[发明专利]本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试系统及方法

说明书

本发明公开了本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试系统及方法，涉及材料力学性能测试装备开发技术领域，其中，本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试系统，包括力学性能测试模块；供气模块；排气模块；抽真空模块；以及在线监测设备，在线监测设备分别与力学性能测试模块、供气模块、排气模块以及抽真空模块电连接，以根据氢气纯度传感器的反馈信号，对气体管路进行抽真空、或吹扫、或提供氢气、或排气。上述方案，通过对测试装置进行氢气纯度检测，并将氢气纯度信息上传至在线监测设备，通过自主反馈控制气体管路的吹扫置换，实现氢气纯度的在线监测和自动吹扫置换，确保进入环境箱内的氢气纯度符合要求。

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试装备开发技术领域，特别涉及一种本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试系统，还涉及一种本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试方法。

背景技术

氢的储运是氢能产业化发展中的重要环节，而常温高压储氢因其设备结构简单、充装速度快等优点，是目前工业应用中占主导地位的储氢方式。然而，长期服役在高压氢环境中的承载结构，会面临塑性降低、疲劳裂纹扩展速率加快等氢脆问题，严重危害氢能储输系统的运行安全。由于环境氢试验与真实工况具有环境相似、应力场相似和氢浓度场相似的特点，同时环境氢试验能还原高压氢环境中裂尖高应力梯度区氢的动态侵入和偏聚，更能真实反映高压氢环境承载结构的实际服役工况。因此，开展高压氢环境材料相容性测试十分必要。

然而，由于高压氢环境材料相容性测试是以高压氢环境材料相容性测试装置为技术支撑，而我国在此类装置的研发方面还处于起步阶段。目前，高压氢环境材料相容性测试系统主要存在以下不足：

(1)未采取在线方式监测和提高测试气氛的氢气纯度。

采用高压氢环境测试材料相容性时，需保证高压环境箱内的测试气氛纯度达到要求(一般试验要求氢气纯度是≥99.999％)。目前，主要通过在供气系统中设置吹洗置换系统以提高氢气纯度。例如，中国专利CN203488978U通过循环使用真空和惰性气体吹洗置换使系统内的含氧量降低并提高氢气纯度，并设置取样瓶以获得环境箱内的氢气纯度信息。通过气体取样瓶，获得气体纯度信息是被动式的检测手段，无法达到实时反馈和自动控制的目的，而且每次测试前还需将取样瓶拆下分析后才能判断气体纯度是否达标。

(2)未采取措施排尽放空管内残留的气体。

阻火器是用于阻止易燃气体和易燃液体蒸汽的火焰蔓延的安全装置，由阻火芯、外壳及附件构成。阻火器的开启一般需要一定的压力，当气体压力高于开启压力时，阻火器开启排放气体，并且阻火器是单向结构，可防止空气回流进入管路。然而，当气体逐渐排放，气体压力降至阻火器开启压力以下时，阻火器关闭，则会有气体残留在管路中，管路中残留的气体即为危险源，而目前还未出现相关设计考虑阻火器处残留气体的排空。

(3)未对气体的泄放速率实现定量控制

氢气燃烧极限较广(4～75％)，并且氢气的最小点火能较低(0.07mJ左右)，若氢气的泄放速率过快，氢气与管口摩擦产生的热量足以达到氢气的最小点火能。因此，需要通过管路设计及仪器来控制氢气的泄放速率，例如中国专利CN203488978U通过设置组合阀来减缓氢气的泄放速率，中国专利CN106018119A也是通过设计多个阀门起到减缓泄放速率的作用。然而，上述专利并未采取定量的手段控制泄放速率，无法实现对氢气泄放速率的精准控制。

因此，需要开发一种本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试系统及方法，此测试系统需能实现高压高纯氢环境材料相容性的评价，并且能够保证高压氢环境材料相容性评价试验的安全开展。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试系统，能够保证高压氢环境材料相容性评价试验的安全开展。

本发明实施例还提供本质安全的高纯高压氢环境材料相容性测试方法。