一种输氢管道泄漏监测及保护控制系统

技术领域

本发明涉及输氢管道安全技术领域，具体涉及一种输氢管道泄漏监测及保护控制系统。

背景技术

输氢管道发展时间较晚，目前还没有确切的规范指导文献，由于氢气的物性特性与天然气相近，因此在氢气的实际工程作业中多借鉴天然气管理方法。目前天然气管道的泄漏监测主要通过直接检漏法、流量/质量平衡法、次声波法、光纤温度传感技术，泄漏燃气检测器布置原则参考GB/T 50493—2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》、GB/T 50493-2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》。

但由于氢的密度、可燃极限、燃烧速度、最小点火能量等燃爆特性与天然气差异很大，在同等条件下管道失效泄漏导致的氢气扩散、燃烧、爆炸机理十分不同，具有更高的危险性，因此在实际输氢管道设计、建造、使用、监测过程中，不宜直接参照天然气管道相关方案方法进行监测和防护。

公告号为CN 214948238 U的专利公开了一种氢气埋地管道套管装置，通过对氢气埋地管道外围设置保护套，与氢气管道之间形成环形空腔，用压力传感器监测送气管道支路压力变化判断是否泄漏。但由于送气管路位置单一，空腔内气体流向复杂，压力传感器用于高压管路不够敏感，很难及时检测到氢气泄漏，而且泄漏后没有关断气源的装置，即使关断气源，管道内存有的大量气体也会继续排出，安全风险依然很高，且维修不便，套管支撑架也会使管道出现应力集中，降低整体强度。公布号为CN 114413186 A的专利公开了一种氢气输送用复合管道及氢气泄漏监测方法，使用塑料管道并用聚合物材料包裹，通过传感器监测系统进行氢气泄漏监测。由于氢具有高渗透性，对聚合物材料尤为显著，在高压情况下很容易因此发生整体性泄漏，而且将传感器布置在包裹材料中，很难及时检测到氢气泄漏。

综上所述，针对输氢管道泄漏监测问题，现有的解决方法和措施并不能有效的实施，仍需要进一步改进。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种输氢管道泄漏监测及保护控制系统，在不损害输氢管道本体结构的情况下，实时检测、定位、并处理氢气泄漏的监测系统，同时提供了对输氢管道本体的防护，降低了氢气泄漏的危害影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种输氢管道泄漏监测及保护控制系统，包括输氢管道1，输氢管道1外层依次同轴心布置金属镂空夹层2、和外管3，所述输氢管道1和金属镂空夹层2通过密封支撑4支撑，形成环形空间5；

所述输氢管道1外侧布置排空点火系统16、管道防护密闭装置17、检测控制装置18。

所述外管3用于安装检测控制装置18，所述检测控制装置18包括环形空间排空点火系统12和输氢管道排空点火系统16，所述输氢管道排空点火系统16安装在输氢管道1上，输氢管道排空点火系统16连接电磁阀15，排空点火系统16上安装有喷嘴13；

所述环形空间排空点火系统12安装在外管3上，排空点火系统12连接电磁阀14。

所述电磁阀14和电磁阀15之间所对应金属镂空夹层2上安装有一个或多个氢气检测装置6，用于监测环形空间5内压力或气体浓度状态，同时能够对输氢管道1泄漏出来的高压氢气射流起到节流降压的作用，防止高压射流冲破外管3造成更大的危害；所述氢气检测装置6为压力传感器、光电检测装置；

所述氢气检测装置6安装于金属镂空夹层2上。

所述外管3上安装有带有净化装置10的惰性气体注入装置9、压力传感器8、压力表11和环形空间的排空点火系统；

所述净化装置10用于净化惰性气体注入装置9提供的惰性气体。

所述输氢管道1用于输送氢气，所述输氢管道1是金属耐高压管道，且内壁涂敷有高分子涂层，外管3耐微正压(<0.12MPa)，金属镂空夹层2安装于输氢管道1和外管3之间。

所述环形空间5上连通有惰性气体注入系统9，惰性气体注入系统9用于向环形空间5充入惰性气体，维持环形空间5微正压。

所述密封支撑4间隔设置。

所述输氢管道1上间隔一定距离安装有关断阀门7，用于关断出现泄漏的输氢管道1管段；

在两个关断阀门7之间，密封支撑4，输氢管道1和外管3构成环形空间5，且两个关断阀门7之间仅存在一个环形空间5，其内部压力保持不大于0.12MPa的微正压。

两个关断阀门7之间安装有至少两个压力传感器8，用于监测环形空间5内的压力变化，两个关断阀门7之间安装有至少一个压力表11，用于读取环形空间5内的压力。

两个关断阀门7之间至少安装有一个惰性气体注入装置9，其通过净化装置10与环形空间5联通，用于向环形空间5内注入惰性气体，净化装置10用于净化惰性气体注入装置9内的水分等杂质；两个关断阀门7之间至少安装有电磁阀14和电磁阀15，电磁阀14通过管道和环形空间5联通，电磁阀15通过管道和输氢管道1联通。

一种输氢管道泄漏监测及保护控制系统的运行方法，包括以下步骤；

当环形空间5内压力高于0.12MPa时，电磁阀14打开泄压，点火装置12持续点火，用于将泄漏进入环形空间5内的氢气外排并燃烧处理；

当关断阀门7关断时，电磁阀15打开，输氢管道1内的氢气经电磁阀15后从喷嘴13喷出管道，点火装置16持续点火，用于将关断阀门7之间输氢管道1内的氢气外排并燃烧处理，降低管道泄漏及维修风险；

当安装于金属镂空夹层2上的氢气监测装置6检测到压力或者氢气浓度信号，同时压力传感器8检测到压力信号时，氢气监测装置6或者压力传感器8前后的两个关断阀门7同时关断，同时电磁阀14和电磁阀15打开，点火装置12和点火装置16工作，将外排氢气燃烧处理。

本发明的有益效果：

(1)当输氢管道或周围设置检测控制装置时，在一定程度上会降低管道的整体强度和结构，由于氢气具有高渗透性和腐蚀性，很容易因此发生泄漏、燃烧、爆炸等事故，而且当事故发生时，管道或周围存在检测装置等障碍物，会进一步扩大事故的危害。本发明提供的输氢管道监测控制系统，可以在不损害输氢管道本体结构的情况下，实时检测、上传、记录输氢管道运行状态。

(2)当输氢管道出现泄漏事故时，检测控制系统可以及时动作，并通过所在环形密闭区域准确定位泄漏区域，避免氢气进一步扩散影响其他区域，由于泄漏的氢气直接进入了密闭空间的惰性环境，避免泄漏带压氢气与大气直接接触。在泄漏的同时，联锁启动输氢管道和外管的排空点火系统，泄放并主动燃烧输氢管道内的高压氢气以及已泄漏至环形空间的部分降压氢气，极大降低了火灾、爆炸等事故发生的概率。

(3)布置管道防护装置同时避免了输氢管道直接接触外界环境，降低了环境温度、湿度、酸碱度、第三方破坏等对输氢管道的影响。

(4)金属镂空夹层上安装检测控制装置既可避免输氢管道整体强度的降低。相比于将氢气检测装置布置在外管，其响应速度也得到相应的提升。而且在内外管之间布置金属镂空夹层也可以减少输氢管道泄漏出的高压氢气对外管的冲击，对外管的强度要求可有所降低。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，如图1所示，本发明公开了一种输氢管道泄漏监测及保护控制系统，包括：环形空间排空点火系统12、输氢管道排空点火系统16、管道防护密闭装置17、检测控制装置18，防护密闭装置17布置在输氢管道1外侧，在输氢管道1之间充满惰性气体，金属镂空夹层2、输氢管道1与外管3之间设有密封支撑4，密封支撑4间隔设置，与输氢管道1和外管3之间形成一定范围的环形密闭空间5，且其中充满惰性气体，外管3可选材料包括PVC、钢等，外管3用于安装检测控制装置18，以及输氢管道1的外层防护，金属镂空夹层2用于安装氢气检测装置6并对泄漏带压氢气起到减压作用以降低泄漏氢气对外管的冲击，密封支撑4用于支撑输氢管道1、金属镂空夹层2和管道防护装置17之间的整体结构，间隔距离可灵活安排，当发生泄漏事故时防止氢气发生火灾、爆炸、以及进一步泄漏，环形密闭空间5的存在使输氢管道1出现氢气泄漏时，检测装置会立刻在某个环形密闭空间检测到氢气，可以准确定位氢气泄漏的区域，避免氢气进一步扩散影响其他区域，惰性气体环境会极大降低氢气发生火灾、爆炸的概率。输氢管道排空点火系统16安装在输氢管道1上，当检测装置检测到氢气泄漏时，连锁打开电磁阀15，将输氢管道1内的氢气排至大气，并在喷嘴13附近通过排空点火系统16主动燃烧。与此同时，启动套管式外管3上的排空点火系统12，即打开电磁阀14并通过排空点火系统12主动燃烧该管段已泄漏至环形空间的氢气。从而避免了氢气直接泄漏至大气中而可能造成的燃烧、爆炸等事故，提高氢气运输的安全性和可靠性。

所述相邻的关断阀门7之间所对应金属镂空夹层2上安装有一个或多个氢气检测装置6，用于监测环形空间5内压力或气体浓度状态，所述氢气检测装置6为压力传感器、光电检测装置。

所述氢气检测装置6检测到异常信号后，检测装置6前后布置的关断阀门7立即关断，同时联锁启动环形空间排空点火系统12和输氢管道排空点火系统16，以耗尽该管段氢气。

如图2所示，检测控制装置18包括：压力传感器8、惰性气体注入装置9、净化装置10、压力表11，用于实时监测外管3、密封支撑4、输氢管道1之间环形密闭空间5的状态参数，净化装置10用于净化惰性气体注入装置9提供的惰性气体，避免影响整个系统的正常运行，传感器等检测装置是实际布置时，根据管道自身参数、环境条件、实际需求等因素灵活选择，不同区域的传感器类型可选择一种、或多种结合使用，间隔范围根据实际情况和需要灵活选择。