一种氢气管道安全保障系统及方法

技术领域

本发明涉及可燃性气体管道领域，尤其是涉及一种氢气管道安全保障系统及方法。

背景技术

氢气管道作为涉氢类实验室、厂房、设施的必要设施。由于氢气有易爆的特点，特别是当管道内压力超压，可能造成后果为连接件脱开，冲坏后端低承压件；当温度过高，可能造成后果为管道内氢气爆炸；当流速过大，与管壁摩擦增强，易形成静电火花，导致爆炸，故保证氢气管道安全成为涉氢场所的重要环节。

现有技术的氢气管道，根据国标要求，仅在管道末端设置放空管，以及泄压阀，未对氢气流速、温度、气源切断等设置安全措施。现有技术还存在缺点，氢气放空管道仅能通过手动球阀在现场操作，无法做到马上执行操作；当现场存在危险状况，例如火灾、爆炸时，更可能无法操作。当今行业通常只对氢气外漏的进行安全保障，忽略氢气管道内部氢气的安全。此外，也缺乏针对性地对流速进行监测，无法知晓氢气管道流速是否超标，存在爆炸风险。此外，现有技术中也缺少综合汇总氢气管道信息，例如温度、压力这些管道内部信息，缺乏氢气管道整体上的安全保障。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氢气管道安全保障系统及方法，本发明从流速、温度、压力等多维度对管道内氢气进行实时监测，针对不同的异常项自动采取安全措施，保证了用氢安全。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明公开了一种氢气管道安全保障系统，所述系统包括：监测元件、执行元件、控制元件；

其中，监测元件包括：防爆温度传感器、防爆压力传感器和防爆氢气流量计；

防爆温度传感器安装于氢气主管道防爆氢气切断电磁阀后端，防爆压力传感器安装于防爆温度传感器后端，防爆氢气流量计安装于防爆压力传感器后端；

执行元件包括：防爆氢气切断电磁阀、防爆氢气排空电磁阀、防爆声光报警器、泄压阀、手动球阀；

防爆氢气切断电磁阀安装于氢气主管道最前端，防爆氢气排空电磁阀安装于氢气主管道末端氢气排空管道处，防爆声光报警器安装于氢气管道的涉氢区域，泄压阀安装于氢气主管道末端氢气排空管道处，手动球阀安装于氢气主管道末端氢气排空管道处，手动球阀、防爆氢气排空电磁阀与泄压阀三者并联安装；

控制元件包括：控制柜和控制电脑；控制柜通过内部集成的控制器与监测元件、执行元件以及控制电脑连接。

可选地，所述控制电脑安装有控制所述系统的软件。

进一步地，所述控制电脑安装于控制室或室外非涉氢区域。

可选地，所述控制柜安装于控制室或室外非涉氢区域。

第二方面，本发明公开了一种氢气管道安全保障方法，该方法基于上述中的一种氢气管道安全保障系统，包括以下步骤：

步骤1：通过防爆氢气流量计、防爆温度传感器、防爆压力传感器采集氢气流速、温度和压力信号；

步骤2：控制柜采集并汇总所述信号发送至控制电脑；

步骤3：控制电脑对所述的信号进行处理，通过内置程序，控制执行元件执行动作。

进一步地，步骤3中的所述控制执行元件执行动作具体包括：当压力传感器探测到管道内氢气管道超压时，报警提示并自动切断管道氢气供给，自动将管道内氢气排空。

进一步地，步骤3中的所述控制执行元件执行动作具体包括：当温度传感器探测到管道内氢气管道超温时，报警提示并自动切断管道氢气供给，自动将管道内氢气排空。

进一步地，步骤3中的所述控制执行元件执行动作具体包括：当流量计探测到管道内氢气超过设定流速时，报警提示；如果短时间氢气流速仍超设定值，则自动切断管道氢气供给。

进一步地，若所述监测元件失效，则通过泄压阀排出超压部分氢气。

进一步地，若氢气管道安全保障系统失效，则通过手动排空球阀手动排出氢气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过控制器采集并汇总监测元件信号，通过控制电脑的内置程序，控制执行元件执行报警、切断气源、自动排空等动作，从而保证氢气管道安全，弥补了当今行业通常只对氢气外漏的进行安全保障，忽略氢气管道内部氢气的安全。

(2)本发明通过在氢气排空管道设置泄压阀，便于传感器失效的情况下被动排出超压部分氢气，保障氢气管道安全。

(3)本发明通过对管道内氢气压力、温度、流速等多维度对管道内氢气进行监测使用氢气的过程中，并能根据不同情况自动进行联动处理，保证氢气管道的用氢安全。

(4)本发明通过设置手动排空球阀，实现了氢气管道安全保障系统全部失效时的底线保障作用，通过多层次的安全保障设置，适应了对不同情形的保障作用，实现了对氢气管道的全方位保护。

附图说明

图1为本发明的系统具体结构示意图；

图2为本发明的方法流程示意图。

附图标记：图1：1、防爆氢气切断电磁阀；2、防爆压力传感器；3、防爆温度传感器；4、防爆氢气流量计；5、泄压阀；6、手动球阀；7、防爆氢气排空电磁阀；8、防爆声光报警器；9、集成控制器的控制柜；10、安装有控制软件的控制电脑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种氢气管道安全保障的系统，该系统包括监测元件、执行元件、控制元件。

其中，监测元件为：防爆氢气流量计、防爆温度传感器、防爆压力传感器；执行元件为：防爆氢气切断电磁阀、防爆氢气排空电磁阀、防爆声光报警器、泄压阀和手动球阀；控制元件为：集成控制器(PLC)的控制柜和安装有控制软件的控制电脑。

本系统中的监测元件、执行元件、控制元件具体安装位置为：防爆氢气流量计、防爆温度传感器、防爆压力传感器安装于氢主管道之上。具体地，氢气管道的前端与后端以氢气流动方向确认。防爆温度传感器安装于氢气主管道防爆氢气切断电磁阀后端，防爆压力传感器安装于防爆温度传感器后端，防爆氢气流量计安装于防爆压力传感器后端，所述监测元件均安装在手动球阀、防爆氢气排空电磁阀与泄压阀的前端。

防爆氢气切断电磁阀安装于氢气主管道前端，防爆氢气排空电磁阀并联安装于氢气末端排空管道，防爆声光报警器安装于管道附近的涉氢区域，泄压阀并联安装于氢气末端排空管道，手动球阀安装于氢气末端排空管道，其中，手动球阀、防爆氢气排空电磁阀与泄压阀三者并联安装于氢气末端排空管道。

集成控制器的控制柜、安装有控制软件的控制电脑安装于控制室或室外非涉氢区域，控制柜通过内部集成的控制器与监测元件、执行元件以及控制电脑连接。

实施例2

如图2所示，本发明公开了一种氢气管道安全保障的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：通过防爆氢气流量计、防爆温度传感器、防爆压力传感器采集氢气流速、温度和压力信号；

步骤2：控制柜采集并汇总监测元件信号，发送至控制电脑；

步骤3：控制电脑对所述的信号进行处理，通过内置程序，控制执行元件执行报警、切断气源、自动排空等动作。

具体而言，当压力传感器探测到管道内氢气管道超压时，报警提示并自动切断管道氢气供给，自动将管道内氢气排空。具体地，氢气管道超压的判断需要根据氢气管道使用情况以及管道壁厚确定。

当温度传感器探测到管道内氢气管道超温时，报警提示并自动切断管道氢气供给，自动将管道内氢气排空。具体地，氢气管道的安全温度范围为-40℃到60℃，当氢气管道温度超过60℃时，则属于超温的情形。

当流量计探测到管道内氢气超流速时，报警提示，如短时间氢气流速仍超设定值，则自动切断管道氢气供给。具体地，在氢气管道为不锈钢管情况下，氢气安全流速为15m/s。

此外，在氢气排空管道设置泄压阀，当传感器失效的情况下，通过泄压阀被动排出超压部分氢气。

在氢气排空管道设置有手动排空球阀，当整个系统失效的情况下，采用手动排出氢气，保障氢气管道安全。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。