CN115978453A - 一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，当管道发生泄漏时，管道内的超临界水与气体产物从管内高温高压环境进入到管外常压环境，由超临界态变成过热蒸汽态，体积迅速膨胀，产生水蒸气气流，推动半圆筒形叶片向后运动，此时由半圆筒形叶片、弹簧、电极触头、报警部件和电源组成的电路被接通，报警部件报警。报警的同时，泄漏出的高温水蒸气与气体产物由壳体从连接管被引流至冷凝器内实现气液分离，气体产物可后续进一步收集或排空。本发明结构简单，拆装方便，能在管道泄漏时发出警报，对系统的正常运行及作业人员的安全都有一个很好的提醒作用，同时避免了操作人员被直喷出的高温气体伤害到的风险。

Description

一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置

技术领域

本发明属于煤的超临界水气化技术领域，具体涉及一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置。

背景技术

目前，煤的主要利用方式是直接燃烧提供热量，然而煤炭的大量燃烧是SO₂及烟尘最主要的污染源，并导致了酸雨、雾霾等一系列环境问题。因此，研发先进的清洁高效的煤转化技术对我国能源领域的发展有重要的意义。

超临界水是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水，与常温常压水相比，超临界水极性显著降低、氢键作用减弱、扩散系数增加、对无机盐溶解度降低、可溶解油脂等有机物。超临界水气化技术是近年来发展起来的新型气化技术，利用此技术处理煤，具有气化率高，气体产物中氢气含量高，反应速率快等优点。

但超临界水具有一定的腐蚀性，特别是含有某些无机离子时，腐蚀会更强，超临界水条件下，材料常见的腐蚀类型有应力腐蚀破裂、晶间侵蚀、点蚀等；此外，煤超临界水气化后的产物中包含大量氢气，高温高压条件下，金属材料在氢气作用下，会发生氢脆现象；因此，在涉及到煤炭超临界水气化制氢系统中，特别是管道的焊接处，存在着由于腐蚀与氢脆而导致管道泄露的风险。一旦管道泄漏未被及时发现，可能会对工作人员的安全造成威胁。

此外，现有的管道泄漏监测装置，大部分通过管道压力信号的动态变化或检测特定气体成分来对管道泄漏进行监测，这类装置通常需要对原管路加以改造以满足装置安装要求，价格较贵，且无法在管道泄漏时及时为现场作业人员的安全提供进一步的保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，用于解决超临界水气化制氢系统中管道泄漏事故的即时预警及对高温气体的引流的技术问题，有效监测煤炭超临界水气化制氢系统的管道泄漏。

本发明采用以下技术方案：

一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，包括壳体，壳体为中空的半圆柱形结构，包括两个，两个壳体分上下组成圆柱形结构套装在管道上，每个壳体的内侧均设置有半圆筒形结构的叶片，两个叶片对称设置在管道的外侧，每个叶片与对应的壳体之间设置有弹簧和电极触头，弹簧和电极触头与壳体外侧设置的报警线路电连接。

具体的，弹簧的一端固定在壳体内部，并与外部线路连接，另一端与叶片连接，叶片的半径大于管道的半径。

具体的，每个叶片后的壳体上设置有两个电极触头，两个电极触头对应设置在弹簧的两侧。

具体的，壳体上开有出气孔，出气孔通过连接管连接冷凝器。

进一步的，冷凝器底部设有液体排出管，顶部设有气体排出管。

具体的，壳体前端和后端内侧的圆心处分别设置有半圆形结构的凹槽。

具体的，凹槽的半径等于管道的半径。

具体的，叶片包括多个，沿管道的轴向方向并排布置。

具体的，报警线路包括报警部件和电源，电源的正极与电极触头电连接，负极依次经报警部件、弹簧和叶片电连接。

具体的，两个壳体之间采用可拆卸方式连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，由叶片、弹簧、电极触头、电源和报警线路连接成的报警部分能够在管道泄漏提供即时报警，为管道的安全状况提供有效的监控作用，由壳体、连接管和冷凝器构成的引流部分能够将高温水蒸气与气体产物引流至冷凝器中，有效保障了现场作业人员的人身安全。

进一步的，冷凝器上底部设有液体排出管，顶部设有气体排出管，管道发生泄漏后，引流至冷凝器中高温水蒸气凝结为液态水，并通过液体排出管排出并回收，气体产物通过气体排出管排至安全区域或进一步收集。

进一步的，壳体前端和后端内侧的圆心处分别设置有半圆形结构的凹槽，供管道穿过。

进一步的，壳体凹槽的半径等于管道的半径，从而在装置安装时保证壳体能够卡住管道，实现装置的固定。

进一步的，壳体内叶片包括多个，沿管道轴向并排布置，能够有效延长装置对管道的监测长度。

进一步的，两个壳体之间采用可拆卸方式连接设置，方便后期装置管道泄漏报警防护装置的安装、拆除及管道维修。

综上所述，本发明结构简单、易于实现，并且成本较低，能够对煤炭超临界水气化制氢系统中的管道泄漏进行即时报警，并将泄漏出的高温水蒸气与气体产物引流至冷凝器，保障了现场作业人员的安全。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明立体图。

其中：1.壳体；101.出气孔；102.凹槽；2.弹簧；3.电极触头；4.叶片；5.螺栓；6.螺母；7.报警部件；8.电源；9.连接管；10.冷凝器；11.液体排出管；12.气体排出管；13.管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，当管道发生泄漏时，管道内的超临界水与气体产物从管内高温高压环境进入到管外常压环境，由超临界态变成过热蒸汽态，体积迅速膨胀，产生水蒸气气流，推动半圆筒形叶片向后运动，此时由半圆筒形叶片、弹簧、电极触头、报警部件和电源组成的电路被接通，报警部件报警。报警的同时，泄漏出的高温水蒸气与气体产物由壳体从连接管被引流至冷凝器内实现气液分离，气体产物可后续进一步收集或排空。

请参阅图1和图2，本发明一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，包括壳体1、弹簧2、电极触头3、叶片4、螺栓5、螺母6、报警部件7、电源8、连接管9、冷凝器10、液体排出管11、气体排出管12。

壳体1包括两个，均为中空的半圆柱形结构，两个壳体1套装在管道13上并用螺栓5连接固定，壳体1的壁面上两端延伸出用于螺栓5与螺母6连接的底座，其中一个壳体1通过连接管9与冷凝器10连接，冷凝器10设置有液体排出管11和气体排出管12，壳体1内设置有弹簧2和电极触头3，弹簧2和电极触头3与壳体1外侧设置的报警线路电连接。

壳体1的内侧设置有半圆筒形结构的叶片4，两个半圆筒形的叶片4包围住管道13，叶片4的半径略大于管道13的半径。

壳体1前端和壳体1后端内侧的圆心处均设置有半圆形结构的凹槽102，凹槽102的半径等于管道13的半径，安装时，管道13从两个凹槽102之间穿过，通过紧固螺栓连接，可利用凹槽102卡住管道13，从而将报警装置固定在需要监测的管道位置处。

壳体1为绝缘材料，或壳体1与弹簧2的接触处用绝缘材料隔开。

请参阅图2，上侧壳体1的侧壁面上设有一个用于内部气体流出的出气孔101，出气孔101通过连接管9连接冷凝器10，连接管9与壳体1和冷凝器10之间均采用螺纹连接，便于拆卸与安装，冷凝器10底部设有液体排出管11，顶部设有气体排出管12，气体排出管12的出口为对应的气体收集装置或安全的气体排空区，用于收集气体产物或将气体产物排放至安全环境。

连接管9为金属软管或金属管。

叶片4与壳体1之间设置有弹簧2，弹簧2的一端固定在壳体1内部，并与外部线路连接，另一端与半圆筒形的叶片4连接。

当管道发生泄漏时，管道13内的超临界水与气体产物从管内高温高压环境进入到管外常压环境，由超临界态变成过热蒸汽态，体积迅速膨胀，产生水蒸气气流，推动叶片4向后运动，此时由叶片4、弹簧2、电极触头3、报警部件7和电源8组成的电路被接通，报警部件7报警；报警的同时，泄漏出的高温水蒸气与气体产物通过出气孔101从连接管9被引流至冷凝器10内实现气液分离，气体产物后续分别通过液体排出管11和气体排出管12进一步收集或排空。

根据需要监测的管道13的长度，合适选择叶片4的数目，如所需监测的管道较长，可通过采用多个叶片4沿轴向并排布置的方式，加长报警装置的监测长度。

电极触头3包括两个，间隔设置在壳体1的内壁面上。

报警线路包括报警部件7和电源8，电源8的正极与壳体1内的电极触头3电连接，负极依次与报警部件7、弹簧2和叶片4电连接；当叶片4与电极触头3相接触时，叶片4、弹簧2、电极接头3、报警部件7和电源8组成的电路接通，报警部件7报警。

报警部件7采用显示部件给出报警，或者利用发音部件进行声音报警，另外，作为一种优选方案，报警装置7通电的同时将会触发相应开关，切断超临界水系统的电源开关。

本发明一种用于煤炭超临界水气化制氢系统的管道泄漏报警防护装置的工作过程如下：

紧固螺栓5与螺母6的连接，使壳体1前端和后端的凹槽102卡住管道，从而将报警装置固定在需要监测的管道位置处；

当装有超临界水的管道13发生泄漏时，管道13内的超临界水从管内高温高压环境到管外常压环境，由超临界态迅速变为过热蒸汽态，体积迅速膨胀，形成气流，气流推动叶片4向后运动，使得叶片4与电极触头3相接触，此时由叶片4、弹簧2、电极接头3、报警部件8和电源7组成的电路被接通，报警部件8报警；

报警的同时，管道13内泄漏出的水蒸气与气体产物由壳体1从连接管9流至冷凝器10中，在冷凝器10内，水蒸气凝结为水，并从液体排出管11流出，气体产物从气体排出管12流出，经后续收集或直接排放至安全环境；

由于管道泄漏的高温蒸气被引流至冷凝器中，避免了作业人员被直喷出的高温气体伤害的风险，为作业人员的安全性提供进一层保障。

综上所述，本发明一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，结构简单，拆装方便，能在管道泄漏时发出警报，对系统的正常运行及作业人员的安全都有一个很好的提醒作用，同时避免了操作人员被直喷出的高温气体伤害到的风险。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，包括壳体(1)，壳体(1)为中空的半圆柱形结构，包括两个，两个壳体(1)分上下组成圆柱形结构套装在管道(13)上，每个壳体(1)的内侧均设置有半圆筒形结构的叶片(4)，两个叶片(4)对称设置在管道(13)的外侧，每个叶片(4)与对应的壳体(1)之间设置有弹簧(2)和电极触头(3)，弹簧(2)和电极触头(3)与壳体(1)外侧设置的报警线路电连接。

2.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，弹簧(2)的一端固定在壳体(1)内部，并与外部线路连接，另一端与叶片(4)连接，叶片(4)的半径大于管道(13)的半径。

3.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，每个叶片(4)后的壳体(1)上设置有两个电极触头(3)，两个电极触头(3)对应设置在弹簧(2)的两侧。

4.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，壳体(1)上开有出气孔(101)，出气孔(101)通过连接管(9)连接冷凝器(10)。

5.根据权利要求4所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，冷凝器(10)底部设有液体排出管(11)，顶部设有气体排出管(12)。

6.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，壳体(1)前端和后端内侧的圆心处分别设置有半圆形结构的凹槽(102)。

7.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，凹槽(102)的半径等于管道(13)的半径。

8.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，叶片(4)包括多个，沿管道(13)的轴向方向并排布置。

9.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，报警线路包括报警部件(7)和电源(8)，电源(8)的正极与电极触头(3)电连接，负极依次经报警部件(7)、弹簧(2)和叶片(4)电连接。

10.根据权利要求1所述的煤炭超临界水气化制氢系统用管道泄漏报警防护装置，其特征在于，两个壳体(1)之间采用可拆卸方式连接。

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