CN110410667A - 一种液氢充装的装置 - Google Patents
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Abstract
一种液氢充装的装置，它包括液氢输送、低温氢气输运、管道气体置换和系统管道抽真空四部分组成，所述液氢输送系统由液氢储槽、液氢泵、液氢泵出口止回阀、液氢泵出口截止阀、液氢泵出口流量调节阀、液氢拖车、液氢储槽进液截止阀、液氢拖车液氢泵，液氢进液氢拖车截止阀、液氢拖车液氢出口止回阀、液氢拖车液氢出口截止阀组成，本发明利用氮气置换液氢充装管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道中的氮气，使液氢充装管道内氢气含量超过99.9%V，保证充装过程中液氢不被污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种液氢充装的技术及装置，属于液氢充装领域。
背景技术
人类社会将逐步过渡到氢能社会，氢能在未来将取代其他能源作为世界主要的能源供应形式。目前，国内氢产业蓬勃发展，但仍然有许多制约因素制约着氢能的普及，液氢的运输和存储是其中的瓶颈之一。液氢从储槽转移到运输车或是从运输车转移到储槽过程中可能会受到外部环境空气的污染，为较好解决液氢转移过程中的污染问题，本发明涉及一种液氢充装的技术及装置，通过氮气置换液氢充装管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道中的氮气，使液氢充装管道内氢气含量超过99.9ppmv，有效避免了液氢充装过程中被外界环境污染。
发明内容
本发明一种液氢充装的技术及装置，利用氮气置换液氢充装管道和氢气输运管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道和氢气输运管道中的氮气，使系统管道内氢气含量超过99.9ppmv，保证充装过程中液氢不被污染。考虑到管道内气体置换经济性，本发明中使用氢气均压方法置换液氢充装管道和氢气输运管道中的氮气，与直接氢气吹扫置换方式相比，可节省置换氢气使用量，为实现本发明的目的，本发明一种液氢充装的装置，它包括液氢输送、低温氢气输运、管道气体置换和系统管道抽真空四部分组成，所述液氢输送系统由液氢储槽1、液氢泵3、液氢泵出口止回阀4、液氢泵出口截止阀5、液氢泵出口流量调节阀7、液氢拖车25、液氢储槽进液截止阀26、液氢拖车液氢泵24，液氢进液氢拖车截止阀8、液氢拖车液氢出口止回阀10、液氢拖车液氢出口截止阀9组成，所述低温氢气输运系统由氢气回液氢储槽调节阀13、氢气回液氢储槽截止阀19、氢气呼吸阀14组成，所述管道气体置换系统由氮气截止阀17、氢气截止阀18、置换气体进液氢输送管路调节阀16、置换气体进氢气输运管路调节阀15、置换废气排空止回阀20、置换废气排空调节阀22、置换废气排空截止阀21、置换废气排空消音器22、置换废气排放口23、液氢管道置换废气排出调节阀11、液氢管道置换废气排出截止阀12组成；所述系统管道抽真空由真空泵40、抽真空口截止阀41，抽真空口气动隔膜阀42、真空电阻规44组成。
作为优选：所述液氢储槽1液氢进出口连接液氢泵3进口，液氢泵3出口设置有止回阀，止回阀出口连接液氢泵出口截止阀5进口，液氢泵出口截止阀5出口和液氢泵出口流量调节阀7进口之间设置有液氢泵出口安全阀6，用来排放压力液氢。防止液氢管路超压，所述液氢泵出口流量调节阀7出口接置换气体进液氢输送管路截止阀出口、液氢储槽进液截止阀26进口，液氢进液氢拖车截止阀8进口、液氢拖车液氢出口截止阀9出口、液氢管道置换废气排空气调节阀11进口、液氢管道置换废气排空气截止阀12进口、置换气体进液氢输送管路截止阀16出口。液氢进液氢拖车截止阀8出口、液氢拖车液氢出口止回阀10出口共同连接液氢拖车25液氢进口。液氢储槽进液截止阀26进口连接液氢储槽1液氢进出口。
作为优选：所述液氢拖车25氢气进出口连接氢气回液氢储槽截止阀19进口，氢气回液氢储槽截止阀19出口分别接液氢管道置换废气排出调节阀11出口、液氢管道置换废气排出截止阀12出口、置换废气排空止回阀20进口、氢气回液氢储槽调节阀13进口、换气体进氢气输运管路截止阀15出口、抽真空口气动隔膜阀42进口。氢气回液氢储槽调节阀13进口管路设置氢气呼吸阀14，用来排放超压氢气，保证系统管路安全。氢气回液氢储槽调节阀13出口连氢储槽1氢气进出口。真空泵40进口通过抽真空口截止阀41与抽真空口气动隔膜阀42出口连接，抽真空口气动隔膜阀42进口设置真空电阻规44测量管路真空度。
作为优选：所述置换废气排空止回阀20出口接置换废气排空截止阀21进口、置换废气排空调节阀22进口。置换废气排空截止阀21出口、置换废气排空调节阀22出口接置换废气排空消音器44进口，置换废气排空消音器44出口接置换废气排放口23进口，置换废气排放口23出口直接排放置换废气。
作为优选：所述氮气截止阀17进口接置换氮气，氢气截止阀18进口接置换氢气，所述氮气截止阀17出口、氢气截止阀18出口接置换气体进氢气输运管路截止阀15进口、置换气体进液氢输送管路截止阀16进口，
作为优选：所述液氢输送系统可通过液氢泵（3），将液氢储槽1中的液氢输送入液氢拖车25，也可以反向通过液氢拖车液氢泵24将液氢拖车25中的液氢输送入液氢储槽1。
所述低温氢气输运系统在液氢输运过程中，将液氢接受容器液氢储槽1，或者液氢拖车25中上部积聚的氢气移送到液氢输出容器液氢拖车25，或者液氢储槽1，可提高液氢储罐的有效容积。将原本排空的氢气转移到另一个储罐，既节省了氢气的损失，也增加了液氢疏运过程的安全性。
所述管道气体置换系统可将液氢输运管道内的杂质气体置换排空，管道气体置换目的：一是防止高沸点杂质气体固化阻塞管道，二是防止液氢在输运过程中被污染。
进一步，管道气体置换系统通过两个步骤实现对管道内空气的置换。步骤一，用氮气置换管道内空气，通过置换和抽真空将管道内空气排出；步骤二，用氢气置换管道内氮气，通过压力氢气置换管道内氮气，置换完成后管道内氢气含量超过99.9%V。
本发明一种液氢充装的技术及装置，利用氮气置换液氢充装管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道中的氮气，使液氢充装管道内氢气含量超过99.9%V，保证充装过程中液氢不被污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，如图1所示，本发明如图1所示，本发明一种液氢充装的技术及装置至少包括液氢输送、低温氢气输运、管道气体置换和系统管道抽真空四部分。本发明利用氮气置换液氢充装管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道中的氮气，使液氢充装管道内氢气含量超过99.9%V，保证充装过程中液氢不被污染。
进一步，所述管道气体置换分为两个步骤：步骤一为氮气置换管道内空气；步骤二为带压氢气置换管道内氮气。
进一步，所述氮气置换管道内空气主要利用常压氮气吹扫液氢输送管路和氢气输运管路。
进一步，所述氮气置换管道内空气过程还需管道抽真空。氮气置换管道内空气的方法有两种：第一种方法，首先用氮气吹扫液氢输送管路，然后抽真空，反复数次；其次用氮气吹扫氢气输运管路，然后抽真空，同样反复数次，直到管道内空气不超过1～1.5%V。第二种方法，先用低压氮气吹扫液氢输送管路，然后打开液氢输送管路和氢气输运管路之间阀门，使液氢输送管路与氢气输运管路之间均压，而后带压氮气和空气混合气体排大气，最后真空泵抽真空，反复数次，直到管道内空气不超过1～1.5%V。
进一步，所述氢气置换管道内氮气过程有两种方法：第一种方法，首先用氢气吹扫液氢输送管路，然后抽真空，反复数次；其次用氢气吹扫氢气输运管路，然后抽真空，同样反复数次，直到管道内氢气含量超过99.9% V。第二种方法，先用压力氢气吹扫液氢输送管路，然后打开液氢输送管路和氢气输运管路之间阀门，使液氢输送管路与氢气输运管路之间均压，而后带压氢气和氮气混合气体排大气，最后真空泵抽真空，反复数次，直到管道内氢气含量超过99.9% V。
具体实施例如下
本发明一种液氢充装的技术及装置，利用氮气置换液氢充装管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道中的氮气，使液氢充装管道内氢气含量超过99.9% V，保证充装过程中液氢不被污染。
本发明为保证充装过程中液氢不被污染，液氢储罐和液氢拖车之间管道空气均被氢气置换。
本发明装置启动前，系统阀门均关闭。为保证充装过程中液氢不被污染以及系统管道不因高沸点杂质固化而被堵塞，对系统管道需进行两次气体置换操作：第一次是氮气置换管道内空气，第二次是氢气置换管道内氮气。
进一步，用氮气置换系统管道内空气时，打开氮气截止阀17、置换气体进液氢输送管路截止阀16、液氢泵出口流量调节阀17、液氢泵出口截止阀5，置换氮气进入液氢输送管道，3-5分钟后，打开液氢管道置换废气排出调节阀11（或者是液氢管道置换废气排出截止阀12）、置换废气排空截止阀21（或者置换废气排空调节阀22），液氢输送管路内空气和氮气混合气体排出到大气。保持上述阀门打开，吹扫5分钟，然后关闭氮气截止阀17和置换废气排空截止阀21（或者置换废气排空调节阀22），打开抽真空口截止阀41、抽真空口气动隔膜阀42，启动真空泵40，液氢输送管路抽真空。抽真空至真空电阻规44显示管道真空度不到15KPa时关闭抽真空口气动隔膜阀42。
进一步，重复上述氮气置换液氢输送管道内空气步骤，氮气置换管道空气需要反复进行2～4次，直至液氢输送管道内空气含量不超过1～1.5%V，关闭氮气截止阀17。
液氢输送管路氮气置换空气完成后，需进一步对氢气输运管路空气进行置换。打开氮气截止阀17、置换气体进氢气输运管路截止阀15，置换氮气进入氢气输运管道，2-3分钟后，打开置换废气排空截止阀21或者置换废气排空调节阀22，氢气输运管路内空气和氮气混合气体排出到大气。保持上述阀门打开，吹扫3分钟，然后关闭氮气截止阀17和置换废气排空截止阀21或者置换废气排空调节阀22，打开抽真空口气动隔膜阀42，氢气输运管路抽真空。抽真空至真空电阻规44显示管道真空度不到15KPa时关闭抽真空口气动隔膜阀42。
进一步，重复上述氮气置换氢气输运管道内空气步骤，氮气置换管道空气需要反复进行2～3次，直至氢气输运管道内空气含量不超过1～1.5%V，关闭氮气截止阀17。
完成氮气置换系统管道内空气步骤后，进一步，需要用氢气置换系统管道内氮气。
值得指出，考虑置换管道内气体的经济性，氢气置换管道内氮气的步骤与氮气置换管道内空气的步骤有所不同。氢气置换液氢输送管道和氢气置换氢气输运管道分步同时进行，置换过程中氢气先充入液氢输送管路，然后将液氢输送管路内的带压氮气和氢气混合物送入氢气输运管路，两者均压。均压后将液氢输送管路和氢气输运管路内的氮气和氢气混合气体同时排放大气。
氢气置换系统管道内氮气，首先打开氢气截止阀18、置换气体进液氢输送管路截止阀16，带压氢气进入液氢输送管路，液氢输送管路充氢气3-5分钟，关闭氢气截止阀18，然后打开液氢管道置换废气排出调节阀11（或者是液氢管道置换废气排出截止阀12，液氢输送管路内氢气和氮气混合气体进入氢气输运管道，两者均压1-2分钟，打开置换废气排空截止阀21、置换废气排空调节阀22，氢气和氮气混合气体通过置换废气排放口23排大气。
进一步，置换废气排大气后系统管道内压力降至大气压，关闭液氢管道置换废气排出调节阀11（或者是液氢管道置换废气排出截止阀12，打开抽真空口气动隔膜阀42，液氢输送管路和氢气输运管路抽真空，当真空电阻规44显示真空度不高于10KPa时，关闭抽真空口气动隔膜阀42。
重复氢气置换系统管道内氮气步骤2-3次，直至液氢输送管道和氢气输运管道内氢气含量超过99.9% V。
液氢需要从液氢储罐1输送到液氢拖车25时，液氢储罐1出口液氢27被液氢泵3加压，通过止回阀4、流量调节阀7、液氢进液氢拖车截止阀8输送入液氢拖车25。
进一步，当液氢从液氢储槽1输送到液氢拖车25时，氢气回液氢储槽截止阀19、氢气回液氢储槽调节阀13打开，液氢液氢拖车25中上部氢气31通过截止阀19和调节阀13返回液氢储槽1。
反之，当液氢从液氢拖车25输送到液氢储槽1时，液氢进液氢拖车截止阀8、液氢泵出口流量调节阀7关闭，液氢拖车液氢出口截止阀9、液氢储槽进液截止阀26打开，液氢拖车25液氢29通过止回阀10、截止阀9、截止阀26输送液氢储槽1。
需要注意，为了在管道气体置换步骤中，管道内的空气和氮气尽可能被置换干净，氢气回液氢储槽调节阀13进口、液氢泵3进口、液氢储槽进液截止阀26出口应尽量靠近液氢储槽1。
本发明一种一种液氢充装的技术及装置，利用氮气置换液氢充装管道和氢气输运管道中的空气，然后用氢气置换液氢充装管道和氢气输运管道中的氮气，使系统管道内氢气含量超过99.9ppmv，保证充装过程中液氢不被污染。考虑到管道内气体置换经济性，本发明中使用氢气均压方法置换液氢充装管道和氢气输运管道中的氮气，与直接氢气吹扫置换方式相比，可节省置换氢气使用量。
Claims (6)
1.一种液氢充装的装置，它包括液氢输送、低温氢气输运、管道气体置换和系统管道抽真空四部分组成，其特征在于所述液氢输送系统由液氢储槽（1）、液氢泵（3）、液氢泵出口止回阀（4）、液氢泵出口截止阀（5）、液氢泵出口流量调节阀（7）、液氢拖车（25）、液氢储槽进液截止阀（26）、液氢拖车液氢泵（24），液氢进液氢拖车截止阀（8）、液氢拖车液氢出口止回阀（10）、液氢拖车液氢出口截止阀（9）组成，所述低温氢气输运系统由氢气回液氢储槽调节阀（13）、氢气回液氢储槽截止阀（19）、氢气呼吸阀（14）组成，所述管道气体置换系统由氮气截止阀（17）、氢气截止阀（18）、置换气体进液氢输送管路调节阀（16）、置换气体进氢气输运管路调节阀（15）、置换废气排空止回阀（20）、置换废气排空调节阀（22）、置换废气排空截止阀（21）、置换废气排空消音器（22）、置换废气排放口（23）、液氢管道置换废气排出调节阀（11）、液氢管道置换废气排出截止阀（12）组成；所述系统管道抽真空由真空泵（40）、抽真空口截止阀（41），抽真空口气动隔膜阀（42）、真空电阻规（44）组成。
2.根据权利要求1所述的液氢充装的装置，其特征在于所述液氢储槽（1）液氢进出口连接液氢泵（3）进口，液氢泵（3）出口设置有止回阀，止回阀出口连接液氢泵出口截止阀（5）进口，液氢泵出口截止阀（5）出口和液氢泵出口流量调节阀（7）进口之间设置有液氢泵出口安全阀（6），用来排放压力液氢;防止液氢管路超压，所述液氢泵出口流量调节阀7出口接置换气体进液氢输送管路截止阀出口、液氢储槽进液截止阀（26）进口，液氢进液氢拖车截止阀（8）进口、液氢拖车液氢出口截止阀（9）出口、液氢管道置换废气排空气调节阀（11）进口、液氢管道置换废气排空气截止阀（12）进口、置换气体进液氢输送管路截止阀（16）出口;液氢进液氢拖车截止阀（8）出口、液氢拖车液氢出口止回阀（10）出口共同连接液氢拖车（25）液氢进口;液氢储槽进液截止阀（26）进口连接液氢储槽（1）液氢进出口。
3.根据权利要求2所述的液氢充装的装置，其特征在于所述液氢拖车（25）氢气进出口连接氢气回液氢储槽截止阀（19）进口，氢气回液氢储槽截止阀（19）出口分别接液氢管道置换废气排出调节阀（11）出口、液氢管道置换废气排出截止阀（12）出口、置换废气排空止回阀（20）进口、氢气回液氢储槽调节阀（13）进口、换气体进氢气输运管路截止阀（15）出口、抽真空口气动隔膜阀（42）进口;氢气回液氢储槽调节阀（13）进口管路设置氢气呼吸阀（14），用来排放超压氢气，保证系统管路安全;氢气回液氢储槽调节阀（13）出口连氢储槽（1）氢气进出口;真空泵（40）进口通过抽真空口截止阀（41）与抽真空口气动隔膜阀（42）出口连接，抽真空口气动隔膜阀（42）进口设置真空电阻规（44）测量管路真空度。
4.根据权利要求3所述的液氢充装的装置，其特征在于所述置换废气排空止回阀（20）出口接置换废气排空截止阀（21）进口、置换废气排空调节阀（22）进口;置换废气排空截止阀（21）出口、置换废气排空调节阀（22）出口接置换废气排空消音器（44）进口，置换废气排空消音器（44）出口接置换废气排放口（23）进口，置换废气排放口（23）出口直接排放置换废气。
5.根据权利要求1所述的液氢充装的装置，其特征在于所述氮气截止阀（17）进口接置换氮气，氢气截止阀（18）进口接置换氢气，所述氮气截止阀（17）出口、氢气截止阀（18）出口接置换气体进氢气输运管路截止阀（15）进口、置换气体进液氢输送管路截止阀（16）进口。
6.根据权利要求1所述的液氢充装的装置，其特征在于所述液氢输送系统可通过液氢泵（3），将液氢储槽（1）中的液氢输送入液氢拖车（25），也可以反向通过液氢拖车液氢泵24将液氢拖车（25）中的液氢输送入液氢储槽（1）。
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