一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置及测试方法

本发明涉及新能源，具体涉及一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置及测试方法。

背景技术：

1、氢能零污染、零碳、无次生污染，是公认的清洁能源。氢能产业的健康发展和高效利用其关键在于氢能的安全储运，输氢管道作为重要的输送方式正处于发展的上升期，输氢管道[王雨新,杨静.我国管道输氢发展swot分析[j].当代化工,2022,51(03):727-731]送具有输氢量大、能耗小、成本低等特点，是实现氢气大规模、长距离运输的重要方式。未来，随着氢能产业的快速发展，氢的规模化储运需求将大幅提升，管道将成为一定区域内氢气经济高效输送的重要方式。

2、氢气不安全特性主要有易燃易爆、密度小易扩散、分子小易泄漏、使金属产生氢损伤。此外，金属材料、复合材料等常见的材料在含氢环境中强度虽然变化不大，但延性、疲劳性能、断裂韧性大多劣化明显，因此导致泄漏情况就十分常见。世界范围内输氢管道泄漏研究多是基于纯管道研究，如高压管道氢气泄漏扩散行为及影响因素分析[张文康,赵广慧,张杰.石油化工腐蚀与防护,2022,39(06):7-13]，没有考虑管道埋存情况的影响；或者仅有相关的数字模拟，如埋地纯氢/掺氢输送天然气管道泄漏扩散数值模拟[胡玮鹏,陈光,齐宝金等.油气储运:1-15]，难以获得有效的研究数据，对输氢管道的安全防止措施技术无法提供有效的数据支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置及测试方法，该实验装置可以在室内有效模拟不同地层条件下输氢管道发生氢气泄漏后的氢气扩散规律分析，填补目前鲜少有考虑管道埋存情况的室内氢气泄漏扩散模拟的空白，为输氢管道的安全防止措施技术提供有效的数据支撑。

2、本发明通过下述技术方案实现：第一方面，本发明提供一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，包括：

3、密封箱体；

4、输氢罐，所述输氢罐沿所述输氢罐的轴线横向布设在所述密封箱体内，用于模拟输氢管线；所述输氢罐上设置有至少一个漏气口；

5、供氢系统，包括注氢装置和循环管道，所述循环管道与所述输氢罐的两端连通，所述注氢装置与所述循环管道连通，用于向所述输氢罐中注入氢气；

6、模拟地层，用砂石填充形成在所述密封箱体的侧壁与所述输氢罐之间，用于模拟地层；

7、水泥板层，设置在所述模拟地层表面，且填充在所述密封箱体的侧壁与所述输氢罐之间；用于模拟地面的浇筑水泥板；

8、至少一个氢气浓度传感器，布设在所述模拟地层中，用于检测所述模拟地层中的氢气浓度。

9、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述漏气口至少设置有两个，且至少两个漏气口泄漏氢气的方向朝向不同。

10、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述输氢罐从所述密封箱体的一端延伸到另一端，且所述输氢罐位于所述模拟地层的中部，所述储氢罐的上方的所述模拟地层的厚度与所述储氢罐的下方的模拟地层的厚度相等。

11、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述密封箱体为金属或者合金材料制备而成的金属箱体或者合金箱体。

12、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述模拟地层中还设置有压力传感器，用于检测所述模拟地层在所述压力传感器所在点的压力。

13、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述水泥板层设置有贯穿所述水泥板层的放气通道，所述放气通道上设置有控制阀。

14、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述装置还包括控制器，所述控制器与多个所述传感器通信连接，用于获取和处理多个所述传感器检测到的氢气浓度。

15、第二方面，本申请还提供一种模拟输氢管道氢气泄漏扩散的测试方法，包括以下步骤：

16、s1：提供第一方面所述的实验装置；

17、s2：进行所述实验装置的密封性检测，使所述实验装置的密封性达到密封性要求；

18、s3：向所述实验装置的输氢罐中注入氢气，使所述输氢罐中的氢气循环流动，并发生氢气泄漏；采集所述模拟地层中的氢气浓度数据。

19、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述实验装置的装配包括以下步骤：

20、s11：提供密封箱体；

21、s12：在所述密封箱体中填充一部分砂土，压实，形成底层；

22、s13：在所述密封箱体中安装所述输氢罐，并在所述输氢罐四周安装氢气浓度传感器；

23、s14：在所述输氢罐和所述底层上填充砂土，压实，形成模拟地层；

24、s15：在所述模拟地层上安装水泥板，得到实验装置。

25、进一步地，在本申请的一些实施例中，所述步骤s2中，密封性检测包括以下步骤：

26、s21：使所述输氢罐的漏气口处于关闭状态、水泥板层上的放气通道处于关闭状态；

27、s22：向所述输氢罐内注入氢气至所述输氢罐内的气压达到预设压力值，静止至少30min，获取所述气体浓度传感器在注入氢气前后的氢气浓度检测结果，根据所述氢气浓度检测结果判断所述实验装置的密封性；

28、其中，所述预设压力值低于所述输氢罐的漏气口的泄压阀的开启压力值。

29、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

30、本发明提供的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置及测试方法，采用横式长柱输氢罐模拟输氢管道、填充在输氢罐四周的砂土层和水泥板层分别模拟地层和浇筑在地面的水泥层，并通过供氢系统中的循环管道向输氢罐循环注入氢气，模拟输氢管道中氢气连续流动的状态，同时还通过氢气浓度传感器监测地层中各个位置泄漏的氢气浓度，即可得到输氢罐泄漏的氢气在地层中的泄漏扩散分布情况，使其模拟得到的输氢罐氢气泄漏扩散数据与实际输氢管道中氢气泄漏扩散数据较为接近，可以作为有效的支撑数据。采用该装置进行模拟的方法可以有效的模拟不同地层条件下的输氢管道发生氢气泄漏后的氢气扩散规律，为输氢管道的安全防止措施技术提供有效的模拟数据支持。

技术特征：

1.一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，所述漏气口至少设置有两个，且至少两个漏气口泄漏氢气的方向朝向不同。

3.根据权利要求2所述的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，所述输氢罐从所述密封箱体的一端延伸到另一端，且所述输氢罐位于所述模拟地层的中部，所述储氢罐的上方的所述模拟地层的厚度与所述储氢罐的下方的模拟地层的厚度相等。

4.根据权利要求1所述的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，所述密封箱体为金属或者合金材料制备而成的金属箱体或者合金箱体。

5.根据权利要求1所述的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，所述模拟地层中还设置有压力传感器，用于检测所述模拟地层在所述压力传感器所在点的压力。

6.根据权利要求1所述的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，所述水泥板层设置有贯穿所述水泥板层的放气通道，所述放气通道上设置有控制阀。

7.根据权利要求1所述的一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与多个所述传感器通信连接，用于获取和处理多个所述传感器检测到的氢气浓度。

8.一种模拟输氢管道氢气泄漏扩散的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种模拟输氢管道氢气泄漏扩散的测试方法，其特征在于，所述实验装置的装配包括以下步骤：

10.根据权利要求8所述的一种模拟输氢管道氢气泄漏扩散的测试方法，其特征在于，所述步骤s2中，密封性检测包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种室内模拟地下输氢管道泄漏扩散的装置及测试方法；该装置包括：密封箱体；输氢罐，横向布设在密封箱体内且设置有至少一个漏气口；供氢系统，包括注氢装置和循环管道，循环管道与输氢罐的两端连通，注氢装置与循环管道连通；模拟地层，用砂石填充形成在密封箱体的侧壁与输氢罐之间；水泥板层，设置在模拟地层表面，且填充在密封箱体的侧壁与输氢罐之间；至少一个氢气浓度传感器，布设在模拟地层中。本发明还提供的一种模拟输氢管道氢气泄漏扩散的测试方法。本申请可以有效模拟地层条件下输氢管道发生氢气泄漏后的氢气扩散规律分析，为输氢管道的安全防止措施技术提供有效的数据支撑。

技术研发人员：何标,蒋新生,王文康,蔡运雄,廖瑜,林科宇,郑子云,余彬彬,朱诗杰,周东亮,王冬,钱海兵
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军勤务学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4