本發(fā)明涉及泄漏氣體處理技術領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門，本發(fā)明用于去除氫氣閥門填料處的泄漏氣體。

背景技術：

閥門是工業(yè)裝置中不可缺少的部分，其中很多閥門應用于腐蝕性強、有毒或易燃、易爆的工況中。全球工業(yè)閥門市場規(guī)模約350億美元，其中中國工業(yè)閥門消費約占全球工業(yè)閥門總產(chǎn)出的25%。閥門作為一種承壓過流通用機械，減少其介質(zhì)泄露，避免泄露對安全和環(huán)境的損害是重要的研究課題。

閥門泄漏分為兩類，即外部泄漏和內(nèi)部泄漏，無論是何種泄漏都有可能造成介質(zhì)的損失和環(huán)境的污染，甚至會引起火災、爆炸、中毒等危害生命安全的重大事故，給國民經(jīng)濟造成嚴重的損失。印度博帕爾農(nóng)藥廠事故、切爾諾貝利核電事故均與閥門泄漏存在直接關系。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，工業(yè)裝置中約20%的閥門存在泄漏問題，所造成的損失約占總損失的5%。以一套5000千噸／年規(guī)模的石油常減壓裝置為例，一般情況下有5000個左右的閥門，其中如果20%的閥門出現(xiàn)泄漏將會造成巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。

在閥門的兩種泄露中，內(nèi)漏通常會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和物料的損失，但是閥門的外漏則可能直接導致爆炸、環(huán)境污染和人員中毒?，F(xiàn)階段我國的環(huán)境污染源中除工廠直接排放的尾氣外，相關設備直接泄露導致的污染也不容忽視。發(fā)生閥門外漏的部位主要為閥門與管線的連接部位，閥體與閥桿之間的填料部位。因閥門與管線連接部位為靜密封且預緊力較大，出現(xiàn)直接泄露的可能性很小。而填料密封為動密封，隨閥門開關次數(shù)的增大，密封填料的密封性會逐漸降低，最終由微量泄漏發(fā)展為大量泄露。

氫氣是一種易燃易爆的介質(zhì)，因為其分子直徑小，極易穿過密封介質(zhì)發(fā)生泄露。泄露的氫氣在與空氣接觸后達到一定濃度，一旦接觸明火或溫度較高即會發(fā)生燃燒爆炸。而如何將閥門填料部位泄漏的氫氣進行收集處理，并無相關研究。

中國專利CN101604758，公開了一套燃料電池陽極富氫尾氣處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要由催化部件和汽水分離器組成。燃料電池排放的尾氣與氧氣混合后通過催化燃燒去除，尾氣中包含的水分通過汽水分離器進行分離，所以該方法需要汽水分離裝置。

中國專利CN 104733758，公開了一種燃料電池陽極富氫尾氣處理的裝置及其方法，該裝置及方法的主要應用場合為燃料電池處理領域。該裝置在微反應器中安裝催化劑，對氫燃料電池的尾氣進行催化處理，實現(xiàn)了在潮濕氛圍下處理氫氣燃料電池尾氣。但是，該催化反應裝置需要安裝精確的控溫加熱系統(tǒng)，系統(tǒng)較為復雜。

目前尚沒有專門針對氫氣閥門填料處泄露氣體去除的相關裝置及方法。針對氫氣閥門填料部位氫氣泄露問題，開發(fā)一種可實現(xiàn)常溫氫氣高效去除的裝置和方法是非常重要的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門，將疏水Pd/Pt-Al₂O₃催化涂層涂敷在鐵鉻鋁金屬板上，該金屬板安裝在填料壓蓋內(nèi)、外壁面開設的凹槽內(nèi)，常溫下實現(xiàn)高效的氫氣氧化消除。同時利用Pd/Pt－Al₂O₃催化涂層的疏水特性實現(xiàn)反應產(chǎn)物水的有效排出，保證催化劑的穩(wěn)定性。該發(fā)明的閥門具有結(jié)構(gòu)簡單、安全，高效去除泄露氫氣的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門，包括：

閥體，其上開設有開口；

閥桿，其設置在所述開口中并與閥門的閥芯連接，所述閥桿上端從開口中向外引出，所述閥桿下端與所述開口內(nèi)壁之間用填料填充；以及

填料壓蓋，其套設在所述閥桿上，且所述填料壓蓋按壓在所述填料上方并與所述閥體固定；

其中，所述填料壓蓋外壁上沿周向?qū)ΨQ開設有若干個第一凹槽，所述填料壓蓋內(nèi)壁上沿周向?qū)_設有若干個第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)設置有氫氣吸收反應器，所述氫氣吸收反應器上設置有Pd/Pt-Al₂O₃的催化劑涂層，所述氫氣吸收反應器位于所述填料上端的開口中，且所述催化劑涂層暴露在凹槽中。

優(yōu)選的，所述氫氣吸收反應器具體包括：

金屬板，其厚度為0.3 mm～0.6mm，所述金屬板為經(jīng)過噴砂處理的鐵鉻鋁金屬板；

催化劑涂層，其均勻涂覆在所述金屬板的表面，所述催化劑涂層由具有疏水性的Pd/Pt-Al₂O₃制成；

其中，所述金屬板為圓弧面板狀結(jié)構(gòu)，所述金屬板寬度對應的圓心角在26°～34°，所述金屬板上開設有用于安裝的螺紋孔。

優(yōu)選的，所述金屬板厚度為0.4mm，金屬板寬度對應的圓心角為27°，所述金屬板長度為22mm。

優(yōu)選的，所述填料壓蓋軸向中心開設有通孔，所述閥桿貫穿所述通孔，所述填料壓蓋上端通過第一螺栓固定在所述開口上端的閥體上，所述氫氣吸收反應器通過第二螺栓固定在凹槽中。

優(yōu)選的，所述填料壓蓋與閥體開口為間隙配合，且填料壓蓋外徑與開口內(nèi)徑相差0.5 mm～1mm；填料壓蓋與與閥桿為間隙配合，填料壓蓋通孔內(nèi)徑與閥桿外徑相差0.5 mm～1mm。

優(yōu)選的，第一凹槽和第二凹槽為弧狀凹槽，第一凹槽和第二凹槽的深度為0.6 mm～1.0mm、長度為20 mm～30mm、寬度對應的圓心角為25°～35°。

優(yōu)選的，所述填料壓蓋側(cè)壁上一一對應開設有4組所述第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽的深度為0.8mm、長度為25mm、寬度對應的圓心角為30°。

優(yōu)選的，所述氫氣吸收反應器分為外氫氣吸收反應器和內(nèi)氫氣吸收反應器，所述第一凹槽內(nèi)設置有外氫氣吸收反應器，所述外氫氣吸收反應器的外表面設置有所述催化劑涂層，所述第二凹槽內(nèi)設置有內(nèi)氫氣吸收反應器，所述內(nèi)氫氣吸收反應器的內(nèi)表面設置有所述催化劑涂層。

優(yōu)選的，所述氫氣吸收反應器由以下方法制備：將經(jīng)熱處理后的所述金屬板表面制備Al₂O₃涂層，將氯化鈀、氯鉑酸、乙醇按照1mg：1mg：1mL的比例配制成溶液，將涂敷有Al₂O₃涂層的金屬板浸泡在所述溶液中，將金屬板取出后，在120℃下干燥2h，隨后在400℃下煅燒4小時，并將金屬板置于50% H₂ 和50% N₂氣氛中在350℃下還原2小時，冷卻至室溫后得到涂敷有Pd/Pt－Al₂O₃催化劑涂層的鐵鉻鋁金屬板，最后做疏水處理后即得氫氣吸收反應器。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1、本發(fā)明的閥門采用安裝具有涂敷有Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層的鐵鉻鋁金屬板，常溫下實現(xiàn)高效的氫氣氧化消除；

2、利用Pd/Pt-Al₂O₃催化涂層的疏水特性實現(xiàn)反應產(chǎn)物水的有效排出，保證催化劑的穩(wěn)定性；

3、本發(fā)明的閥門具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性和可靠性高，制造工藝簡單，同時具有高效去除泄露氫氣的優(yōu)點。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1 為氫氣吸收反應器側(cè)視圖；

圖2為外氫氣吸收反應器A-A方向剖視圖；

圖3為內(nèi)氫氣吸收反應器A-A方向剖視圖；

圖4為應用氫氣吸收反應器閥門的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為填料壓蓋側(cè)視圖；

圖6為填料壓蓋側(cè)視圖局部剖視圖；

圖7為圖6中B-B方向的剖視圖；

圖8為填料壓蓋立體結(jié)構(gòu)示意圖；

以上附圖中：1：第一螺栓，2：外氫氣吸收反應器，3：第二螺栓，4：閥桿，5：填料壓蓋，6：閥體，7：填料，8：螺母，9：內(nèi)氫氣吸收反應器，51：第一凹槽，52：第二凹槽，110：金屬板，111：螺紋孔，120：催化劑涂層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

實施例一，一種具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門，如圖1-8所示，包括：閥體6、填料7、填料壓蓋5、閥桿4以及設置在填料壓蓋5上的氫氣吸收反應器，其中，閥體6上開設有開口，閥桿4設置在所述開口中，閥桿底部與閥門閥芯連接用于控制閥門的開關狀態(tài)，閥桿上端從開口中向外引出，所述閥桿下端與所述開口內(nèi)壁之間用填料7填充，起到閥桿引出端與閥門內(nèi)部的氣密性連接，以防止閥門內(nèi)氫氣泄露；填料壓蓋5設置為圓柱狀結(jié)構(gòu)，并套設在所述閥桿4上，具體的，所述填料壓蓋5軸向中心開設有通孔53，所述閥桿貫穿所述通孔，所述填料壓蓋按壓在所述填料上方并與所述閥體固定，將填料擠壓后完全填充閥桿與開口內(nèi)壁之間的空隙，提高閥門氣密性；

其中，如圖5-8所示，所述填料壓蓋5外壁上沿周向?qū)ΨQ開設有若干個第一凹槽51，所述填料壓蓋內(nèi)壁上沿周向?qū)_設有若干個第二凹槽52所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)設置有氫氣吸收反應器，所述氫氣吸收反應器上設置有Pd/Pt-Al₂O₃的催化劑涂層，所述氫氣吸收反應器位于所述填料上端的開口中，且氫氣吸收反應器上的催化劑涂層暴露在凹槽中，本實施例中，所述填料壓蓋側(cè)壁上一一對應開設有4組所述第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽的深度為0.8mm、長度為25mm、寬度對應的圓心角θ為30°，對應的，所述氫氣吸收反應器設置為圓弧面板狀結(jié)構(gòu)，所述金屬板寬度對應的圓心角θ在27°，所述金屬板長度為22mm，氫氣吸收反應器完全設置在凹槽內(nèi)，不影響填料壓蓋的正常安裝。具體的，第一凹槽中設置外氫氣吸收反應器2，如圖2所示，Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層設置在鐵鉻鋁金屬板外周，外氫氣吸收反應器2的內(nèi)表面貼合設置在所述第一凹槽外表面上，外氫氣吸收反應器2外表面的Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層暴露在調(diào)料壓蓋外側(cè)壁與開口內(nèi)側(cè)壁之間的縫隙中；第二凹槽中設置內(nèi)氫氣吸收反應器9，如圖3所示，Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層設置在鐵鉻鋁金屬板內(nèi)周，內(nèi)氫氣吸收反應器9的外表面貼合設置在所述第二凹槽內(nèi)表面上，內(nèi)氫氣吸收反應器9內(nèi)表面的Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層暴露在閥桿外側(cè)壁與填料壓蓋通孔內(nèi)側(cè)壁之間的縫隙中；Pd/Pt－Al₂O₃疏水催化劑涂層能夠在常溫下催化去除閥門填料部位泄漏的氫氣，同時催化劑涂層具有的疏水特性可以排除反應生成的水以保持催化劑的活性，從而當氫氣閥門填料處泄露少量氫氣時，填料處可能的泄露處都設置有氫氣吸收反應器，氫氣吸收反應器在常溫下實現(xiàn)高效的氫氣氧化消除，防止氫氣泄露到閥門外，造成安全隱患。

實施例二，所述填料壓蓋上端設置有凸起，所述填料壓蓋上端通過第一螺栓1固定在所述開口上端的閥體6上，第一螺栓1上端通過螺母8與所述凸起固定，氫氣吸收反應器的金屬板上開設有若干個用于安裝的螺紋孔111，同時凹槽內(nèi)壁上開設有螺紋孔，所述氫氣吸收反應器通過第二螺栓3固定在凹槽中，氫氣吸收反應器不凸出于凹槽。所述填料壓蓋與閥體開口為間隙配合，且填料壓蓋外徑與開口內(nèi)徑相差0.5 mm～1mm，外氫氣吸收反應器暴露在此間隙內(nèi)；填料壓蓋與與閥桿為間隙配合，填料壓蓋通孔內(nèi)徑與閥桿外徑相差0.5 mm～1mm，內(nèi)氫氣吸收反應器暴露在此間隙內(nèi)；從而，填料處可能的氫氣泄露處都設置有4個氫氣吸收反應器，有效吸收掉可能泄露的氫氣，提高閥門安全性。

實施例三，如圖1-3所示，氫氣吸收反應器具體包括金屬板110和涂覆在金屬板表面的催化劑涂層120，其中，金屬板的厚度為0.4mm，所述金屬板采用經(jīng)過噴砂處理的鐵鉻鋁金屬板，鋁含量為5wt%；催化劑涂層120，其均勻涂覆在所述金屬板的表面，所述催化劑涂層由具有疏水性的Pd/Pt-Al₂O₃制成，涂敷有Pd/Pt－Al₂O₃疏水催化劑涂層的鐵鉻鋁金屬板，形成氫氣吸收反應器，催化劑涂層能夠在常溫下催化去除閥門填料部位泄漏的氫氣，同時催化劑涂層具有的疏水特性可以排除反應生成的水以保持催化劑的活性具體的，實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的泄露氫氣去除，提高氫氣閥門的安全性。本實施例中，為了安裝方便，將所述金屬板設置為圓弧面板狀結(jié)構(gòu)，所述金屬板寬度對應的圓心角θ在27°，所述金屬板長度為22mm，所述金屬板上開設有用于安裝的螺紋孔111，氫氣吸收反應器通過螺栓安裝在氫氣閥門上，成為一體式結(jié)構(gòu)，同時，催化劑涂層120暴露在閥門填料可能泄露的位置，以反應吸收可能泄露的氫氣。

氫氣閥門填料部位泄漏的微量氫氣與空氣混合，在Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層的作用下，氫氣與空氣中的氧氣反應生成水，常溫下實現(xiàn)高效的氫氣氧化消除，避免了安全隱患；同時，由于催化劑涂層具有疏水性，反應生成的水可隨反應氣體脫離催化劑涂層，保證了催化劑的高效性和穩(wěn)定性。

實施例四，氫氣吸收反應器由以下步驟制得：

步驟一、采用鋁含量為5wt%左右的鐵鉻鋁合金金屬板，為了增強鐵鉻鋁合金同催化劑涂層載體的結(jié)合強度，對其進行必要的熱處理，熱處理的過程如下：首先用丙酮對鐵鉻鋁金屬板的表面進行清洗，再用5wt%的NaOH溶液浸泡20 分鐘，然后在馬福爐中以4℃/min的升溫速率升溫至900℃，保溫2 小時，爐冷；

步驟二、配置2mol/L的硝酸溶液，將Al₂O₃粉末加入到硝酸溶液中，在室溫下攪拌30 分鐘，陳化2 小時，形成漿液，其中，Al₂O₃粉末與硝酸溶液的配比為100g Al₂O₃粉末: 1mol HNO₃，將形成的漿液均勻涂覆在經(jīng)過熱處理后的金屬板上，將金屬板表面多余的漿液除去，在室溫下干燥1 h后放置在真空干燥箱中105℃下干燥12 h，隨后將金屬板放置在馬福爐中以4℃/min的升溫速率升溫至500℃進行燒結(jié)，得到涂覆有Al₂O₃涂層的金屬板；

步驟三、將氯化鈀、氯鉑酸、乙醇按照1mg：1mg：1mL的比例配制成溶液，將涂敷有Al₂O₃涂層的金屬板浸泡在配置的所述溶液中，將金屬板取出后，在120℃下干燥2h，隨后在400℃下煅燒4小時，并將金屬板置于50% H₂ 和50% N₂氣氛中在350℃下還原2小時，冷卻至室溫后得到涂敷有Pd/Pt－Al₂O₃催化劑涂層的鐵鉻鋁金屬板；

步驟四、將涂敷有Pd/Pt－Al₂O₃催化劑涂層的鐵鉻鋁金屬板做疏水處理得到氫氣吸收反應器，疏水處理過程如下：將涂覆有Al₂O₃涂層的金屬板放置于三乙氧基－1H，1H，2H，2H十三氟－N－辛基硅烷的乙醇溶液中浸泡24h，三乙氧基－1H，1H，2H，2H十三氟－N－辛基硅烷與乙醇的配比為1mL:100mL，然后將金屬板洗滌后在100℃下干燥1小時，即得到具有Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層的氫氣吸收反應器。

最后將氫氣吸收反應器對應安裝到調(diào)料壓蓋上的凹槽內(nèi)即得到了具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門，實現(xiàn)了閥門泄露氫氣的有效去除，提高了閥門的安全和可靠性。

由此可知，本發(fā)明的制造工藝簡單，同時具有高效去除泄露氫氣的優(yōu)點。

對比實施例一，一臺氫氣閥門，如圖4所示，閥門填料處安裝有如圖5-8所示的填料壓蓋5，填料壓蓋內(nèi)外壁面沿周向分別均勻開有4個凹槽，凹槽的深度D取0.8mm、長度25mm，寬度對應夾角角度30°，但未安裝涂敷有Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層的氫氣吸收反應器。在入口處通入純氫，入口壓力為0.6MPa。放松緊固螺栓1上的螺母8，產(chǎn)生氣體泄漏，記錄緊固螺栓放松時螺母相對于螺栓的位置。在填料壓蓋5上表面靠近和閥桿4的間隙處采用氣體注射器抽取泄漏氣體，然后將此抽取的氣體通過氣相色譜儀分析氫氣的濃度為4%。關閉氫氣閥門入口的氣源，將氫氣閥門內(nèi)部的氣體排空。拆下填料壓蓋5，在填料壓蓋內(nèi)外壁的8個凹槽內(nèi)安裝涂敷有Pd/Pt-Al₂O₃疏水催化劑涂層的外氫氣吸收反應器2和內(nèi)氫氣吸收反應器9。鐵鉻鋁金屬板經(jīng)過噴砂處理，板厚0.4mm。外鐵鉻鋁金屬板2以及內(nèi)鐵鉻鋁金屬板9通過螺栓3固定于凹槽內(nèi)。

在入口處通入純氫，入口壓力為0.6MPa。放松緊固螺栓1上的螺母8，螺母放松的位置與未裝外氫氣吸收反應器2和內(nèi)氫氣吸收反應器9時記錄的螺栓1放松時螺母相對于螺栓的位置相同，產(chǎn)生氣體泄漏。在填料壓蓋5上表面靠近和閥桿4的間隙處采用氣體注射器抽取泄漏氣體，然后將此抽取的氣體通過氣相色譜儀分析氫氣的濃度為50ppm。由此可見，采用本發(fā)明的具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門可實現(xiàn)通過填料泄露的氫氣的高效氧化去除，極大地保證了相關裝置及系統(tǒng)的安全。

由上所述，本發(fā)明提供一種具有泄露氫氣去除功能的氫氣閥門，用于去除氫氣閥門填料處泄漏的氣體，該閥門包括一種特殊結(jié)構(gòu)的填料壓蓋，所述填料壓蓋周向內(nèi)外分別開有環(huán)形陣列凹槽，凹槽內(nèi)部裝有涂敷有Pd/Pt－Al₂O₃疏水催化劑涂層的鐵鉻鋁金屬板。所述的催化劑涂層能夠在常溫下催化去除閥門填料部位泄漏的氫氣，同時催化劑涂層具有的疏水特性可以排除反應生成的水以保持催化劑的活性。本專利能夠?qū)崿F(xiàn)在用氫氣閥門填料泄漏的氫氣的在線高效去除。同時，本發(fā)明的閥門具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性和可靠性高，制造工藝簡單，同時具有高效去除泄露氫氣的優(yōu)點，適于推廣應用。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。