儲氫設施泄漏擴散安全防護系統及防護方法

本發明涉及，具體涉及一種儲氫設施泄漏擴散安全防護系統及防護方法。

背景技術：

1、液氫一旦發生液氫泄漏后，會迅速發生汽化，形成大量低溫氫氣云，并伴隨空氣中的水分冷凝和結霜現象。由于氫氣無色無味且擴散迅速，泄漏往往難以察覺，更容易在低洼區域或封閉空間內積聚，形成易燃氣體云，極易引發火災或爆炸。氫氣的爆炸極限范圍廣(4％-75％)，一旦達到濃度臨界值并達到最小點火能(0.02j)，可能導致嚴重的爆炸事故。此外，液氫的極低溫度會對泄漏區域周邊產生凍傷風險，并導致周圍材料脆化損壞，加劇設備和結構的失效。液氫泄漏還可能引發氧氣濃度驟降，導致人員窒息，尤其在封閉空間內更為危險。為了防止這些潛在危害，泄漏發生后應迅速采取圍堰、通風和隔離等措施，以控制擴散和減小事故影響。

2、在以往的液氫儲存設施防護措施中，圍堰通常采用土制結構，圍繞液氫儲存罐或管道進行布置，旨在發生泄漏時將液氫限制在特定區域內。土制圍堰相對經濟且具有較好的隔熱性能，能夠有效延緩液氫的擴散。圍堰的設計會考慮足夠的高度和容量，以便在泄漏時容納液氫，并控制其蒸發速度，降低氫氣濃度上升的風險。此外，在圍堰外圍常設置防火隔離堤，防止氫氣云擴散至更大區域，并隔絕可能的火源。這種圍堰設計提供了初步的防護，為進一步的通風稀釋和應急處理爭取了時間。

3、但是圍堰對于液氫的防護效果較為有限，因為液氫泄漏后產生的氫氣具有高度移動性和擴散性，液氫在泄漏后會經歷兩階段的擴散過程。初期，液氫蒸發形成的氫氣由于溫度較低，比周圍空氣重，會以重氣擴散方式向低處積聚，但隨著溫度上升，氫氣密度變小，轉為輕氣擴散，容易跨越圍堰向下風方向繼續蔓延。而傳統圍堰設計在安全防護方面存在局限性。圍堰的核心原理是依靠物理障礙阻擋氣體擴散，然而，由于氫氣的低密度、極強的擴散性，以及在泄漏后的溫度變化，這種方式難以有效遏制氫氣的無序移動。導致氫氣跨越圍堰障礙繼續向下風方向蔓延，形成不受控的可燃氣體云。這種行為不僅增加了泄漏后的危險范圍，還可能使火災或爆炸風險迅速擴大，因此傳統圍堰的防護能力無法應對這種復雜的擴散特性。

4、因此，僅依靠圍堰來阻擋氫氣擴散難以真正降低風險。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種儲氫設施泄漏擴散安全防護系統及防護方法，旨在解決僅依靠圍堰來阻擋氫氣擴散難以真正降低風險的問題。

2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、第一方面，一種儲氫設施泄漏擴散安全防護系統，包括：

4、氣流管線系統，包括：多個風機、導流管線與多個氣流出口轉向裝置，多個所述風機分別在不同方位與所述導流管線連接，所述導流管線設置有多個出風口，多個所述氣流出口轉向裝置分別安裝于所述出風口，所述導流管線圍繞儲氫設施設置；

5、數據收集系統，包括：多個氫氣濃度傳感器，多個所述氫氣濃度傳感器圍繞所述儲氫設施設置，所述氫氣濃度傳感器用于測量氫氣濃度；

6、控制系統，所述控制系統與所述風機連接，用于控制所述風機的開關與輸出功率；所述控制系統與所述氣流出口轉向裝置連接，用于控制所述氣流出口轉向裝置調節所述出風口的氣流流速；所述控制系統與所述氫氣濃度傳感器連接，用于接收處理所述氫氣濃度傳感器檢測的信號。

7、進一步地，所述數據收集系統還包括：傳感器陣列，所述傳感器陣列包括多個安裝立桿，多個所述安裝立桿圍繞所述儲氫設施設置，多個所述氫氣濃度傳感器安裝在所述傳感器陣列，且任意一個所述安裝立桿在不同的高度安裝有所述氫氣濃度傳感器。

8、進一步地，所述數據收集系統還包括：

9、多個溫度傳感器，所述溫度傳感器用于測量溫度，所述溫度傳感器與所述控制系統連接，所述控制系統接收處理所述溫度傳感器檢測的信號，多個所述溫度傳感器安裝在所述傳感器陣列，且任意一個所述安裝立桿在不同的高度安裝有所述溫度傳感器；

10、多個風速儀，所述風速儀用于測量風速與風向，所述風速儀與所述控制系統連接，所述控制系統接收處理所述風速儀檢測的信號，多個所述風速儀分別安裝在多個所述安裝立桿。

11、進一步地，所述數據收集系統還包括：多個風象傳感器，所述風象傳感器用于測量風速、風向、溫度、濕度、氣壓，所述風象傳感器與所述控制系統連接，所述控制系統接收處理所述風象傳感器的信號，多個所述風象傳感器安裝在所述傳感器陣列，且任意一個所述安裝立桿在不同的高度安裝有所述風象傳感器。

12、進一步地，所述控制系統包括：plc控制器，所述plc控制器分別連接所述氣流管線系統與所述數據收集系統。

13、進一步地，所述控制系統包括：視頻監控系統，所述視頻監控系統包括多個攝像頭，多個攝像頭圍繞所述儲氫設施設置，所述攝像頭與所述plc控制器連接。

14、進一步地，所述導流管線各段與所述儲氫設施的距離大于一定距離。

15、第二方面，一種儲氫設施泄漏擴散安全防護系統的防護方法，包括：

16、步驟1：通過數據收集系統實時采集儲氫設施周圍的氫氣濃度與氣象信息，并將氫氣濃度與氣象信息數據傳送給控制系統；

17、步驟2：通過控制系統接收處理數據收集系統傳送的氫氣濃度與氣象信息數據，判斷儲氫設施是否泄漏；

18、步驟3：若判斷儲氫設施沒有泄漏，則控制系統定期控制風機工作測試整機性能，且控制整機處于待機狀態，執行步驟1與步驟2；

19、步驟4：若判斷儲氫設施發生泄漏，則控制系統控制風機工作到最大輸出功率形成空氣墻；

20、步驟5：控制系統的空氣墻氣流控制模型自動根據數據收集系統采集的數據調節風機的輸出功率與氣流出口轉向裝置的朝向；

21、步驟6：控制系統通過數據收集系統采集的數據確認氫氣無殘留，手動調節風機與氣流出口轉向裝置到待機狀態，執行步驟1與步驟2。

22、進一步地，在步驟5中空氣墻氣流控制模型的執行步驟包括：

23、實時讀取數據收集系統采集的數據；

24、在空氣墻被激活后，在初始階段控制風機保持最大功率輸出，以便最快速的建立起空氣墻；

25、根據歷史實際數據、實驗數據、仿真數據自動調整空氣墻為當前狀況匹配的氣流速度和氣流角度；

26、根據實際數據實時評估當前空氣墻的效果；

27、將當前的數據被導入到用于實時預測空氣墻作用效果的數值模型中，實時計算和預測空氣墻的效果；

28、根據實際數據和數值模型的計算結果實時調整空氣墻的氣流速度和角度；

29、調整后再次評估實際效果和數值模型的計算結果，實時交互，達到實時的最佳效果。

30、進一步地，數值模型的執行步驟包括：

31、將數據收集系統實時采集的數據導入到數值模型中；

32、數值模型根據實時數據建立實時的方程組；

33、數值模型通過對方程組進行離散、求解，獲得實時的速度場與濃度場；

34、數值模型根據速度場與濃度場評估空氣墻的效果。

35、本發明所闡述的一種儲氫設施泄漏擴散安全防護系統及防護方法，其有益效果在于：

36、控制系統能夠根據數據收集系統的氫氣濃度傳感器采集的數據判斷出儲氫設施是否發生泄漏，并且在判斷出儲氫設施發生泄漏時，控制氣流管線系統的風機進行工作在導流管線產生氣流，同時控制氣流出口轉向裝置調節出風口的氣流方向，由于導流管線圍繞儲氫設施設置，且導流管線設置有多個出風口，因此能夠在儲氫設施周圍形成空氣墻，使泄漏的氫氣在氣流的帶動下向上方流動，又因為多個氫氣濃度傳感器圍繞儲氫設施設置，因此控制系統能夠根據不同位置的氫氣濃度傳感器采集的數據存在的不同，判斷出氫氣濃度分布以及擴散方向，根據氫氣濃度分布與擴散方向調節各個方位的風機的輸出功率與氣流出口轉向裝置，進而調節導流管線的出風口的氣流速度，以應對氫氣復雜的擴散特性，進而稀釋氫氣的濃度。