一种防止壁面吸附的天然气车辆燃料泄露检测系统和方法

本发明涉及天然气车辆燃料泄露检测，具体为一种防止壁面吸附的天然气车辆燃料泄露检测系统和方法。

背景技术：

1、由于天然气分子中的氢碳原子比高，燃烧后产生的二氧化碳排放较少；而且其由气体的形式存在，使其相比传统的汽油、柴油能够形成更加均匀的天然气-空气混合气，使得碳氢污染物及颗粒物排放较少。此外，天然气燃料的储量丰富、制备流程简单，使其相比传统的汽油、柴油燃料具有更好的燃油经济性。因此，天然气在未来将会越来越广泛的用于车用发动机代用燃料，是最有前景的车用发动机代用燃料之一。

2、然而，天然气车辆的燃料泄露问题严重阻碍着天然气车辆的推广和普及。天然气作为气体燃料，具有密度小、扩散能力强的特点，当车辆的燃料供给系统由于长时间的运行出现管路老化、连接处密封性变差时，极易发生天然气燃料泄露；另外，由于天然气的主要成分为甲烷，而甲烷具有极强的制暖势；并且天然气燃料作为一种易燃易爆气体，在车上通常采用高压的方式进行储存。因此，天然气车辆的燃料泄露不仅会加剧温室效应、严重危害环境，还会成为天然气车辆的重大安全隐患。

3、为了避免燃料泄漏导致的环境及安全问题，天然气车辆通常会定期进行燃料泄露检测，目前采用的检测方法为：将加注天然气燃料至规定压力的天然气车辆静置在特定温度的密闭环境仓内一定时间，期间通过密闭环境仓顶部的多个天然气传感器进行浓度检测，当任何一个传感器的检测浓度超过规定限值，即认为该车辆的天然气发生泄露，测试不合格。该方法在一定程度上能够检测出天然气的泄露情况，但还是存在以下不足：

4、(1)当天然气燃料刚开始泄露时，燃料未能与空气充分混合，导致密闭环境仓内垂直方向存在天然气的浓度梯度。此时，位于环境仓顶部的天然气浓度传感器会由于周围天然气浓度较低而导致测量值偏小，导致其与环境舱内实际泄露的天然气浓度不符；

5、(2)当泄露的天然气与空气在环境仓内混合一段时间后，天然气传感器的读数依旧会受到环境仓尺寸、车身尺寸等物理因素的影响。如：环境仓尺寸较小、车身尺寸较大、天然气传感器周围有复杂结构遮挡，均可能会引起天然气扩散过程中的浓度不均，使得天然气传感器的测量误差大。

6、针对上述两种不足，为进一步提高检测精度，本领域技术人员提出了新的改进方法：通过风机或其他技术手段将环境舱内存储的天然气和空气混合物抽至环境仓外，再进行测量，其能够解决天然气在环境舱内浓度分布不均匀导致的传感器测量误差的问题，但由于泄露的天然气会部分吸附在环境仓的内壁面，无法被及时抽出环境仓，也会导致仓外的测量结果与实际泄露相比偏低，其检测的精度依然有待提高。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种防止壁面吸附的天然气车辆燃料泄露检测系统和方法，利用具有内外两层结构的环境仓用于车辆燃料泄露检测，其内层具有多孔结构，允许外部气流进入，用于进行车辆燃料泄露检测；外层为密闭空间，布置有吹扫风机，通过吹扫风机将环境仓内层的天然气-空气混合气以及吸附在环境仓内层壁面上的天然气燃料从管路完全排出环境仓，实现在环境仓外对泄露天然气的精准测量。解决了背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种防止壁面吸附的天然气车辆燃料泄露检测系统，包括密闭结构外仓体、多孔结构内仓体和污染物测试分析仪，所述密闭结构外仓体转动连接有外仓体仓门，所述密闭结构外仓体还连接有水平吹扫风机和竖直吹扫风机；所述多孔结构内仓体设于所述密闭结构外仓体的内侧，所述水平吹扫风机和竖直吹扫风机设于所述多孔结构内仓体和密闭结构外仓体之间，待测车辆设于所述多孔结构内仓体的内侧；所述多孔结构内仓体转动连接有内仓体仓门，所述多孔结构内仓体还连通有进气管道和排气管道；所述进气管道连接有进气风机和控制其进气量的进气阀门；所述排气管道连接有排气风机和控制其排气量的排气阀，所述排气管道还连接有天然气浓度传感器和气体体积流量传感器，所述天然气浓度传感器和气体体积流量传感器均与所述污染物测试分析仪电性连接，所述天然气浓度传感器和气体体积流量传感器设于所述排气阀和排气风机之间。

4、进一步地，所述内仓体仓门和所述外仓体仓门设于同一侧，且二者的转动角度相同。

5、进一步地，所述进气管道设于所述多孔结构内仓体的底部，所述排气管道设于所述多孔结构内仓体的顶部。

6、进一步地，所述水平吹扫风机设于所述外仓体仓门的对立面，所述竖直吹扫风机设于所述密闭结构外仓体的顶部。

7、进一步地，所述排气管道为三通管道，所述排气管道的另外两端分别与所述排气风机和外界环境连通，所述排气阀包括第一排气阀门和第二排气阀门，所述第一排气阀门和第二排气阀门分别与所述排气管道的两端连接，所述天然气浓度传感器和气体体积流量传感器设于所述第二排气阀门和排气风机之间。

8、上述的一种防止壁面吸附的天然气车辆燃料泄露检测系统检测燃料泄露的方法，包括以下步骤：

9、s1、依次开启外仓体仓门和内仓体仓门，将待测车辆停放在多孔结构内仓体内，多孔结构内仓体的四周均设有多孔结构，气流经其多孔结构进入仓体内侧，然后依次关闭内仓体仓门和外仓体仓门；

10、s2、开启第一排气阀门、水平吹扫风机和竖直吹扫风机，对密闭结构外仓体内侧、多孔结构内仓体内侧及二者之间的夹层进行吹扫，使得整个仓内的待测污染物残留经排气管道及第一排气阀门排出至外界环境；

11、s3、关闭第一排气阀门、水平吹扫风机和竖直吹扫风机，打开进气风机和进气阀门，向多孔结构内仓体内侧注入新鲜空气，直到整个仓内的环境压力达到标准大气压；

12、s4、将待测车辆在仓内静置停放规定时间后，开始天然气燃料泄露检测；

13、s5、开启排气风机、第二排气阀门、水平吹扫风机和竖直吹扫风机，将多孔结构内仓体内侧的天然气-空气混合物经由排气管道、第二排气阀门和排气风机排出；期间，由天然气浓度传感器和气体体积流量传感器分别实时测量天然气-空气混合气中天然气的浓度和混合气的体积流量，并将检测到的数值传输至污染物测试分析仪进行数据记录；

14、s6、根据气体体积流量传感器检测到的天然气-空气混合气的体积流量和天然气浓度传感器检测到的天然气体积浓度，计算得出天然气的体积流量。

15、进一步地，在s6中，对计算得到的天然气体积流量在时间上进行积分，得到检测期间所有排出仓外的天然气总体积；并根据排出仓外的天然气总体积和天然气的密度计算得到泄露的天然气总质量。

16、进一步地，计算天然气泄露量的表达式为：

17、

18、式中，m为泄露的天然气总质量，g；为混合气的总流量，cm3/s；c为天然气的浓度，ppm；ρ为天然气的密度，g/cm3；tint为体积流量传感器测量的初始时刻；tend为体积流量传感器测量的结束时刻。

19、技术方案的有益效果是：

20、1、本发明提供的检测系统及方法，相比传统的泄露检测方法，该系统利用内外两层结构的环境仓进行泄露检测，其内层具有多孔结构，避免天然气在仓内的壁面上吸附；其外层为密闭空间，在内外两层之间设置吹扫风机，利用吹扫风机将环境仓内的混合气和吸附在壁面上的燃料完全排出；可以有效的提高在仓外检测的精度；

21、2、本发明提供的检测系统及方法，在仓外检测燃料的泄漏量，不仅可以及时检测和精准测量泄露的天然气，而且相比传统的检测方法，不会受到环境仓的影响，能够减少误差，提高泄露测量的准确度；以便于准确有效预防燃料泄露引发的安全问题，保障车辆和周围环境的安全；

22、3、本发明提供的检测系统及方法，能够快速检测和清除泄露的天然气，提升车辆和周围环境的安全性；并避免其对环境造成污染，有助于减少气体排放并降低对大气的污染，提高环保性。