[發明專利]一種摻氫天然氣管道泄漏監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202110636057.0
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113175627A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉武;趙東輝;黃彬;任哲
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06;F17D1/02;G01M3/04;G01N21/41
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• 代理人: 暫無信息

1.一種摻氫天然氣管道泄漏監測裝置，其特征在于：包括摻氫天然氣管線(1)、法蘭(2)、法蘭墊片(3)、螺栓(4)、第一密封殼體(5)、第二密封殼體(6)、密封墊片(7)、第一耳板(8)、第二耳板(9)、第三耳板(10)、第四耳板(11)、聲光報警裝置(12)、信號處理系統(13)、微透鏡型光纖氫傳感器(14)、第一半環形膠塞(15)、第二半環形膠塞(16)、第三半環形膠塞(17)、第四半環形膠塞(18)、第一手輪傳動膠塞密封裝置(19)、第二手輪傳動膠塞密封裝置(20)、第三手輪傳動膠塞密封裝置(21)、第四手輪傳動膠塞密封裝置(22)；

所述摻氫天然氣管線(1)內端固結法蘭(2)，所述法蘭(2)內端面夾持法蘭墊片(3)，所述法蘭(2)通過螺栓(4)連接，所述第一密封殼體(5)、第二密封殼體(6)中間夾持密封墊片(7)，通過第一耳板(8)、第二耳板(9)、第三耳板(10)、第四耳板(11)連接，所述第一密封殼體(5)上安裝有聲光報警裝置(12)和信號處理系統(13)，所述微透鏡型光纖氫傳感器(14)安裝在第一密封殼體(5)、第二密封殼體(6)內側，所述摻氫天然氣管線(1)和第一密封殼體(5)中間夾持第一半環形膠塞(15)、第三半環形膠塞(17)進行密封，與第二密封殼體(6)中間夾持第二半環形膠塞(16)、第四半環形膠塞(18)進行密封，所述第一手輪傳動膠塞密封裝置(19)與第一半環形膠塞(15)連接調節膠塞密封程度。

2.根據權利要求1所述的摻氫天然氣管道泄漏監測裝置，其特征在于：所述第一手輪傳動膠塞密封裝置(19)、第二手輪傳動膠塞密封裝置(20)、第三手輪傳動膠塞密封裝置(21)、第四手輪傳動膠塞密封裝置(22)為相同型號規格，所述第一手輪傳動膠塞密封裝置(19)包括轉輪(191)、傳動軸(192)、傳動齒條(193)、傳動齒輪(194)、凸塊(195)；

所述轉輪(191)連接傳動軸(192)，所述傳動軸(192)末端連接傳動齒輪(194)，所述傳動齒輪(194)與傳動齒條(193)嚙合，所述傳動齒條(193)末端連接凸塊(195)，所述凸塊(195)被第一半環形膠塞(15)包裹固定。

3.根據權利要求1所述的摻氫天然氣管道泄漏監測裝置，其特征在于：所述微透鏡型光纖氫傳感器(14)包括光源(141)、單模光纖(142)、耦合器(143)、傳感探頭(144)，光電探測器(145)；

所述光源(141)采用半導體激光二極管，所述光源(141)通過單模光纖(142)與耦合器(143)連接，所述傳感探頭(144)位于單模光纖(142)末端，所述光電探測器(145)與耦合器(143)連接，光電探測器(145)利用光電效應將傳感探頭(144)探測到的反應氫氣濃度信息的光信號轉換為電信號。

4.根據權利要求3所述的摻氫天然氣管道泄漏監測裝置，其特征在于：所述傳感探頭(144)包括纖芯(148)、包層(147)、鈀膜(146)，包層(147)包裹在纖芯(148)外層，單模光纖(142)末端端面上蒸鍍一層厚度為10～20nm的鈀膜(146)。

5.根據權利要求1所述的摻氫天然氣管道泄漏監測裝置，其特征在于：所述信號處理系統(13)包括數據采集子模塊(131)、單片機(132)、A/D轉換(133)、異步收發傳輸器(134)、上位機(135)、I/O單元(136)；

所述數據采集子模塊(131)將采集到的電信號經A/D轉換(133)為數字信號再送往單片機(132)進行數據處理，單片機(132)通過異步收發傳輸器(134)向上位機(135)傳輸采集的數據，所述上位機(135)完成數據的轉換處理并分析和儲存，當氫氣濃度達到爆炸下限的25％時，通過單片機(132)的I/O單元(136)自動啟動聲光報警裝置(12)。

6.一種摻氫天然氣管道泄漏監測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：將規格相同的多個傳感探頭(144)組成微透鏡型光纖氫傳感器(14)安裝在第一密封殼體(5)、第二密封殼體(6)內側，第一密封殼體(5)、第二密封殼體(6)通過耳板連接，其中第一耳板(8)與第二耳板(9)通過螺栓連接、第三耳板(10)與第四耳板(11)通過螺栓連接；

S2：第一密封殼體(5)與管道本體之間通過第一半環形膠塞(15)、第三半環形膠塞(17)密封，第二密封殼體(6)與管道本體之間通過第二半環形膠塞(16)、第四半環形膠塞(18)密封，4個半環形膠塞規格相同；

S3：通過規格相同的第一手輪傳動膠塞密封裝置(19)、第二手輪傳動膠塞密封裝置(20)、第三手輪傳動膠塞密封裝置(21)、第四手輪傳動膠塞密封裝置(22)調整密封殼體與管道本體之間的密封程度，轉動轉輪(191)帶動傳動軸(192)，傳動軸(192)末端連接傳動齒輪(194)，傳動齒輪(194)與傳動齒條(193)嚙合，傳動齒條(193)末端連接凸塊(195)，凸塊(195)與第一半環形膠塞(15)連接，通過轉輪191調節管道本體與密封殼體之間的密封程度；

S4：微透鏡型光纖氫傳感器(14)通過傳感探頭(144)檢測密封殼體內氫氣濃度，當光波從光纖一端射入到達光纖另一端時，光波在光纖末端鈀膜(146)的表面產生反射，鈀膜(146)會與氫氣產生可逆化學反應導致在鈀膜(146)端面新生成氫化物的折射率隨氫氣濃度值變化而變化，因此改變了反射回來的光波強度。不同濃度的氫氣導致氫化物的折射率不同，可建立氫氣濃度與反射光強度變化的關系；

S5：將反應氫氣濃度信息的光信號經光電探測器(145)轉換為電信號，電信號在單片機(132)上通過A/D轉換(133)為數字信號，再通過異步收發傳輸器(134)向上位機(135)傳輸采集的數據，上位機(135)完成數據的轉換處理、分析和儲存；

S6：聲光報警裝置(12)、信號處理系統(13)安裝在第一密封殼體(5)上，當氫氣濃度達到爆炸下限的25％時，通過單片機(132)的I/O單元(136)自動啟動聲光報警裝置(12)。