[发明专利]稳态氢气消耗量检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种稳态氢气消耗量检测系统，其特征在于，在高压气瓶(1)的瓶阀(9)连接的主管路上依次安装有瓶口电磁阀(10)、卡套式接头(11)、可拆卸管路旋拧阀(12)、干路电磁阀(13)，干路手动阀(14)，第一级减压阀(15)、安全阀(16)、第二级减压阀(17)、流量控制器(18)和阻火器(19)：

在可拆卸管路旋拧阀(12)和干路电磁阀(13)之间的主管路两侧安装有吹扫用氢气瓶(21)和吹扫用氮气瓶(20)的两个支路管路；干路电磁阀(13)和干路手动阀(14)之间的主管路一侧安装有依次连接的单向阀(22)、加注管路手动阀(23)和加注接口(24)的一个支路管路；

高压气瓶(1)的瓶阀(9)上集成有瓶阀压力传感器(6)、瓶阀温度传感器(8)和瓶阀泄压阀(7)；

高压气瓶(1)的尾堵(4)集成有尾堵压力传感器(3)、尾堵温度传感器(2)和尾堵泄压阀(5)。

2.根据权利要求1所述的一种稳态氢气消耗量检测系统，其特征在于，所述尾堵(4)上的尾堵压力传感器(3)和尾堵温度传感器(2)的传感器探头伸入高压气瓶(1)瓶内，直接接触气体进行测量。

3.根据权利要求1所述的一种稳态氢气消耗量检测系统，其特征在于，卡套式接头(11)从主管路上拆开，将高压气瓶(1)、瓶口电磁阀(10)和卡套式接头(11)组成的称量区(100)从主管路上独立出来，瓶口电磁阀(10)和可拆卸管路旋拧阀(12)分别密封被拆卸开的卡套式接头(11)左右两段管路。

4.一种稳态氢气消耗量检测方法，其特征在于，所述稳态氢气消耗量检测是在下述系统中进行，该系统为在高压气瓶(1)的瓶阀(9)连接的主管路上依次安装有瓶口电磁阀(10)、卡套式接头(11)、可拆卸管路旋拧阀(12)、干路电磁阀(13)，干路手动阀(14)，第一级减压阀(15)、安全阀(16)、第二级减压阀(17)、流量控制器(18)和阻火器(19)：

在可拆卸管路旋拧阀(12)和干路电磁阀(13)之间的主管路两侧安装有吹扫用氢气瓶(21)和吹扫用氮气瓶(20)的两个支路管路；干路电磁阀(13)和干路手动阀(14)之间的主管路一侧安装有依次连接的单向阀(22)、加注管路手动阀(23)和加注接口(24)的一个支路管路；

高压气瓶(1)的瓶阀(9)上集成有瓶阀压力传感器(6)、瓶阀温度传感器(8)和瓶阀泄压阀(7)；

高压气瓶(1)的尾堵(4)集成有尾堵压力传感器(3)、尾堵温度传感器(2)和尾堵泄压阀(5)；具体检测包括如下步骤：

步骤一.将装有氢气的高压气瓶(1)和瓶口电磁阀(10)组成的称量区(100)放置在电子天平上称重，记录下此时称量区(100)的重量；

步骤二.通过卡套式接头(11)将称量区(100)的管路与主管路连接，管路中各电磁阀均为常闭状态；

步骤三.将管路系统通电后，开始实时采集高压气瓶(1)的瓶阀(9)和尾堵(4)两处压力传感器和温度传感器的压力和温度值，打开瓶口电磁阀(10)、可拆卸管路旋拧阀(12)、干路电磁阀(13)和干路手动阀(14)后，开启吹扫用氢气瓶(21)，将第一级减压阀(15)后的压力调节至20-25bar、将第二级减压阀(17)后的压力调节至2-5bar，流量控制器(18)的流量值设定为50-100NL/min，吹扫该管路30-60秒后，关闭吹扫用氢气瓶；

步骤四.将流量控制器(18)的流量值设定为工况值，开启高压气瓶(1)，放气至瓶内压力降低1-2MPa后关闭，静置不少于20分钟后，系统断电，并旋紧可拆卸管路旋拧阀(12)，将称量区(100)从卡套式接头(11)处拆下，放置在电子天平上称重；待电子天平读数稳定后，将精度为M4的砝码从大至小逐个放置在电子天平上，直至电子天平读数与步骤一中读数一致，记录下此时的砝码总重量，即可得出一组氢气的消耗量；

将在高压气瓶(1)的瓶阀(9)和尾堵(4)两处测量点实时采集的压力和温度值绘制成曲线，并分别将放气前后压力和温度的稳定值代入公式：

z(p,T)=1+Σi=26Σj=12vij(p/1MPa)i-1(T/100K)njj---(1)]]>

和Δm=Mp2Vz2RT2-Mp1Vz1RT1---(2)]]>

得到温度压力法计算的瓶口和瓶尾氢气消耗质量；

其中式(1)适用于温度范围为200-400开尔文、压力在45兆帕下的氢气；z-压缩因子；p-氢气压力，兆帕；T-氢气温度，开尔文；

常数V_ij和n_ij的值如下表所示：

式(2)中，

M-氢气的摩尔质量，0.002016千克/摩尔；

R-气体常数，8.314472焦耳/(摩尔·开尔文)；

V-高压气瓶1atm，15℃时总的水容积，立方米；

P₁-放气前氢气压力，帕；P₂-放气后氢气压力，帕；

T₁-放气前氢气温度，开尔文；T₂-放气后氢气温度，开尔文；

Δm-温度压力法计算的氢气的消耗质量；千克；

步骤五.不将称量区(100)装入主管路，将管路系统通电，打开吹扫用氮气瓶(20)，将第一级减压阀(15)后的压力调节至20～25bar，将第二级减压阀(17)后的压力调节至2～5bar，流量控制器(18)的流量值设定为30～100NL/min，放气30～60秒后，关闭吹扫用氮气瓶(20)，并旋紧干路手动阀(14)。