一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法和系统，该系统包括主输氢管道、检测支管和光腔衰荡检测仪，检测支管并联于主输氢管道，检测支管沿气体输送方向依次设置有颗粒物检测仪、颗粒物过滤器、高分子吸附材料和电离检测仪，光腔衰荡检测仪与检测支管的连接点位于颗粒物过滤器和高分子吸附材料之间；该方法包括以下步骤：（1）颗粒物检测；（2）高分子吸附材料吸附杂质气体；（3）电离检测，若检出杂质气体则以光腔衰荡检测仪进行检测；（4）根据光谱检测结果判断氢气不合格的原因。本发明专利技术的在线检测方法既可应用于氢气生产线，提高生产效率和降低损耗，也可应用于加氢站外购氢气的质量检验以及加注环节的质量保障。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法和系统
本专利技术涉及气体检测
，尤其涉及一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法和系统。
技术介绍
氢气作为氢能燃料电池的燃料，其质量对氢能燃料电池的性能和寿命有重大影响。GB/T37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》要求氢气纯度为99.97%，并对水、总烃、氧、氦、总氮和氩、二氧化碳、一氧化碳、总硫、甲醛、甲酸、氨、总卤化合物和最大颗粒物溶度有最大浓度要求，这就对了氢气生产中的质量控制有较高要求。制备氢气时，首先制得富氢气体，然后将富氢气体液化提纯得到高纯氢。当前氢气生产提纯的在线检测技术仅限于用露点仪检测水分含量、用气相色谱检测一氧化碳和二氧化碳、用微氧仪检测氧的含量，不能满足标准GB/T37244-2018规定的检测要求，存在对新的质量在线监测的现实需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种氢气质量在线检测方法，用于检测氢气的质量，能及时发现杂质超标现象，而避免或降低质量损失。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，包括主输氢管道、检测支管和光腔衰荡检测仪，所述检测支管并联于所述主输氢管道，所述检测支管沿气体输送方向依次设置有颗粒物检测仪、颗粒物过滤器、高分子吸附材料和电离检测仪，所述光腔衰荡检测仪与所述检测支管的连接点位于所述颗粒物过滤器和所述高分子吸附材料之间；该方法包括以下步骤：（1）在输氢过程中，氢气持续通入所述主输氢管道和所述检测支管，所述颗粒物检测仪检测氢气中颗粒物数值，判断颗粒物检测结果是否落入预设的颗粒物阈值，若未落入预设颗粒物阈值则报警；（2）经颗粒物过滤器过滤后的氢气经过高分子吸附材料后进入主输氢管道；（3）定量的氢气经过高分子吸附材料后，阻断检测支管与主输氢管道的连通，之后，加热高分子吸附材料使其吸附的杂质气体释放，释放出的杂质气体进入电离检测仪进行检测，得到杂质气体的电离检测结果，判断是否检出杂质气体，若检出杂质气体则以光腔衰荡检测仪进行检测；（4）当以光腔衰荡检测仪进行检测时，使检测支管与主输氢管道的相连通，将经过颗粒物过滤器的氢气通入光腔衰荡检测仪进行检测，得到光谱检测结果，根据光谱检测结果判断氢气不合格的原因。进一步的，所述步骤（3）中，所述电离检测仪包括电离室，将某一杂质气体通入电离室内电离，在所述电离室的出气口处设置磁场和检测电极，所述检测电极捕捉被电离气体的带电粒子，得出电流值；将该电流值与预设电流阈值比较，判断是否落入预设电流阈值，若落入预设电流阈值则表示未检出杂质气体，氢气质量合格，若未落入预设电流阈值则表示检出杂质气体，氢气质量不合格。进一步的，所述检测电极包括正电极和负电极，所述正电极和负电极均为平板电极，所述磁场的磁感线均与所述正电极和负电极相平行；所述正电极和所述负电极之间的距离为2-5cm，所述磁场的磁场强度为0.2-0.6T。进一步的，所述电离室真空度为20-40Pa，所述电离室内温度为30-35℃，所述电离检测仪的电离电源的功率为300-400W。进一步的，所述杂质气体持续通入电离室5秒；所述电离室出气口的出气速度保持稳定1-2秒。进一步的，所述步骤（4）中，将经过颗粒物过滤器的氢气通入光腔衰荡检测仪的衰荡腔，检测光线射入衰荡腔，从衰荡腔的光出口射出至光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号发送至处理器，处理器根据光信号和预存图谱分析不合格氢气中的各成分含量；所述衰荡腔内的温度为24℃，压力为1.3个大气压。一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测系统，该系统采用上述的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，该系统包括主输氢管道、检测支管、光腔衰荡检测仪和控制器，所述检测支管沿气体输送方向依次设置有流量计、颗粒物检测仪、颗粒物过滤器、高分子吸附材料和电离检测仪，所述光腔衰荡检测仪与所述检测支管的连接点位于所述颗粒物过滤器和所述高分子吸附材料之间，所述高分子吸附材料处设有加热器，所述颗粒物检测仪、高分子吸附材料、电离检测仪、光腔衰荡检测仪、流量计和加热器均与控制器电性连接；所述流量计用于获取进入所述检测支管的氢气的质量；所述颗粒物检测仪用于检测输入检测支管的氢气的颗粒物数值，并将该颗粒物数值发送至控制器；所述电离检测仪用于检测高分子吸附材料释放的气体，得到电离检测结果并将其发送至控制器；所述光腔衰荡检测仪用于检测经过颗粒物过滤器的氢气，得到光谱检测结果并将其发送至控制器；所述控制器预存有颗粒物阈值，所述控制器将颗粒物检测结果与颗粒物阈值进行对比，判断颗粒物检测结果是否落入预设的颗粒物阈值，若落入颗粒物阈值不动作，若未落入预设颗粒物阈值则报警；所述控制器还用于根据电离检测结果判断是否检出杂质气体，若检出杂质气体则以光腔衰荡检测仪进行检测使过滤后的氢气进入光腔衰荡检测仪；所述控制器预存有各杂质浓度阈值，所述控制器用于将光谱检测结果与各杂质浓度阈值进行对比，找出超出阈值范围的杂质；所述控制器还用于控制加热器的加热以使高分子吸附材料吸附的杂质气体释放。进一步的，所述电离检测仪包括电离室、电离电源、检测电极和线圈，所述电离电源与所述电离室相连接，所述电离室的一端设有进气口，所述电离室的另一端设有出气通道，所述检测电极位于所述出气通道内，所述线圈缠绕于所述出气通道外。进一步的，所述检测电极包括正电极和负电极，所述正电极和负电极均为平板电极；所述线圈连接直流电源。进一步的，所述光腔衰荡检测仪包括衰荡腔、激光光源、光电探测器和处理器，所述激光光源发射出的光线射入所述衰荡腔内，并从所述衰荡腔的光出口射出至所述光电探测器，所述光电探测器将光信号转换为电信号发送至处理器。本专利技术实施例的有益效果为：本专利技术实施例的在线检测方法应用于氢气生产线，生产出的富氢气体和提纯后的高纯氢都可被检测，具体的，每间隔一定时间管线内的富氢气体或高纯氢被检测一次，当富氢气体或高纯氢不合格时，能被及时发现，能快速调整生产参数或调整提纯参数，或者及时停机止损。本专利技术实施例的系统由控制器控制各设备的启停而协调各设备的工作顺序，保证系统能够自动化运行进行周期性的检测动作，协助生产线获得高品质氢气，只有检测出现问题时系统发出警报，提示操作人员检测生产线及时排除故障，提高生产效率和降低损耗。本专利技术的在线检测方法既可应用于氢气生产线，提高生产效率和降低损耗，也可应用于加氢站外购氢气的质量检验以及加注环节的质量保障。附图说明图1是本专利技术一个实施例的应用于氢气生产的氢气质量在线检测系统的示意图；图2是本专利技术一个实施例的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法的流程示意图；图3是电离检测仪的结构示意图；图4是光腔衰荡检测仪的结构示意图；其中，主输氢管道1、检测支管2、颗粒物检测仪3、电离检测仪4、光腔衰荡检测仪5、颗粒物过滤器6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，包括主输氢管道、检测支管和光腔衰荡检测仪，所述检测支管并联于所述主输氢管道，所述检测支管沿气体输送方向依次设置有颗粒物检测仪、颗粒物过滤器、高分子吸附材料和电离检测仪，所述光腔衰荡检测仪与所述检测支管的连接点位于所述颗粒物过滤器和所述高分子吸附材料之间；/n该方法包括以下步骤：/n（1）在输氢过程中，氢气持续通入所述主输氢管道和所述检测支管，所述颗粒物检测仪检测氢气中颗粒物数值，判断颗粒物检测结果是否落入预设的颗粒物阈值，若未落入预设颗粒物阈值则报警；/n（2）经颗粒物过滤器过滤后的氢气经过高分子吸附材料后进入主输氢管道；/n（3）定量的氢气经过高分子吸附材料后，阻断检测支管与主输氢管道的连通，之后，加热高分子吸附材料使其吸附的杂质气体释放，释放出的杂质气体进入电离检测仪进行检测，得到杂质气体的电离检测结果，判断是否检出杂质气体，若检出杂质气体则以光腔衰荡检测仪进行检测；/n（4）当以光腔衰荡检测仪进行检测时，使检测支管与主输氢管道的相连通，将经过颗粒物过滤器的氢气通入光腔衰荡检测仪进行检测，得到光谱检测结果，根据光谱检测结果判断氢气不合格的原因。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，包括主输氢管道、检测支管和光腔衰荡检测仪，所述检测支管并联于所述主输氢管道，所述检测支管沿气体输送方向依次设置有颗粒物检测仪、颗粒物过滤器、高分子吸附材料和电离检测仪，所述光腔衰荡检测仪与所述检测支管的连接点位于所述颗粒物过滤器和所述高分子吸附材料之间；
该方法包括以下步骤：
（1）在输氢过程中，氢气持续通入所述主输氢管道和所述检测支管，所述颗粒物检测仪检测氢气中颗粒物数值，判断颗粒物检测结果是否落入预设的颗粒物阈值，若未落入预设颗粒物阈值则报警；
（2）经颗粒物过滤器过滤后的氢气经过高分子吸附材料后进入主输氢管道；
（3）定量的氢气经过高分子吸附材料后，阻断检测支管与主输氢管道的连通，之后，加热高分子吸附材料使其吸附的杂质气体释放，释放出的杂质气体进入电离检测仪进行检测，得到杂质气体的电离检测结果，判断是否检出杂质气体，若检出杂质气体则以光腔衰荡检测仪进行检测；
（4）当以光腔衰荡检测仪进行检测时，使检测支管与主输氢管道的相连通，将经过颗粒物过滤器的氢气通入光腔衰荡检测仪进行检测，得到光谱检测结果，根据光谱检测结果判断氢气不合格的原因。


2.根据权利要求1所述的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述电离检测仪包括电离室，将某一杂质气体通入电离室内电离，在所述电离室的出气口处设置磁场和检测电极，所述检测电极捕捉被电离气体的带电粒子，得出电流值；
将该电流值与预设电流阈值比较，判断是否落入预设电流阈值，若落入预设电流阈值则表示未检出杂质气体，氢气质量合格，若未落入预设电流阈值则表示检出杂质气体，氢气质量不合格。


3.根据权利要求2所述的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，所述检测电极包括正电极和负电极，所述正电极和负电极均为平板电极，所述磁场的磁感线均与所述正电极和负电极相平行；
所述正电极和所述负电极之间的距离为2-5cm，所述磁场的磁场强度为0.2-0.6T。


4.根据权利要求2所述的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，所述电离室真空度为20-40Pa，所述电离室内温度为30-35℃，所述电离检测仪的电离电源的功率为300-400W。


5.根据权利要求2所述的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，所述杂质气体持续通入电离室5秒；所述电离室出气口的出气速度保持稳定1-2秒。


6.根据权利要求1所述的应用于氢气生产的氢气质量在线检测方法，其特征在于，所述步骤（4）中，将经过颗粒物过滤器的氢气通入光腔衰荡检测仪的衰荡腔，检测光线射入衰荡腔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张邦强，林翎，鲍威，杨海波，刘小敏，王娟，陈晓露，赵嘉瑶，
申请(专利权)人：佛山绿色发展创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44