[发明专利]一种铝水反应制氢装置的故障检测方法

权利要求书

1.一种铝水反应制氢装置的故障检测方法，包括：

步骤S1：建立铝水反应制氢装置结构模型；

步骤S2：建立铝水反应制氢装置的水滴蒸发和反应模型；

步骤S3：基于水滴蒸发和反应模型建立铝水反应制氢装置的传热模型；

步骤S4：基于传热模型和反应器结构模型仿真计算铝水制氢过程中铝水反应制氢装置管壁温度分布变化；

步骤S5：基于管壁温度分布变化和铝水反应制氢装置结构参数预测铝水反应制氢装置故障点；

其中，步骤S3具体包括建立铝水反应制氢装置参考坐标系，根据水滴蒸发和反应模型中水滴的上升高度对铝水反应制氢装置进行分区，获得内热源区、内热源衰减区和非内热源区；步骤S5之后还包括统计历史制氢过程中各时刻的铝水反应制氢装置底部杂质历史高度和历史产氢量，基于铝水反应制氢装置底部杂质历史高度和历史产氢量预测杂质超量故障。

2.根据权利要求1所述的铝水反应制氢装置的故障检测方法，其特征在于：

所述基于铝水反应制氢装置底部杂质历史高度和历史产氢量预测杂质超量故障包括；

拟合各时刻的铝水反应制氢装置底部杂质历史高度和历史产氢量之间的关系；

获取当前制氢过程的氢产量需求，基于各时刻的铝水反应制氢装置底部杂质历史高度和历史产氢量之间的关系预测当前制氢过程的杂质预测高度；

若杂质预测高度大于杂质高度阈值，则预测当前制氢过程会发生杂质超量故障。

3.根据权利要求1所述的铝水反应制氢装置的故障检测方法，其特征在于：

所述步骤S2具体包括，统计历史铝水制氢反应过程中反应水进水管的温度变化，确定制氢反应时间阈值，根据铝水制氢反应时间计算单位体积的内热源散发的热量：

其中，为铝水制氢反应时间的内热源单位体积散发的热量，为制氢反应时间阈值，为单个水滴在第一时间段内产生的热量，为单个水滴在第二时间段内产生的热量，、分别为第一时间段和第二时间段进水管阀门开关系数，为进水管的体积，为单个水滴的体积，为铝水反应制氢装置圆柱体底面半径，为第一时间段内水滴能够到达的高度，为水滴上升高度衰减系数。

4.根据权利要求1所述的铝水反应制氢装置的故障检测方法，其特征在于：

所述对铝水反应制氢装置进行分区，具体包括：

内热源区圆柱体下底面圆心坐标为，底面半径为，上顶面圆心坐标为，其中，，，，为内热源区半径系数，内热源区的温度为，、b分别为高度分区阈值，；

内热源衰减区圆柱体下底面圆心坐标为，底面半径为，上顶面圆心坐标为，其中，，，为内热源衰减区半径系数，内热源衰减区的温度为，，，为内热源衰减区第i点的半径；h_min为单个水滴上升最小高度，h_max为单个水滴上升最大高度；R为圆柱体底面半径；

非内热源区为铝水反应制氢装置中除内热源区、内热源衰减区的其他区域。

5.根据权利要求1所述的铝水反应制氢装置的故障检测方法，其特征在于：

建立铝水反应制氢装置的传热模型具体包括：

根据水滴蒸发和反应模型计算内热源区的热量、内热源衰减区释放的热量；

根据内热源区的热量、内热源衰减区释放的热量计算传递至铝水反应制氢装置管壁的总热量，其中为非内热源区吸收的热量；

根据铝水反应制氢装置壁面温度分布计算铝水反应制氢装置管壁的总热量，得到传热模型：

其中，传递至铝水反应制氢装置管壁的总热量，、分别为内热源区和内热源衰减区的平均比定压热容，、、分别为内热源区、内热源衰减区和管壁的温度，为热量传递损耗。

6.根据权利要求1所述的铝水反应制氢装置的故障检测方法，其特征在于：

所述步骤S4具体包括：

导入步骤S3建立的传热模型和步骤S1建立的反应器结构模型，读入初始条件参数和温度场初值；计算内热源区、内热源衰减区的热源放热功率以获得内热源区和内热源衰减区的温度；对反应器结构模型进行有限元剖分，基于内热源区和内热源衰减区的温度迭代计算铝水反应制氢装置管壁温度分布变化。