CN111609306A - 一种安全可靠的多功能氢气卸放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全可靠的多功能氢气卸放系统，包括箱体模块及设置于箱体模块内的管路单元和电路单元，其中管路单元包括氢气卸放管路、氢气置换管路和氮气置换及测试管路；电路单元中氢浓度探测器、火焰探测器、强制排风系统、声光报警器、计量显示器和PLC控制系统均设置于箱体模块内且该氢浓度探测器、火焰探测器、强制排风系统、声光报警器和计量显示器分别通过线路与PLC控制系统电性连接，所述紧急切断电磁阀、质量流量计和压力传感器分别通过线路与PLC控制系统电性连接。本发明结构设计合理且使用安全可靠。

Description

一种安全可靠的多功能氢气卸放系统
技术领域
本发明属于氢气加注站氢气卸放系统技术领域，具体涉及一种安全可靠的多功能氢气卸放系统。
背景技术
中国作为工业大国，同时也是全球机动车保有量最多的国家，在工业生产、交通运输时所产生大量的温室气体，不利于中国对世界承诺的缩减碳排放的目标，因此近年来国家对清洁能源的发展愈来愈重视。随着科学技术的发展，现如今氢燃料电池汽车的问世，将有利于国家从根本上降低持续增加的碳排放量。氢燃料电池汽车的核心动力是氢燃料电池，氢燃料电池是将氢气和空气中氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。
目前氢燃料电池汽车所需氢气主要从氢气加注站获取，主流的氢气加注站内氢气由外供氢管束拖车提供，将管束拖车内氢气卸放至氢气加注站内的压缩机或压力容器后为下游加氢机提供高压氢气。但是在管束拖车与压缩机或压力容器连接过程中，多是通过连接软管、高压管道、安全阀及球阀这些简单的几个部件组成的氢气输送管道相连接，结构比较简单，多是因为氢气加注站属于新兴能源站，国内建成的氢气加注站又寥寥无几造成的。但是在此过程中却存在氢气泄漏或有不明火源的情况下无法监测与报警停机、无法统计氢气输送的质量流量、无法及时阻止气源中存在的不明杂质、无法进行氢气取样分析、无法避免长管拖车出现意外溜车时连接软管断裂，以及管道检修维护时无法进行管道吹扫与介质置换，同时不具备防静电和报警等功能。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种结构设计合理且使用安全可靠的多功能氢气卸放系统。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种安全可靠的多功能氢气卸放系统，其特征在于包括箱体模块及设置于箱体模块内的管路单元和电路单元，其中管路单元包括氢气卸放管路、氢气置换管路和氮气置换及测试管路；氢气卸放管路上沿气体输送方向依次设有CGA1350接头、连接软管I、拉脱装置、静电接地报警器、过滤器I、紧急切断电磁阀、质量流量计、高压球阀V、人体静电释放报警器、单向阀I和氢气输出接口，氢气卸放管路的气体输入端通过CGA1350接头与氢气长管拖车的氢气卸放接头连接，质量流量计与高压球阀V之间的氢气卸放管路上沿气体输送方向依次连接有气体放空管路和气体测压管路，该气体放空管路上沿气体输送方向依次设有排空球阀、排空针阀、回火防止器和气体放空接口，气体测压管路上通过高压球阀IV连接有相互并联的压力表和压力传感器；氢气置换管路上沿气体输送方向依次设有氢气钢瓶接头、连接软管II、单向阀II、过滤器II和高压球阀II，氢气置换管路的气体输入端通过氢气钢瓶接头与氢气集装格内的氢气钢瓶连接，氢气置换管路的气体输出端与静电接地报警器和过滤器I之间的氢气卸放管路连接；氮气置换及测试管路上沿气体输送方向依次设有氮气钢瓶接头、连接软管III和单向阀III，氮气置换及测试管路的气体输入端通过氮气钢瓶接头与氮气集装格内的氮气钢瓶连接，氮气置换及测试管路的气体输出端与单向阀II和过滤器II之间的氢气置换管路连接；电路单元中氢浓度探测器、火焰探测器、强制排风系统、声光报警器、计量显示器和PLC控制系统均设置于箱体模块内且该氢浓度探测器、火焰探测器、强制排风系统、声光报警器和计量显示器分别通过线路与PLC控制系统电性连接，所述紧急切断电磁阀、质量流量计和压力传感器分别通过线路与PLC控制系统电性连接。
进一步限定，所述质量流量计与高压球阀V之间的氢气卸放管路上设有氢气旁通连接管路，该氢气旁通连接管路上沿气体输送方向依次设有高压球阀I和安全阀I，氢气旁通连接管路的气体输出端与排空针阀与回火防止器之间的气体放空管路连接。
进一步限定，所述单向阀III与单向阀II之间的氮气置换及测试管路设有氮气旁通连接管路，该氮气旁通连接管路上沿气体输送方向依次设有高压球阀III和安全阀II，氮气旁通连接管路的气体输出端与排空针阀和回火防止器之间的气体放空管路连接。
进一步限定，所述过滤器I和紧急切断电磁阀之间的氢气卸放管路上设有氢气取样管路，该氢气取样管路上沿气体输送方向依次设有连接软管IV和高压针阀，氢气取样管路的气体输入端设有氢气取样口，该氢气取样口连接氢气取样瓶，用于通过氢气取样瓶对氢气长管拖车上的氢气进行采样并对氢气取样瓶内的氢气进行化验。
本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的运行方法，其特征在于具体过程为：
步骤S1：氢气长管拖车、氢气集装格和氮气集装格分别安装到位，系统上电；
步骤S2：操作人员手摸人体静电释放报警器，至语音提示静电释放完毕；
步骤S3：将静电接地报警器和氢气长管拖车连接，对氢气长管拖车进行静电释放；
步骤S4：打开氮气集装格自带开关、紧急切断电磁阀和高压球阀II，至压力表稳定至5MPa后，关闭高压球阀II，打开排空球阀和排空针阀至压力表稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀和排空针阀；
步骤S5：打开高压球阀II，至压力表稳定至5MPa后，关闭高压球阀II，打开排空球阀和排空针阀至压力表稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀和排空针阀；
步骤S6：步骤S5循环操作5次，氮气置换完毕，关闭氮气集装格自带开关和高压球阀II；
步骤S7：打开氢气集装格自带开关、紧急切断电磁阀和高压球阀II，至压力表稳定至5MPa后，关闭高压球阀II，打开排空球阀和排空针阀至压力表稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀和排空针阀；
步骤S8：步骤S5循环操作5次，氢气置换完毕，关闭氢气集装格自带开关和高压球阀II；
步骤S9：打开氢气长管拖车自带开关、紧急切断电磁阀和高压球阀V即可为下游提供氢气。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统不仅可以作为管束拖车的卸气设备，同时可以作为充装设备直接对下游设备进行充装服务，能够通过质量流量计和计量显示器对充装的气体进行计价结算服务；
2、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有人体静电释放报警器，操作人员在进行卸气操作前，首先要进行人体静电释放，静电释放完毕会有语音提示释放完成，防止带电操作，引起安全事故；
3、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有静电接地报警器，当氢气长管拖车进入指定车位进行卸气操作前，首先连接静电接地报警器将车上静电释放，并保障在连续卸气过程中持续释放气体摩擦产生的静电；
4、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有氢浓度探测器实时监测设备的氢浓度情况，一旦出现氢气泄漏浓度超标时，会通过紧急切断电磁阀自动切断气源，同时启动强制排风系统排出设备内氢气和声光报警器提示工作人员此设备发生故障；
5、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有火焰探测器实时监测设备的环境情况，一旦出现不明火源时，会通过紧急切断电磁阀自动切断气源，同时启动声光报警器提示工作人员此设备发生故障；
6、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有紧急拉脱装置，主要作用在于防止卸气过程中，氢气长管拖车出现意外溜车或者司机误操作时，能够及时和系统分离和切断，防止连接软管出现意外断裂造成的泄漏事故，同时保护系统安全；
7、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有氢气取样口，能够对氢气长管拖车内的氢气进行取样分析，保障为加氢站内提供合格的氢气；
8、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有压力传感器，一旦系统内压力超出或低于设定的压力上限或下限，能够及时反馈给站控系统；
9、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有过滤器，保障系统内氢气的洁净度，防止造成下游功能件的损坏；
10、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的氢气卸放管路上设置有安全阀，保障在管道内压力超压的情况下，能够及时进行泄压排放，防止出现管道破裂和仪表损坏的情况；
11、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统设置有回火防止器，保障系统内的氢气能够进行安全的放空；
12、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的氮气管路上设置有氮气钢瓶接头、连接软管、单向阀，高压球阀、过滤器、高压球阀和安全阀能够为系统提供气密性测试、耐压性测试及氮气置换、设备检修时进行气体吹扫等服务，同时保证氢气的洁净度和防止压力超过限定值；
13、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的氢气管路上设置有氢气钢瓶接头、连接软管、单向阀、高压球阀、过滤器、高压球阀和安全阀对系统进行氢气置换，保障系统内氢气的纯度和洁净度，同时防止压力超过限定值；
14、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的氢气管路、氮气管路及氢气卸放管路上分别设有单向阀，能够有效防止气体发生逆流；
15、本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的氢气管路及氮气管路上分别设有高压球阀，用于保障对应管路上的安全阀出现故障时，切断与系统的连接进行检修与更换而不影响系统的正常供气，同时在压力表及压力传感器的连接管路上设有高压球阀，用于保障对应管路上的压力表或压力传感器出现故障时，切断与系统的连接进行检修与更换而不影响系统的正常供气。
附图说明
图1是本发明中安全可靠的多功能氢气卸放系统的管路连接图。
图中：1-氢浓度探测器，2-火焰探测器，3-强制排风系统，4-声光报警器，5-计量显示器，6-CGA1350接头，7-连接软管I，8-拉脱装置，9-过滤器I，10-紧急切断电磁阀，11-质量流量计，12-排空球阀，13-排空针阀，14-气体放空接口，15-回火防止器，16-安全阀I，17-高压球阀I，18-人体静电释放报警器，19-单向阀I，20-氢气输出接口，21-氢气钢瓶接头，22-连接软管II，23-单向阀II，24-高压球阀II，25-过滤器II，26-氢气取样口，27-高压针阀，28-高压球阀III，29-单向阀III，30-安全阀II，31-压力表，32-压力传感器，33-连接软管III，34-氮气钢瓶接头，35-高压球阀IV，36-静电接地报警器，37-高压球阀V，38-连接软管IV。
具体实施方式
结合附图详细描述本发明的技术方案，一种安全可靠的多功能氢气卸放系统，包括箱体模块及设置于箱体模块内的管路单元和电路单元，其中管路单元包括氢气卸放管路、氢气置换管路和氮气置换及测试管路；氢气卸放管路上沿气体输送方向依次设有CGA1350接头6、连接软管I 7、拉脱装置8、静电接地报警器36、过滤器I 9、紧急切断电磁阀10、质量流量计11、高压球阀V 37、人体静电释放报警器18、单向阀I 19和氢气输出接口20，氢气卸放管路的气体输入端通过CGA1350接头6与氢气长管拖车的氢气卸放接头连接，质量流量计11与高压球阀V 37之间的氢气卸放管路上沿气体输送方向依次连接有气体放空管路和气体测压管路，该气体放空管路上沿气体输送方向依次设有排空球阀12、排空针阀13、回火防止器15和气体放空接口14，气体测压管路上通过高压球阀IV 35连接有相互并联的压力表31和压力传感器32；氢气置换管路上沿气体输送方向依次设有氢气钢瓶接头21、连接软管II 22、单向阀II 23、过滤器II 25和高压球阀II 24，氢气置换管路的气体输入端通过氢气钢瓶接头21与氢气集装格内的氢气钢瓶连接，氢气置换管路的气体输出端与静电接地报警器36和过滤器I 9之间的氢气卸放管路连接；氮气置换及测试管路上沿气体输送方向依次设有氮气钢瓶接头34、连接软管III 33和单向阀III 29，氮气置换及测试管路的气体输入端通过氮气钢瓶接头34与氮气集装格内的氮气钢瓶连接，氮气置换及测试管路的气体输出端与单向阀II 23和过滤器II 25之间的氢气置换管路连接；电路单元中氢浓度探测器1、火焰探测器2、强制排风系统3、声光报警器4、计量显示器5和PLC控制系统均设置于箱体模块内且该氢浓度探测器1、火焰探测器2、强制排风系统3、声光报警器4和计量显示器5分别通过线路与PLC控制系统电性连接，所述紧急切断电磁阀10、质量流量计11和压力传感器32分别通过线路与PLC控制系统电性连接。
本发明所述质量流量计11与高压球阀V 37之间的氢气卸放管路上设有氢气旁通连接管路，该氢气旁通连接管路上沿气体输送方向依次设有高压球阀I 17和安全阀I 16，氢气旁通连接管路的气体输出端与排空针阀13与回火防止器15之间的气体放空管路连接。
本发明所述单向阀III 29与单向阀II 23之间的氮气置换及测试管路设有氮气旁通连接管路，该氮气旁通连接管路上沿气体输送方向依次设有高压球阀III 28和安全阀II30，氮气旁通连接管路的气体输出端与排空针阀13和回火防止器15之间的气体放空管路连接。
本发明所述过滤器I 9和紧急切断电磁阀10之间的氢气卸放管路上设有氢气取样管路，该氢气取样管路上沿气体输送方向依次设有连接软管IV 38和高压针阀27，氢气取样管路的气体输入端设有氢气取样口26，该氢气取样口26连接氢气取样瓶，用于通过氢气取样瓶对氢气长管拖车上的氢气进行采样并对氢气取样瓶内的氢气进行化验。
本发明所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的运行方法，其具体过程为：
步骤S1：氢气长管拖车、氢气集装格和氮气集装格分别安装到位，系统上电；
步骤S2：操作人员手摸人体静电释放报警器18，至语音提示静电释放完毕；
步骤S3：将静电接地报警器36和氢气长管拖车连接，对氢气长管拖车进行静电释放；
步骤S4：打开氮气集装格自带开关、紧急切断电磁阀10和高压球阀II 24，至压力表31稳定至5MPa后，关闭高压球阀II 24，打开排空球阀12和排空针阀13至压力表31稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀12和排空针阀13；
步骤S5：打开高压球阀II 24，至压力表31稳定至5MPa后，关闭高压球阀II 24，打开排空球阀12和排空针阀13至压力表31稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀12和排空针阀13；
步骤S6：步骤S5循环操作5次，氮气置换完毕，关闭氮气集装格自带开关和高压球阀II24；
步骤S7：打开氢气集装格自带开关、紧急切断电磁阀10和高压球阀II 24，至压力表31稳定至5MPa后，关闭高压球阀II 24，打开排空球阀12和排空针阀13至压力表31稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀12和排空针阀13；
步骤S8：步骤S5循环操作5次，氢气置换完毕，关闭氢气集装格自带开关和高压球阀II24；
步骤S9：打开氢气长管拖车自带开关、紧急切断电磁阀10和高压球阀V 37即可为下游提供氢气。
本发明所述氢气长管拖车内的氢气纯度的采样：
1、氢气取样口26连接氢气取样瓶；
2、打开氢气长管拖车自带开关、打开高压针阀27，收集一定量的氢气长管拖车内的氢气；
3、关闭氢气长管拖车自带开关、高压针阀27，对氢气取样瓶内氢气进行化验。
本发明所述系统检修时需要进行的操作：
1、关闭氢气长管拖车、氢气集装格、氮气集装格自带开关和高压球阀37，系统停电；
2、打开紧急切断电磁阀10和排空球阀12和排空针阀13，排尽管道内气体至压力表31表值为0，关闭紧急切断电磁阀10和排空球阀12和排空针阀13；
3、对需要检修的部件进行检修；
4、检修完毕后，系统上电，操作人员手摸人体静电释放报警器18，至语音提示静电释放完毕；
5、打开氮气集装格自带开关、紧急切断电磁阀10和排空球阀12和排空针阀13、对系统进行持续吹扫10min，吹扫完毕，关闭排空球阀12和排空针阀13，对系统进行气密性测试和耐压性测试后关闭排空球阀12和排空针阀13；
6、打开氮气集装格自带开关、紧急切断电磁阀10和高压球阀II 24，至压力表31稳定至5MPa后，关闭高压球阀II 24，打开排空球阀12和排空针阀13至压力表31稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀12和排空针阀13；
7、打开高压球阀II 24，至压力表31稳定至5MPa后，关闭高压球阀II 24，打开排空球阀12和排空针阀13至压力表31稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀12和排空针阀13；
8、步骤7循环操作5次，氮气置换完毕，关闭氮气集装格自带开关和高压球阀II 24；
9、打开氢气集装格自带开关、紧急切断电磁阀10和高压球阀II 24，至压力表31稳定至5MPa后，关闭高压球阀II 24，打开排空球阀12和排空针阀13至压力表31稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀12和排空针阀13；
10、步骤7循环操作5次，氢气置换完毕，关闭氢气集装格自带开关和高压球阀II 24；
11、打开氢气长管拖车自带开关、紧急切断电磁阀10、高压球阀V 37可为下游提供氢气。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (5)

1.一种安全可靠的多功能氢气卸放系统，其特征在于包括箱体模块及设置于箱体模块内的管路单元和电路单元，其中管路单元包括氢气卸放管路、氢气置换管路和氮气置换及测试管路；氢气卸放管路上沿气体输送方向依次设有CGA1350接头、连接软管I、拉脱装置、静电接地报警器、过滤器I、紧急切断电磁阀、质量流量计、高压球阀V、人体静电释放报警器、单向阀I和氢气输出接口，氢气卸放管路的气体输入端通过CGA1350接头与氢气长管拖车的氢气卸放接头连接，质量流量计与高压球阀V之间的氢气卸放管路上沿气体输送方向依次连接有气体放空管路和气体测压管路，该气体放空管路上沿气体输送方向依次设有排空球阀、排空针阀、回火防止器和气体放空接口，气体测压管路上通过高压球阀IV连接有相互并联的压力表和压力传感器；氢气置换管路上沿气体输送方向依次设有氢气钢瓶接头、连接软管II、单向阀II、过滤器II和高压球阀II，氢气置换管路的气体输入端通过氢气钢瓶接头与氢气集装格内的氢气钢瓶连接，氢气置换管路的气体输出端与静电接地报警器和过滤器I之间的氢气卸放管路连接；氮气置换及测试管路上沿气体输送方向依次设有氮气钢瓶接头、连接软管III和单向阀III，氮气置换及测试管路的气体输入端通过氮气钢瓶接头与氮气集装格内的氮气钢瓶连接，氮气置换及测试管路的气体输出端与单向阀II和过滤器II之间的氢气置换管路连接；电路单元中氢浓度探测器、火焰探测器、强制排风系统、声光报警器、计量显示器和PLC控制系统均设置于箱体模块内且该氢浓度探测器、火焰探测器、强制排风系统、声光报警器和计量显示器分别通过线路与PLC控制系统电性连接，所述紧急切断电磁阀、质量流量计和压力传感器分别通过线路与PLC控制系统电性连接。
2.根据权利要求1所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统，其特征在于：所述质量流量计与高压球阀V之间的氢气卸放管路上设有氢气旁通连接管路，该氢气旁通连接管路上沿气体输送方向依次设有高压球阀I和安全阀I，氢气旁通连接管路的气体输出端与排空针阀与回火防止器之间的气体放空管路连接。
3.根据权利要求1所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统，其特征在于：所述单向阀III与单向阀II之间的氮气置换及测试管路设有氮气旁通连接管路，该氮气旁通连接管路上沿气体输送方向依次设有高压球阀III和安全阀II，氮气旁通连接管路的气体输出端与排空针阀和回火防止器之间的气体放空管路连接。
4.根据权利要求1所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统，其特征在于：所述过滤器I和紧急切断电磁阀之间的氢气卸放管路上设有氢气取样管路，该氢气取样管路上沿气体输送方向依次设有连接软管IV和高压针阀，氢气取样管路的气体输入端设有氢气取样口，该氢气取样口连接氢气取样瓶，用于通过氢气取样瓶对氢气长管拖车上的氢气进行采样并对氢气取样瓶内的氢气进行化验。
5.一种权利要求1-4中任意一项所述的安全可靠的多功能氢气卸放系统的运行方法，其特征在于具体过程为：
步骤S1：氢气长管拖车、氢气集装格和氮气集装格分别安装到位，系统上电；
步骤S2：操作人员手摸人体静电释放报警器，至语音提示静电释放完毕；
步骤S3：将静电接地报警器和氢气长管拖车连接，对氢气长管拖车进行静电释放；
步骤S4：打开氮气集装格自带开关、紧急切断电磁阀和高压球阀II，至压力表稳定至5MPa后，关闭高压球阀II，打开排空球阀和排空针阀至压力表稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀和排空针阀；
步骤S5：打开高压球阀II，至压力表稳定至5MPa后，关闭高压球阀II，打开排空球阀和排空针阀至压力表稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀和排空针阀；
步骤S6：步骤S5循环操作5次，氮气置换完毕，关闭氮气集装格自带开关和高压球阀II；
步骤S7：打开氢气集装格自带开关、紧急切断电磁阀和高压球阀II，至压力表稳定至5MPa后，关闭高压球阀II，打开排空球阀和排空针阀至压力表稳定至0.2MPa，之后关闭排空球阀和排空针阀；
步骤S8：步骤S5循环操作5次，氢气置换完毕，关闭氢气集装格自带开关和高压球阀II；
步骤S9：打开氢气长管拖车自带开关、紧急切断电磁阀和高压球阀V即可为下游提供氢气。
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