本發(fā)明屬于氫氣輸送領(lǐng)域，具體涉及一種柔性輸氫管及其制備方法和氫氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，管道輸氫作為一種高效、經(jīng)濟(jì)的輸氫方式，在陸地和海洋領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的金屬輸氫管容易出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象，導(dǎo)致管道性能下降甚至破裂，存在較大的安全隱患。雖然現(xiàn)有一些非金屬輸氫管在一定程度上解決氫脆問(wèn)題，但大多缺乏對(duì)管道位置的精確定位以及對(duì)管線狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道在鋪設(shè)和使用過(guò)程中出現(xiàn)的位置偏移、損傷、老化等問(wèn)題，給輸氫系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)一種既能有效避免氫脆，又能實(shí)現(xiàn)管道位置定位和管線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的柔性輸氫管結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、中國(guó)專利文獻(xiàn)cn119617201a（202411879198.5）公開了一種輸氫柔性管道及氫氣泄漏檢測(cè)方法，包括內(nèi)襯層、氣密層、纖維增強(qiáng)層和外保護(hù)層，其中，內(nèi)襯層、氣密層、纖維增強(qiáng)層和外保護(hù)層均為圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯層采用非金屬熱塑性樹脂材料，氣密層由石墨烯/氧化鋁阻氫涂層與金屬鋁層組成，纖維增強(qiáng)層采用非金屬高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料，外保護(hù)層采用非金屬熱塑性樹脂材料，纖維增強(qiáng)層包括纖維增強(qiáng)內(nèi)層和纖維增強(qiáng)外層；內(nèi)襯層的外側(cè)纏繞設(shè)置氣密層，氣密層的外側(cè)正向纏繞纖維增強(qiáng)內(nèi)層，纖維增強(qiáng)內(nèi)層的外側(cè)反向纏繞纖維增強(qiáng)外層，纖維增強(qiáng)外層的外側(cè)設(shè)置外保護(hù)層；外保護(hù)層內(nèi)設(shè)置有監(jiān)測(cè)元件，所述監(jiān)測(cè)元件用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣濃度變化或所述外保護(hù)層的電阻變化。但是上述監(jiān)測(cè)元件嵌入外保護(hù)層設(shè)置，只能對(duì)嵌入部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法對(duì)輸氫管道實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提供一種柔性輸氫管及其制備方法和氫氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明的柔性輸氫管采用非金屬材料制備，從根本上避免了氫脆問(wèn)題；同時(shí)在承內(nèi)壓層內(nèi)編織布置光纖，對(duì)輸氫管實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)測(cè)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管道位置的精確定位以及對(duì)管線狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高輸氫系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低維護(hù)成本。

2、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種柔性輸氫管，由內(nèi)到外依次包括內(nèi)襯層、阻隔層、承內(nèi)壓層、隔離層、承外壓層和外保護(hù)層；

3、所述內(nèi)襯層采用氟塑料材料制備而成；

4、所述阻隔層采用氫氣阻隔材料制備而成，所述氫氣阻隔材料為非金屬材料；

5、所述承內(nèi)壓層采用多層芳綸纖維和光纖編織而成；芳綸纖維具有高強(qiáng)度、高模量、低密度和良好的抗疲勞性能，使輸氫管能夠承受陸地和海洋環(huán)境中的各種外力作用，包括土壤壓力、海流沖擊、波浪力等；

6、所述外保護(hù)層采用耐候性好、耐海水腐蝕的塑料材料制備。外保護(hù)層采用耐候性強(qiáng)、耐磨蝕的塑料材料，具備優(yōu)異的耐紫外線、耐老化和耐化學(xué)腐蝕性能，可適應(yīng)復(fù)雜多變的戶外環(huán)境或海底環(huán)境，延長(zhǎng)管道的使用壽命。

7、在管線內(nèi)部設(shè)置光纖是本發(fā)明的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)之一。在承內(nèi)壓層與芳綸纖維并行布置多根光纖。光纖中集成了光纖光柵傳感器和分布式光纖傳感技術(shù)。光纖光柵傳感器可對(duì)管道特定位置的溫度、應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量；分布式光纖傳感技術(shù)則基于光時(shí)域反射儀（otdr）或光頻域反射儀（ofdr）技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)光纖沿線的溫度和應(yīng)變分布情況，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析處理，可以精確計(jì)算出管道的位置信息以及檢測(cè)到管道是否存在變形、損傷、泄漏等異常狀況。例如，當(dāng)管道因外力作用發(fā)生局部變形時(shí)，光纖所受應(yīng)變發(fā)生變化，分布式光纖傳感技術(shù)能夠快速定位變形位置并評(píng)估其程度；當(dāng)有氫氣泄漏時(shí)，泄漏的氫氣會(huì)引起周圍環(huán)境溫度或壓力的變化，光纖光柵傳感器和分布式光纖傳感技術(shù)可協(xié)同工作，及時(shí)感知并精確定位泄漏點(diǎn)。

8、由于承內(nèi)壓層為編織層，隔離層的作用是將承內(nèi)壓層和承外壓層分隔開，避免承內(nèi)壓層和承外壓層相互摩擦，造成承內(nèi)壓層和/或承外壓層收縮變形。

9、本發(fā)明優(yōu)選的，所述氟塑料材料為聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。內(nèi)襯層采用聚四氟乙烯（ptfe）或聚偏氟乙烯（pvdf）等氟塑料，其具有極低的氫滲透性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，能有效防止氫氣滲透和外界化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，同時(shí)具有光滑的內(nèi)表面，可減少氫氣流動(dòng)的阻力。

10、本發(fā)明優(yōu)選的，所述氫氣阻隔材料為納米復(fù)合材料。阻隔層選用納米復(fù)合材料，顯著提升對(duì)氫氣分子的阻隔性能，可大幅降低氫氣的滲透損耗，提高氫氣輸送的效率和安全性。

11、本發(fā)明優(yōu)選的，所述芳綸纖維和光纖的編織角為45°~60°。為了保證編織層的張力，控制芳綸纖維和光纖的編織角在45°~60°之間。

12、本發(fā)明優(yōu)選的，所述隔離層采用高密度聚乙烯。高密度聚乙烯（hdpe），軟化點(diǎn)為125～135℃，使用溫度可達(dá)100℃；硬度、拉伸強(qiáng)度和蠕變性優(yōu)于低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性較好；化學(xué)穩(wěn)定性好，在室溫條件下，不溶于任何有機(jī)溶劑，耐酸、堿和各種鹽類的腐蝕。

13、本發(fā)明優(yōu)選的，所述承外壓層采用改性聚醚醚酮；

14、所述承外壓層為抗壓鎧裝層結(jié)構(gòu)。承外壓層采用改性后的peek材料，具備一定的強(qiáng)度，能夠承受一定外壓作用。將承外壓層設(shè)置為抗壓鎧裝層結(jié)構(gòu)，能夠從結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步增強(qiáng)承外壓層的抗壓性能。

15、本發(fā)明優(yōu)選的，所述外保護(hù)層為氯丁橡膠或高密度聚乙烯，具有耐候性好、耐海水腐蝕的特性，能夠保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受外界環(huán)境的破壞，防止紫外線輻射、海水侵蝕、海洋生物附著以及機(jī)械損傷等，延長(zhǎng)輸氫管的使用壽。

16、本發(fā)明還公開了一種上述柔性輸氫管的制備方法，包括以下步驟：

17、內(nèi)襯層的制備：采用擠出成型工藝，將氟塑料原料加熱至熔融狀態(tài)，通過(guò)模具擠出形成內(nèi)襯層管，采用水冷卻定型；

18、阻隔層的制備：采用擠出成型工藝在內(nèi)襯層的基礎(chǔ)上，將氫氣阻隔材料加熱至熔融狀態(tài)，通過(guò)模具擠出制備阻隔層；

19、承內(nèi)壓層的制備：采用編織工藝，將芳綸纖維與光纖同時(shí)采用編織機(jī)在阻隔層外進(jìn)行編織；

20、隔離層的制備：在承內(nèi)壓層外部包覆隔離層材料，采用擠出成型工藝將隔離層材料加熱至熔融狀態(tài)，通過(guò)包覆模具擠出形成隔離層管，定型過(guò)程中，抽真空水冷定型，避免隔離層材料冷卻收縮擠入芳綸與光纖的編織層，影響芳綸的強(qiáng)度；

21、承外壓層的制備：通過(guò)熔融共混擠出承外壓層材料，擠出異型截面材料，并通過(guò)纏繞機(jī)，纏繞在隔離層外側(cè)，以此形成承外壓層；

22、外保護(hù)層的制備：采用擠出包覆工藝，將外保護(hù)層材料覆蓋在承外壓層表面，形成外保護(hù)層。

23、本發(fā)明還公開了一種氫氣泄露檢測(cè)系統(tǒng)，利用上述的柔性輸氫管，還包括非金屬連接管件和光纖外接頭；

24、所述柔性輸氫管的端部安裝有非金屬連接管件，所述非金屬連接管件設(shè)置有環(huán)形密封槽，所述環(huán)形密封槽內(nèi)設(shè)置有密封圈；

25、所述非金屬連接管件通過(guò)螺栓連接或承插方式密封連接；

26、所述光纖外接頭設(shè)置在非金屬連接管件上，所述光纖外接頭位于環(huán)形密封槽外側(cè)，所述承內(nèi)壓層內(nèi)的光纖通過(guò)光纖外接頭與光時(shí)域反射儀或光頻域反射儀相連。光纖外接頭位于環(huán)形密封槽外側(cè)，保證了輸氫管連接部位的密封性，避免氫氣泄露。

27、本發(fā)明優(yōu)選的，還包括預(yù)警系統(tǒng)，所述承內(nèi)壓層內(nèi)的光纖與預(yù)警系統(tǒng)相連，針對(duì)第三方損壞提前預(yù)警。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的一種柔性輸氫管，本技術(shù)方案采用非金屬材料為主的結(jié)構(gòu)，從根本上解決了氫脆問(wèn)題，提高了輸氫管在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的安全性和可靠性。

29、本發(fā)明中，承內(nèi)壓層采用高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)，經(jīng)編織后能夠承受較高的內(nèi)部氫氣壓力，保障管道在高壓輸送工況下的結(jié)構(gòu)完整性；同時(shí)承內(nèi)壓層復(fù)合光纖，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道狀態(tài)以防止第三方破壞，光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、精確地定位管道位置，并對(duì)管線狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為維護(hù)人員提供準(zhǔn)確的故障信息，便于及時(shí)采取維修措施，降低事故風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)成本。

30、本發(fā)明的內(nèi)襯層采用氟塑料材料制備而成，阻隔層采用氫氣阻隔材料制備而成，對(duì)氫氣形成了雙層阻隔，具有更高的氫氣阻隔性能。承內(nèi)壓層和承外壓層雙層承壓結(jié)構(gòu)則保證了氫氣輸送過(guò)程中的安全。

31、柔性輸氫管各層材料相互配合、協(xié)同作用，使該柔性輸氫管具有優(yōu)異的柔韌性、高阻隔性、強(qiáng)承壓能力和良好的環(huán)境適應(yīng)性。該柔性輸氫管可應(yīng)用于陸地，也可應(yīng)用于海洋環(huán)境，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。