本发明专利技术涉及一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置及方法，它主要由供气系统、绝缘不锈钢渗透池、温度控制器、制冷系统、抽气系统组成，其中不同浓度的H2和CH4的混合气体由供气系统进入到绝缘不锈钢渗透池，然后渗透通过PE管材料，由渗透率计算公式可以计算出渗透率。本发明专利技术在供气系统设置压力调节器调节气体的出口压力，电化学式传感器测量气体的浓度。在渗透池的出气口设置有气体流量计，检测渗透出来的气体流量，渗透池周围设置有温度控制器、制冷系统，可以改变渗透池的温度，检测不同温度对气体透过PE管的渗透率的影响。本发明专利技术可以实现真空度实验条件，提高渗透率实验精度，适用于不同压力、浓度、温度下PE管材料渗透率的测定。的测定。的测定。
【技术实现步骤摘要】
一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置及方法，属于高分子膜材料气体渗透性能测试
技术介绍
[0002]氢气作为一种清洁可再生的能源，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介。可再生能源制氢是解决我国风、光等绿色电力消纳难题的有效途径，但是氢气的储存和运输成本过高是一个巨大的问题。
[0003]将氢气掺入天然气中将是解决大规模、长距离氢气输送的一个良好的过渡方法，但金属材料在氢环境下有可能发生氢脆问题,引起系统构件失效,甚至导致重大事故。氢对聚乙烯管道的影响较小,材料在氢环境中长期服役性能未出现退化现象，其微观组织结构也未发生显著变化,氢气会与聚乙烯管道几乎不发生相互作用。但是掺氢管道会发生泄漏，由于氢气的密度和分子体积均比甲烷小，氢气的渗透速率比甲烷高，从而导致掺氢天然气管输过程还容易发生渗漏，尤其在非金属(如PE、PVC)管道中。
[0004]因此，本专利技术设计一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置及方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置及方法，从确保PE管输送掺氢天然气安全的角度出发，综合分析渗透率测量各影响因素，设计一种PE管材料渗透率测量装置，实现各掺氢比下，PE管材料渗透率测量，为PE管输送掺氢天然气安全运行提供可靠的依据。
[0006]本专利技术主要解决以下问题：
[0007](1)设计一种可以检测气体浓度的电化学式传感器，检测不同比例混氢天然气下PE管材料的渗透率。
[0008](2)在气瓶上安装压力调节器，调节输出气体的压力，检测不同的压力对不同掺氢比下PE管材料渗透率的影响。
[0009](3)在绝缘不锈钢渗透池设置温度调节器，可以升高渗透池内的温度，检测高温对不同掺氢比下PE管材料渗透率的影响。
[0010](4)在绝缘不锈钢渗透池设置制冷系统，可以降低渗透池内的温度，检测低温对不同掺氢比下PE管材料渗透率的影响。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0012]一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置，包括第一压力调节器1、第二压力调节器2、第一阀门3、第二阀门4、电化学式传感器5、储气罐6、压力表7、第一真空规8、第三阀门9、下流压力传感器10、第二真空规11、绝缘不锈钢渗透池12、渗透池入口安全阀13、渗透池出口安全阀14、温度控制器15、气体流量计16、气体回收瓶17、上流压力传感器18、第一真空泵19、第二真空泵20、第四阀门21、第五阀门22、制冷系统23；
[0013]所述第一压力调节器1、第二压力调节器2连接在气瓶上，连接有压力调节器1的氢气瓶通过管线与第一阀门3连接，连接有压力调节器2的甲烷气瓶通过管线与第二阀门4连接，第一阀门3、第二阀门4通过管线连接电化学式传感器5，所述电化学式传感器5通过管线与储气罐6连接，所述储气罐6通过管线与第三阀门9连接，储气罐6周围连接有压力表7、真空规8、第二真空泵20，所述第三阀门9通过管线与渗透池入口安全阀13连接，所述绝缘不锈钢渗透池12上连接下流压力传感器10、真空规11、真空泵19、上流压力传感器13、温度控制器15、制冷系统23，所述渗透池出口安全阀14通过管线与气体流量计16连接，所述气体流量计16通过管线与气体回收瓶17连接。
[0014]进一步的，所述电化学式传感器5包括气体扩散屏障层51、电解质52、分离器53、集流器54、传感器针脚55、对电极56、参比电极57、感应电极58；
[0015]进一步的，所述气体扩散屏障层51被被测气体通过后到达电极表面，被测气体与感应电极58发生反应，形成充分的电信号，所述参比电极57安装在电解质52中，保持感应电极58上的这种固定电压值，被测气体分子与感应电极58发生反应，同时测量对电极56，测量结果通常与气体浓度直接相关。
[0016]所述绝缘不锈钢渗透池12包括压头121、密封圈122、缸筒123、PE薄膜124、法兰125、底座126、不锈钢烧结圆盘127、PE薄膜渗透样品支撑座128；
[0017]进一步的，所述压头121和底座126设置进出两气口，所述缸筒123底部焊有法兰125并加有轴向O型密封圈，所述PE薄膜夹在烧结不锈钢圆盘127中间，所述不锈钢烧结圆盘127上覆盖有一层PE薄膜渗透样品支撑座128，所述PE薄膜渗透样品支撑座128采用不锈钢材料制作，并均匀开有很多细小的通气圆孔。
[0018]所述温度控制器15元器件包括500K电阻器151、0.47μ电容152、1N4007硅整二极管153、47μ电容154、2CW71硅整二极管155、1M电阻156、100μ电容157、IC158、电位器159、电加热器160、双向闸管161、15K电阻162、热敏电阻163、200Ω电阻164；
[0019]进一步的，所述IC158的2脚电位低于Ec电压的1/3，IC158的3脚输出高电平，触发双向闸管161导通，接通电加热器160进行加热，从未开始计时循环，当置于测温点的热敏电阻163温度高于设定值二计时循环还未完成时，电加热器160在定时周期结束后就被切断，当热敏电阻163温度降低至设定值以下时，会再次触发双向闸管161导通，接通电加热器160进行加热，这样就可以达到温度控制的目的。
[0020]所述制冷系统23所述压缩机231、吸气管干燥过滤器232，蒸发器压力调节器233、蒸发器234、稳压器235、热力膨胀阀236、液体水分指示器237、电磁阀238、干燥过滤器239、蓄积器240、压差控制器241、冷凝器242、消声器243；
[0021]进一步的，所述压缩机231、吸气管干燥过滤器232，蒸发器压力调节器233、蒸发器234稳压器235、热力膨胀阀236、液体水分指示器237、电磁阀238、干燥过滤器239、蓄积器240、压差控制器241、冷凝器242、消声器243通过导管依次连接，所述压缩机231从蒸发器吸入低温低压的制冷剂蒸汽，经压缩机231绝热压缩成为高温高压的过热蒸汽，再压入冷凝器242中定压冷却，并向冷却介质放出热量，然后冷却为过冷液态制冷剂，液态制冷经热力膨胀阀236绝热节流成为低压液态制冷剂，在蒸发器234内蒸发吸收空气中的热量，从而冷却空气达到制冷的目的。
[0022]一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量方法，包括以下步骤:
[0023]a、在测试开始前将PE管材料样品安装在绝缘不锈钢渗透池12内，PE管材料样品采用的是厚度为0.3mm
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1mm的圆形薄膜；
[0024]b、在安装好PE管材料样品后，启动真空泵19、真空泵20对绝缘不锈钢渗透池12和储气罐6进行抽气，使其达到真空条件；
[0025]c、通过第一压力调节器1使氢气达到试验所需压力值，然后打开第一阀门3，由电化学式传感器5检测氢气的浓度，当本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置及方法，其特征在于：包括第一压力调节器(1)、第二压力调节器(2)、第一阀门(3)、第二阀门(4)、电化学式传感器(5)、储气罐(6)、压力表(7)、第一真空规(8)、第三阀门(9)、下流压力传感器(10)、第二真空规(11)、绝缘不锈钢渗透池(12)、渗透池入口安全阀(13)、渗透池出口安全阀(14)、温度控制器(15)、气体流量计(16)、气体回收瓶(17)、上流压力传感器(18)、第一真空泵(19)、第二真空泵(20)、第四阀门(21)、第五阀门(22)、制冷系统(23)；所述第一压力调节器(1)、第二压力调节器(2)连接在气瓶上，连接有压力调节器(1)的氢气瓶通过管线与第一阀门(3)连接，连接有压力调节器(2)的甲烷气瓶通过管线与第二阀门(4)连接，第一阀门(3)、第二阀门(4)通过管线连接电化学式传感器(5)，所述电化学式传感器(5)通过管线与储气罐(6)连接，所述储气罐(6)通过管线与第三阀门(9)连接，储气罐(6)周围连接有压力表(7)、真空规(8)、第二真空泵(20)，所述第三阀门(9)通过管线与渗透池入口安全阀(13)连接，所述绝缘不锈钢渗透池(12)上连接下流压力传感器、真空规(11)、真空泵(19)、上流压力传感器(13)温度控制器(15)、制冷系统(23)，所述渗透池出口安全阀(14)通过管线与气体流量计(16)连接，所述气体流量计(16)通过管线与气体回收瓶(17)连接。2.所述权利要求1所述的混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置，其特征在于：所述电化学式传感器(5)包括气体扩散屏障层(51)、电解质(52)、分离器(53)、集流器(54)、传感器针脚(55)、对电极(56)、参比电极(57)、感应电极(58)；所述气体扩散屏障层(51)被被测气体通过后到达电极表面，被测气体与感应电极(58)发生反应，形成充分的电信号，所述参比电极(57)安装在电解质(52)中，保持感应电极(58)上的这种固定电压值，被测气体分子与感应电极(58)发生反应，同时测量对电极(56)，测量结果通常与气体浓度直接相关。3.所述权利要求1所述的混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置，其特征在于：所述绝缘不锈钢渗透池(12)包括压头(121)、密封圈(122)、缸筒(123)、PE薄膜(124)、法兰(125)、底座(126)、不锈钢烧结圆盘(127)、PE薄膜渗透样品支撑座(128)；所述压头(121)和底座(126)设置进出两气口，所述缸筒(123)底部焊有法兰(125)并加有轴向O型密封圈，所述PE薄膜夹在烧结不锈钢圆盘(127)中间，所述不锈钢烧结圆盘(127)上覆盖有一层PE薄膜渗透样品支撑座(128)，所述PE薄膜渗透样品支撑座(128)采用不锈钢材料制作，并均匀开有很多通气孔。4.根据所述权利要求1所述的混氢天然气下PE管材料渗透率测量装置，其特征在于：温度控制器(15)元器件包括500K电阻器(151)、0.47μ电容(152)、1N4007硅整二极管(153)、47μ电容(154)、2CW71硅整二极管(155)、1M电阻(156)、100μ电容(157)、IC(158)、电位器(159)、电加热器(160)、双向闸管(161)、15K电阻(162)、热敏电阻(163)、200Ω电阻(164)；所述IC(158)的2脚电位低于Ec电压的1/3，IC(158)的3脚输出高电平，触发双向闸管(161)导通，接通电加热器(160)进行加热，从未开...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，邓杉杉，谷雪琴，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
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