一种检测输氢管道氢气泄漏的装置及方法

技术领域

本发明涉及检测装置技术领域，尤其涉及一种检测输氢管道氢气泄漏的装置及利用该装置检测氢气泄漏的方法。

背景技术

随着氢气的广泛应用，人们越来越重视氢气使用过程中的安全问题。现有技术中，氢气的制储运过程均需要通过输氢管道进行氢气的输送，为保证经济效益，输氢管道内压力通常远高于外界环境压力，在长时间的使用中，输氢管道不可避免地面临因阀门失效、接头松动和焊缝破裂等导致的氢气泄漏。为保证氢气制储运过程的安全，输氢管道的泄漏检测工作尤为重要。

目前管道泄漏检测与定位领域的主流泄漏检测方法是将压力传感器安装至管道内部，利用负压法进行泄漏检测。传统的负压法需要在管道上进行开口处理，增加管道复杂程度，且传感器的设置会破坏管道内部压力分布，影响泄漏检测和定位的精确度。氢气是一种易泄漏的可燃性气体，对输氢管道进行开口处理会增加氢气泄漏的风险，且氢气会和金属发生氢脆现象，不宜直接接触传感器件。因此，目前迫切需要有效测定输氢管道的泄漏并准确找到泄漏点位置的方法。

发明内容

有鉴于此，为实现能够有效测定输氢管道的泄漏并准确找到泄漏点位置的目的，一方面，本发明提供了一种检测输氢管道氢气泄漏的装置，其通过安装在输氢管道两端的加速度传感器对因管道震动而引起的电压波动信号进行采集，并将电压波动信号传输至计算机端，计算机端对两端的电压波动信号进行分析计算，最终确定泄漏口的位置，其能够增加定位精确度，降低安装难度和后期维护成本，减少因管道长期输送气体产生震动对传感器的损伤和器件的位移风险。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种检测输氢管道氢气泄漏的装置，包括：

加速度传感器，其分别位于所述输氢管道的两端且紧固于所述输氢管道的外壁；

计算机端，其用于接收所述加速度传感器传输的电压波动信号，并经过计算确定泄漏口的位置。

优选地，所述加速度传感器为卡扣式加速度传感器；

所述卡扣式加速度传感器利用卡扣将加速度传感器紧固在所述输氢管道的外壁。

优选地，所述卡扣与所述输氢管道的外壁间设置有防滑垫。

另一方面，本发明提供了利用上述检测输氢管道氢气泄漏的装置检测氢气泄漏的方法，包括如下步骤：

当氢气泄漏时，所述加速度传感器将捕捉到的电压波动信号传输至所述计算机端；

所述计算机端将电压波动信号转换为时频信号，根据两端信号的时差和位于输氢管道的两端的所述加速度传感器之间的距离定位输氢管道泄漏口的坐标。

本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

1)本发明提供的检测输氢管道氢气泄漏的装置，避免了因管道开口处理带来的氢气泄漏风险和氢脆现象对传感器的损伤；

2)本发明提供的检测输氢管道氢气泄漏的装置及方法，通过在管道两端设置传感器并将两组电压信号转化为时频数据处理，增加了定位的精确度；

3)本发明提供的检测输氢管道氢气泄漏的装置，降低了安装难度和后期维护成本，减少因管道长期输送气体产生震动对传感器的损伤和器件的位移风险。

附图说明

图1为本发明安装在输氢管道上的示意图；

图2为本发明中的卡扣式传感器示意图；

图3为本发明检测氢气泄漏方法的步骤示意图；

图中，1.卡扣式加速度传感器，2.输氢管道，3.加速度传感器，4.螺母，5.螺丝，6.防滑垫，7.卡扣。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、2所示，本发明提供了一种检测输氢管道氢气泄漏的装置，包括：

加速度传感器3，其分别位于所述输氢管道2的两端且紧固于所述输氢管道2的外壁；

计算机端(图中未示出)，其用于接收所述加速度传感器3传输的电压波动信号，并经过计算确定泄漏口的位置。

本发明提供的上述检测输氢管道氢气泄漏的装置中，通过将加速度传感器3紧固于所述输氢管道2的外壁，避免了因输氢管道2开口处理带来的氢气泄漏风险和氢脆现象对传感器的损伤。

本发明中，当输氢管道2内氢气泄漏时，气流引起管道壁产生异常震动，利用设置于输氢管道2两端的外壁的加速度传感器3可精确捕捉到因管道壁的异常震动而导致的加速度传感器3产生电压波动信号。两个加速度传感器3将捕捉到的电压波动信号传输给计算机端进行处理，计算机端通过短时傅里叶变换或小波变换将电压波动信号转换为时频信号，根据两端加速度传感器信号时差和间距计算出管道泄漏口坐标。

本发明中，加速度传感器3与计算机端优选通过数据线进行电压波动信号的传输，也可以选择通过无线传输，可根据实际需要进行选择。

本发明中，输氢管道2两端的加速度传感器3之间留有一定距离，保证定位结果的准确性。

在本发明中，所述加速度传感器为卡扣式加速度传感器1；

所述卡扣式加速度传感器1利用卡扣7将加速度传感器3紧固在所述输氢管道2的外壁，即，通过卡扣7扣合至输氢管道2的外壁后通过螺丝5和螺母4进行紧固。

在本发明中，所述卡扣7与所述输氢管道2的外壁间设置有防滑垫6，防止传感器因管道震动发生位移。

另一方面，如图3所示，本发明提供了利用上述检测输氢管道氢气泄漏的装置检测氢气泄漏的方法，包括如下步骤：

当氢气泄漏时，所述加速度传感器3将捕捉到的电压波动信号传输至所述计算机端；

所述计算机端将电压波动信号转换为时频信号，根据两端信号的时差和位于输氢管道的两端的所述加速度传感器3之间的距离定位输氢管道泄漏口的坐标。

本发明的工作原理如下：

计算机端对两端加速度传感器3输出的电压信号进行实时监控。

若输氢管道2未发生泄漏，此时电压信号视作环境噪音，不触发警报。

若输氢管道2发生泄漏，由于管内和管外大空间的压力差，管内氢气快速通过破裂口泄漏至管外。这一过程中，管内气体和管壁的相互作用诱发震动并以对称波形式向输氢管道2两端传播。输氢管道2两端的加速度传感器3因和管壁紧贴而随着管壁同频震动，加速度传感器3由于震动产生与环境噪声不同的电压波动信号。泄漏点距两端加速度传感器3距离不同，因泄漏产生的振动波传递至两端加速度传感器的时间不同。计算机端记录两端加速度传感器3电压信号突变时间点，计算电压信号发生波动的时间差Δt，利用时差法算得泄漏点坐标，输出泄漏坐标并触发警报。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。