[发明专利]一种掺氢天然气管道泄漏监测装置及方法

权利要求书

1.一种掺氢天然气管道泄漏监测装置，其特征在于：包括掺氢天然气管线(1)、法兰(2)、法兰垫片(3)、螺栓(4)、第一密封壳体(5)、第二密封壳体(6)、密封垫片(7)、第一耳板(8)、第二耳板(9)、第三耳板(10)、第四耳板(11)、声光报警装置(12)、信号处理系统(13)、微透镜型光纤氢传感器(14)、第一半环形胶塞(15)、第二半环形胶塞(16)、第三半环形胶塞(17)、第四半环形胶塞(18)、第一手轮传动胶塞密封装置(19)、第二手轮传动胶塞密封装置(20)、第三手轮传动胶塞密封装置(21)、第四手轮传动胶塞密封装置(22)；

所述掺氢天然气管线(1)内端固结法兰(2)，所述法兰(2)内端面夹持法兰垫片(3)，所述法兰(2)通过螺栓(4)连接，所述第一密封壳体(5)、第二密封壳体(6)中间夹持密封垫片(7)，通过第一耳板(8)、第二耳板(9)、第三耳板(10)、第四耳板(11)连接，所述第一密封壳体(5)上安装有声光报警装置(12)和信号处理系统(13)，所述微透镜型光纤氢传感器(14)安装在第一密封壳体(5)、第二密封壳体(6)内侧，所述掺氢天然气管线(1)和第一密封壳体(5)中间夹持第一半环形胶塞(15)、第三半环形胶塞(17)进行密封，与第二密封壳体(6)中间夹持第二半环形胶塞(16)、第四半环形胶塞(18)进行密封，所述第一手轮传动胶塞密封装置(19)与第一半环形胶塞(15)连接调节胶塞密封程度。

2.根据权利要求1所述的掺氢天然气管道泄漏监测装置，其特征在于：所述第一手轮传动胶塞密封装置(19)、第二手轮传动胶塞密封装置(20)、第三手轮传动胶塞密封装置(21)、第四手轮传动胶塞密封装置(22)为相同型号规格，所述第一手轮传动胶塞密封装置(19)包括转轮(191)、传动轴(192)、传动齿条(193)、传动齿轮(194)、凸块(195)；

所述转轮(191)连接传动轴(192)，所述传动轴(192)末端连接传动齿轮(194)，所述传动齿轮(194)与传动齿条(193)啮合，所述传动齿条(193)末端连接凸块(195)，所述凸块(195)被第一半环形胶塞(15)包裹固定。

3.根据权利要求1所述的掺氢天然气管道泄漏监测装置，其特征在于：所述微透镜型光纤氢传感器(14)包括光源(141)、单模光纤(142)、耦合器(143)、传感探头(144)，光电探测器(145)；

所述光源(141)采用半导体激光二极管，所述光源(141)通过单模光纤(142)与耦合器(143)连接，所述传感探头(144)位于单模光纤(142)末端，所述光电探测器(145)与耦合器(143)连接，光电探测器(145)利用光电效应将传感探头(144)探测到的反应氢气浓度信息的光信号转换为电信号。

4.根据权利要求3所述的掺氢天然气管道泄漏监测装置，其特征在于：所述传感探头(144)包括纤芯(148)、包层(147)、钯膜(146)，包层(147)包裹在纤芯(148)外层，单模光纤(142)末端端面上蒸镀一层厚度为10～20nm的钯膜(146)。

5.根据权利要求1所述的掺氢天然气管道泄漏监测装置，其特征在于：所述信号处理系统(13)包括数据采集子模块(131)、单片机(132)、A/D转换(133)、异步收发传输器(134)、上位机(135)、I/O单元(136)；

所述数据采集子模块(131)将采集到的电信号经A/D转换(133)为数字信号再送往单片机(132)进行数据处理，单片机(132)通过异步收发传输器(134)向上位机(135)传输采集的数据，所述上位机(135)完成数据的转换处理并分析和储存，当氢气浓度达到爆炸下限的25％时，通过单片机(132)的I/O单元(136)自动启动声光报警装置(12)。

6.一种掺氢天然气管道泄漏监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将规格相同的多个传感探头(144)组成微透镜型光纤氢传感器(14)安装在第一密封壳体(5)、第二密封壳体(6)内侧，第一密封壳体(5)、第二密封壳体(6)通过耳板连接，其中第一耳板(8)与第二耳板(9)通过螺栓连接、第三耳板(10)与第四耳板(11)通过螺栓连接；

S2：第一密封壳体(5)与管道本体之间通过第一半环形胶塞(15)、第三半环形胶塞(17)密封，第二密封壳体(6)与管道本体之间通过第二半环形胶塞(16)、第四半环形胶塞(18)密封，4个半环形胶塞规格相同；

S3：通过规格相同的第一手轮传动胶塞密封装置(19)、第二手轮传动胶塞密封装置(20)、第三手轮传动胶塞密封装置(21)、第四手轮传动胶塞密封装置(22)调整密封壳体与管道本体之间的密封程度，转动转轮(191)带动传动轴(192)，传动轴(192)末端连接传动齿轮(194)，传动齿轮(194)与传动齿条(193)啮合，传动齿条(193)末端连接凸块(195)，凸块(195)与第一半环形胶塞(15)连接，通过转轮191调节管道本体与密封壳体之间的密封程度；

S4：微透镜型光纤氢传感器(14)通过传感探头(144)检测密封壳体内氢气浓度，当光波从光纤一端射入到达光纤另一端时，光波在光纤末端钯膜(146)的表面产生反射，钯膜(146)会与氢气产生可逆化学反应导致在钯膜(146)端面新生成氢化物的折射率随氢气浓度值变化而变化，因此改变了反射回来的光波强度。不同浓度的氢气导致氢化物的折射率不同，可建立氢气浓度与反射光强度变化的关系；

S5：将反应氢气浓度信息的光信号经光电探测器(145)转换为电信号，电信号在单片机(132)上通过A/D转换(133)为数字信号，再通过异步收发传输器(134)向上位机(135)传输采集的数据，上位机(135)完成数据的转换处理、分析和储存；

S6：声光报警装置(12)、信号处理系统(13)安装在第一密封壳体(5)上，当氢气浓度达到爆炸下限的25％时，通过单片机(132)的I/O单元(136)自动启动声光报警装置(12)。