[发明专利]一种铝水反应制氢装置的故障检测方法

说明书

本发明提供一种铝水反应制氢装置的故障检测方法，建立铝水反应制氢装置结构模型；建立铝水反应制氢装置的水滴蒸发和反应模型；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；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；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，实现了故障的提前预报，提高了铝水制氢反应的成功机率，提高了制氢过程的安全性，分区计算进一步提高了产热量计算的准确度，从而提高了反应器管壁温度仿真的准确度，提高了故障预测的准确度。

技术领域

本发明涉及数值分析领域，具体涉及一种铝水反应制氢装置的故障检测方法。

背景技术

铝与水反应制氢过程在反应器内部释放较多热量，封闭反应器内部通常呈现高温状态，反应器内部的温度、压力、底层杂质的沉积等条件决定了制氢过程的氢产量和反应器的使用寿命，在反应过程中反应器发生故障，将浪费大量材料。现有技术中的反应器故障检测主要依赖事先布设的传感器，在传感器的检测值发生异常时进行人工排查和检测，根据异常检测值和经验判断可能的故障点和故障原因，逐一尝试，即现有技术中铝水制氢反应器的故障均是采用：发生故障-检测-排查原因-维修的方式，反应器的故障检测都是事后进行的，缺少对故障的预判，制氢过程因故障中止的现象频发，降低了氢气的产量、增大了制氢过程的成本。

另一方面，在现有的反应器内部温度场模拟过程中，为了简化计算，通常将反应区划分为内热源和非内热源两个规则几何形状区域进行传热计算。然而在实际反应过程中，水滴的上升高度发生变化，直接影响了反应区内热源集中的区域，即随着反应时间的变化，反应区内热源呈现不同的特点，现有的传热模型分区方式获得反应器内部温度场变化情况准确度低，难以满足反应器故障预测的需求。

此外，反应器内不同位置的产物外观形态差异较大，在有限元仿真过程中，现有的通用剖分方法无法有效的针对上述反应器产物的分布特点，无法准确高效地对反应器内温度进行准确描述。

发明内容

为解决铝水反应制氢装置故障判断不及时、温度场仿真不准确的问题，本发明利用反应器的模型和铝水制氢过程模型，提供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。

优选的，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。

优选的，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：