裹，限制了化学变色颜料(或化学变色材料)与还原性气体之间的有效接触，导致化学变色颜料(或化学变色材料)对还原性气体的变色响应时间较长，难以快速地发生颜色变化。同时，由于含有化学变色颜料(或化学变色材料)和粘结材料(或压敏粘合剂)在使用过程中，主要是通过缠绕或涂覆的方式，安装在可能发生泄漏的部位，当气体泄漏发生在侧面或背面时，巡检人员难以发现气体泄漏，特别是对于泄漏位点较多、涂覆尺寸较大等场景，更加大了巡检人员发现变色位置的难度，为有效检测气体泄漏埋下了隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供了一种氢敏变色件及制备方法、氢敏支撑件和氢气泄漏检测装置。该氢敏变色件在室温下实现氢气泄漏可视化检测，可实现对易发生氢气泄漏的部位高覆盖率检测，现场安装简易，无需外部供电，弥补了传统的氢气泄漏检测系统覆盖率低、工作温度高、成本高等不足，同时也克服了氢敏功能胶带缠绕后难以有效辨识泄漏位置的不足且响应速度慢等缺陷，在氢能安全领域具有广阔的应用前景。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种氢敏变色件，所述氢敏变色件包括基底件，所述基底件的底部设有用于放置氢敏变色材料的容纳空间；所述氢敏变色材料对纯h2室温变色时间＜2s，变色前后可见光谱范围内对比度超过2。

3、进一步地，所述氢敏变色材料包括具有微观形貌的变色基材和金属纳米粒子；所述金属纳米粒子在所述变色基材上的分散度＞70％，所述金属纳米粒子含量为所述变色基材的0.1-1.5质量％。

4、进一步地，所述氢敏变色材料具有对氢气的起始还原温度<60℃，所述氢敏变色材料具有对4vol％h2室温变色时间＜10s，对1vol.％h2的变色时间＜15s。

5、进一步地，所述基底件的材质为塑料；或，无机非金属材料。

6、进一步地，所述基底件的材质还包括染色剂；所述基底件对可见光的透光率为30-99％。

7、进一步地，所述容纳空间的长度尺寸范围为0.1-30cm；和/或，宽度尺寸范围为0.1-25cm；和/或，厚度尺寸范围为0.1-100mm。

8、本发明另一方面提供了一种氢敏变色件的制备方法，包括上述任意一项所述的氢敏变色材料，具体制备步骤如下：

9、s01、在所述基底件上通过注塑或刻蚀方法加工用于放置氢敏变色材料的容纳空间；

10、s02、将所述氢敏变色材料通过原位生长、表面涂覆、旋涂、浸渍提拉中的至少一种方式固定在所述容纳空间。

11、另外，本发明还提供了一种氢敏支撑件，所述氢敏支撑件用于支撑上述任意一项所述的氢敏变色件；所述氢敏支撑件设有用于支撑所述氢敏变色件的氢敏变色件支撑部；所述氢敏变色件支撑部具有当所述氢敏变色件置于所述氢敏变色件支撑部时使得所述氢敏变色材料这一侧朝向待检测氢气泄漏状况的管道或管道连接部。

12、进一步地，所述氢敏支撑件包括至少两个支撑分件，且所述支撑分件具有当所有所述支撑分件连接完成后所述氢敏支撑件包裹待检测氢气泄漏状况的管道或管道连接部的第一状态和当至少两个相邻的所述支撑分件解开或旋开或松开锁止后所述氢敏支撑件脱离待检测氢气泄漏状况的所述管道或者所述管道连接部的第二状态；

13、所述氢敏变色件支撑部位于任意一个所述支撑分件上或者位于至少两个所述支撑分件上。

14、最后，本发明还提供了一种氢气泄漏检测装置，所述氢气泄漏检测装置包括上述任意一项所述的氢敏变色件和上述任意一项所述的氢敏支撑件；

15、所述氢气泄漏检测装置还包括用于与所述氢敏支撑件相连的连接密封件；

16、所述氢敏支撑件外套于待检测氢气泄漏状况的管道或管道连接部，所述氢敏支撑件的内部结构与所述管道或所述管道连接部的外形相匹配；

17、所述氢敏支撑件的两端与外套于所述管道的所述连接密封件相连接且呈密封状态。

18、进一步地，当所述检测装置处于检测工况时，所述氢敏变色件朝向巡检通道或朝向巡检人员监测的方位。

19、进一步地，所述氢敏支撑件设有用于排放从所述管道或所述管道连接部所泄漏的氢气的逸散孔。

20、通过上述技术方案，该氢敏变色件避免了传统电学氢气传感器工作温度高引发的氢气事故；且对泄漏的氢气具有快速变色响应，具有与电学氢气传感器类似的响应时间，达到秒级变色响应；而且变色前后颜色对比显著，便于清晰直观地识别氢气泄漏的状况。

技术特征：

1.一种氢敏变色件，其特征在于，包括基底件(11)，所述基底件(11)的底部设有用于放置氢敏变色材料(12)的容纳空间(111)；所述氢敏变色材料(12)对纯h2室温变色时间＜2s，变色前后可见光谱范围内对比度超过2。

2.根据权利要求1所述的氢敏变色件，其特征在于，所述氢敏变色材料(12)包括具有微观形貌的变色基材和金属纳米粒子；所述金属纳米粒子在所述变色基材上的分散度＞70％，所述金属纳米粒子含量为所述变色基材的0.1-1.5质量％。

3.根据权利要求1所述的氢敏变色件，其特征在于，所述氢敏变色材料(12)对氢气的起始还原温度<60℃，所述氢敏变色材料(12)具有对4vol％h2室温变色时间＜10s，对1vol.％h2的变色时间＜15s。

4.根据权利要求1所述的氢敏变色件，其特征在于，所述基底件(11)的材质为塑料；或，无机非金属材料。

5.根据权利要求1所述的氢敏变色件，其特征在于，所述基底件(11)的材质还包括染色剂；所述基底件(11)对可见光的透光率为30-99％。

6.根据权利要求1所述的氢敏变色件，其特征在于，所述容纳空间(111)的长度尺寸范围为0.1-30cm；和/或，宽度尺寸范围为0.1-25cm；和/或，厚度尺寸范围为0.1-100mm。

7.一种氢敏变色件的制备方法，其特征在于，包括上述权利要求1-6中任意一项所述的氢敏变色材料(12)，具体制备步骤如下：

8.一种氢敏支撑件(2)，其特征在于，所述氢敏支撑件(2)用于支撑权利要求1-6中任意一项所述的氢敏变色件(1)；所述氢敏支撑件(2)设有用于支撑所述氢敏变色件(1)的氢敏变色件支撑部(21)；所述氢敏变色件支撑部(21)具有当所述氢敏变色件(1)置于所述氢敏变色件支撑部(21)时使得所述氢敏变色材料(12)这一侧朝向待检测氢气泄漏状况的管道(4)或管道连接部(5)。

9.根据权利要求8所述的氢敏支撑件(2)，其特征在于，所述氢敏支撑件(2)包括至少两个支撑分件，且所述支撑分件具有当所有所述支撑分件连接完成后所述氢敏支撑件(2)包裹待检测氢气泄漏状况的管道(4)或管道连接部(5)的第一状态和当至少两个相邻的所述支撑分件解开或旋开或松开锁止后所述氢敏支撑件(2)脱离待检测氢气泄漏状况的所述管道(4)或者所述管道连接部(5)的第二状态；

10.一种氢气泄漏检测装置，其特征在于，所述氢气泄漏检测装置包括权利要求1-6中任意一项所述的氢敏变色件(1)和权利要求8-9中任意一项所述的氢敏支撑件(2)；

11.根据权利要求10所述的氢气泄漏检测装置，其特征在于，当所述检测装置处于检测工况时，所述氢敏变色件(1)朝向巡检通道(6)或朝向巡检人员监测的方位。

12.根据权利要求10所述的氢气泄漏检测装置，其特征在于，所述氢敏支撑件(2)设有用于排放从所述管道(4)或所述管道连接部(5)所泄漏的氢气的逸散孔(24)。

技术总结
本发明涉及氢气检测技术领域领域，公开了一种氢敏变色件及制备方法、氢敏支撑件和氢气泄漏检测装置。所述氢敏变色件包括基底件(11)，所述基底件(11)的底部设有用于放置氢敏变色材料(12)的容纳空间(111)；所述氢敏变色材料(12)对纯H<subgt;2</subgt;室温变色时间＜2s，变色前后可见光谱范围内对比度超过2。该氢敏变色件能够避免了传统电学氢气传感器工作温度高引发的氢气事故；且对泄漏的氢气具有快速变色响应，具有与电学氢气传感器类似的响应时间，达到秒级变色响应；而且变色前后颜色对比显著，便于清晰直观地识别氢气泄漏的状况。

技术研发人员：刘欢,杨哲,王林,陶彬,张健中,石宁,张卫华,王振中,赵雯晴,丁莉丽
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1