[发明专利]一种混氢系统氢气泄漏监测及响应系统

说明书

本发明涉及一种混氢系统氢气泄漏监测及响应系统，属于气体泄露监测技术领域；针对混氢装置中氢气易泄漏扩散问题，设计微流控DEP系统获得基于还原的氧化石墨烯单层薄片，利用高灵敏的基于还原的氧化石墨烯传感器和微型气体泵进行气体检测，设计XR‑2206函数发生器系统限制传感器的低激励电压，将传感器电阻变化由波形整形器输出稳定的正弦波，8051微处理器进行信号处理，输出氢气浓度至信息收集与处理终端、声光报警器，信息收集与处理终端进行氢气浓度数据收集，声光报警器接受传入氢气浓度，判定是否大于声光报警器预设阀值25％氢气爆炸下限，若大于则进行声光报警，PLC控制系统控制天然气管道、氢气管道停止气体输送，实现安全运行。

技术领域

本发明涉及一种混氢系统氢气泄漏监测及响应系统，属于气体泄露监测技术领域。

背景技术

全球气候变化促使世界各国加速脱碳，氢气是一种零排放的二次能源，是实现“双碳”目标的重要能源之一。在NG中添加氢气进行燃烧被认为是减少碳排放的一种途径，故近年来国家鼓励利用在役天然气管道或管网输送掺氢天然气。

氢气具有无色无味、密度小和易扩散等特点，在空气中浓度超过4％时被归类为一种高度易燃的元素，容易发生燃烧爆炸。在混氢系统中随着掺氢浓度的增加，氢气泄漏带来的事故后果也更加严重。在混氢装置中，氢气会使钢的断裂韧性减小、裂纹扩展速度变快、疲劳寿命降低，故氢气的泄漏和燃烧爆炸风险将变大。

针对混氢系统可能发生的氢气泄漏问题，需设计一种混氢系统氢气泄漏监测及响应系统，实现氢气和天然气的安全混合，对提高经济效益具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混氢系统氢气泄漏监测及响应系统，为确保氢气和天然气的安全混合，设计PLC控制系统、调节控制装置、微流控介电泳系统、基于还原的氧化石墨烯传感器系统、XR-2206函数发生器系统、光耦合器系统、微处理器、编码键盘、信息收集与处理终端、声光报警器，可实现混氢系统氢气泄漏监测及控制天然气管道、氢气管道气体输送，实现安全运行。

本发明主要解决以下问题：

(1)设计PLC控制系统，发现氢气泄漏时，控制天然气管道、氢气管道停止气体输送。

(2)设计微流控介电泳系统能够获得基于还原的氧化石墨烯单层薄片，避免形成氧化石墨烯薄片的团聚体。

(3)采用基于还原的氧化石墨烯传感器，增强传感器传感特性，去除氧化石墨烯中包含的含氧基团和缺陷，产生更多的不饱和碳原子石墨域及更多的气体吸附活性位点，使电流更容易传输。

(4)设计XR-2206函数发生器系统，将传感器电阻变化转化为高质量的方波输出，由波形整形器输出稳定的正弦波。布置合适的具有电阻R₄、电阻R₅电位分压器，限制传感器的低激励电压。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种混氢系统氢气泄漏监测及响应系统，其特征在于：微流控介电泳系统14、基于还原的氧化石墨烯传感器系统20、XR-2206函数发生器系统23、8051微处理器24、光耦合器系统25。

进一步的，所述微流控介电泳系统包括液罐A140、液罐B141、氧化石墨烯混合液142、阀门143、输送管道144、泵145、桌柜146、氧化石墨烯薄片147、电极A148、电极B149、电极固定座150、电线A151、电线B152、功率分析仪153、NaBH₄溶液154；

所述氧化石墨烯混合液142装于液罐A140中，所述阀门143位于液罐A140下方，所述泵145位于液罐A140和电极固定座150之间，所述电极固定座150位于桌柜146之上，所述功率分析仪153通过电线A151、电线B152与电极固定座150的电极A148、电极B149相连；