CN112728411A - 一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法 - Google Patents

一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，该系统包括纯氢远程输送管路系统、纯氢输送终端分配系统、纯氢供气系统、高纯氢供气系统、掺氢供气应系统、子系统监控端和云端控制中心。所述纯氢远程输送系统一端连接氢源，另一端连接纯氢输送终端分布系统，所述纯氢输送终端分配系统针对氢气的不同用途分配到不同的供气管路子系统，分配的供气管路子系统包括纯氢供气系统、高纯氢供气系统和掺氢供气系统，各子系统监控端接入用户设备，所述云端控制中心与上述各系统通过网络连接。不仅可以使氢能源以量大、实时等特点向用户供气，还可以以纯氢、高纯氢、掺氢等形式向用户供气，实现多功能用氢，加快清洁型氢能源产业的建设，提高了经济和环境效益。

Description

一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及纯氢输送技术领域，特别是涉及一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法。
背景技术
氢气的具有储能高，使用零污染等优点，被证明是未来经济发展的一种具有巨大潜在成本效益的清洁能源。氢气来源既可以由可再生能源产生，也可以由不可再生能源产生；可以加压、低温液体的形式存储，也可以物理、化学方式与适当的固态材料结合在一起存储。
由于氢气来源分布并不均匀，为满足用户氢气实时供应，需将氢气进行长距离输送到目标用户，而最经济的实时氢气输送方式是管道输送。
现有的氢气输送管道都是针对单一大型用户进行输送供应，氢气输送管路并未涉及到家用能源和一些特殊场所使用的能源，导致氢能源普及受限。且制氢厂生产出来的氢气的纯度无法直接满足高纯氢使用用户，例如氢燃料电池等。
因此，设计一种针对不同用户需求进行不同氢气类型供应的纯氢输运分配管网系统及其控制方法，以实现全民用氢的环境友好型目标，是所属技术领域技术人员的研究方向。
发明内容
本发明提出一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，解决现阶段不同类型氢需求的用户无法得到实时、多功能氢能源的使用及保障氢管网系统安全运行的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，包括纯氢远程输送管路系统、纯氢输送终端分配系统、纯氢供气系统、高纯氢供气系统、掺氢供气应系统、子系统监控端、云端控制中心及其他用氢系统。所述纯氢远程输送系统一端连接氢源，另一端连接纯氢输送终端分布系统和其他用氢系统，所述纯氢输送终端分配系统针对氢气的不同用途分配到不同的供气管路子系统，分配的供气管路子系统包括纯氢供气系统、高纯氢供气系统和掺氢供气系统，各子系统监控端接入用户设备；所述云端控制中心与上述各子系统监控端通过网络连接。共同构成能够实现远程纯氢气输送和不同类型氢气供应的输送管网系统。
进一步地，所述纯氢远程输送管路系统的输送管道直径大于满负荷流量所需直径的20％，以保证纯氢安全输送，工作压力1～4MPa。
进一步地，所述纯氢输送终端分配系统设有多个不同规格的分配管路接头。根据不同的氢气需求方式，按多种规格的流量和压力等参数进行分配供氢，增大了系统功能的扩展性。
进一步地，所述纯氢供气系统采用管道直连到纯氢设备包括但不限于纯氢燃具和燃氢发电站。
进一步地，所述高纯氢供气系统在氢气输送终端分配系统和用户设备之间设有氢气提纯装置。所述氢气提纯装置后端连接有高纯氢设备包括但不限于燃料电池设备、氢能备用电源和加氢站。
进一步地，所述掺氢供气系统在纯氢输送终端分配系统和用户设备之间设有掺氢混合装置。所述掺氢混合装置前端还连接有天然气管道，所述掺氢混合装置后端连接有掺氢天然气设备包括但不限于掺氢天然气热水器和掺氢热燃气燃灶等。
进一步地，所述云端控制中心具有流量压力监测功能、泄漏报警功能、自动分配调节功能，可监控和调节管路系统运行状态。
进一步地，所述其他用氢系统详细设备可与上述相应供气系统一致或根据实际状况采用不同设备。
本发明的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其积极进步效果在于：采用大直径管道直接将氢气进行远距离输送，解决制氢厂由于安全因素距离用户较远而无法实时向用户供氢的问题，可以实现氢能源以量大、实时等特点向用户供气，能够将纯度的氢气分配到对氢气纯度需求不高的用户的同时，接入氢气提纯系统，以满足一些特殊场合用户对高纯氢的需求，而接入掺氢混合系统，可以向用户提供掺氢燃料；并将系统中各设备接入网络，可以实时监测和调节系统的运行状态，保障管网系统安全运行；整个系统结合不同氢能源用户的使用需求，实现多功能供氢、全民用氢的目标；节省成本，加快清洁型氢能源产业的建设，提高了经济和环境效益。
附图说明
图1为一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明的具体工作过程和实施如下：
如图1所示的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，包括纯氢远程输送管路系统、纯氢输送终端分配系统、纯氢供气系统、高纯氢供气系统、子系统监控端和掺氢供气应系统。所述纯氢远程输送系统一端连接氢源，另一端连接纯氢输送终端分布系统，所述纯氢输送终端分配系统针对氢气的不同用途分配到不同的供气管路子系统，分配的供气管路子系统包括纯氢供气系统、高纯氢供气系统和掺氢供气系统等，各子系统监控端接入用户设备，共同构成能够实现远程纯氢气输送和不同类型氢气供应的输送管网系统。
第一，所述程氢气输送管路系统的作用是将由于安全因素而远离用户的制氢厂的氢源进行远距离实时输送，一般设置输送管道直径应大于满负荷流量所需直径的20％，，工作压力1～4Mpa，氢气浓度90～99％，确保安全性。
第二，所述纯氢输送终端分配系统设有多个不同规格的分配管路接头。根据不同的氢气需求方式，按多种规格的流量和压力等参数进行分配供氢，该系统的扩展性体现在可以增加其他未在本发明提到供氢系统。
第三，所述纯氢供气系统采用一条或多条干、支管道直连到纯氢燃具和分布式发电站站等纯氢设备。
同时，所述高纯氢供气系统通过在一个或多个管路中设置氢气提纯装置，将一般纯度为90～99％的氢气提纯到99.999％而变成高纯氢，再连接到燃料电池设备、加氢站、氢能备用电源等一些有高纯氢需求的特殊场合。
同时，所述掺氢供气系统通过在一个或多个管路中设置掺氢混合装置，将氢气掺入到其他燃料组成掺氢混合燃料，本发明提出了最典型的应用是往天然气掺入氢气构成掺氢天然气，将其投入到城乡居民区，为掺氢天然气热水器和掺氢天然气燃灶等家用设备提供能源。
同时，所述其他用氢系统可通过同一管路进行氢气运输，系统中详细设备可与上述相应供气系统一致或根据实际运用不同设备。
最后，所述云端控制中心集成有流量压力监测、泄漏报警、自动分配调节功能。具体实施方式如下：
所述的流量压力监测功能通过将各管道上布置的流量压力等传感器通过网线与各管道子系统监控端相连，然后通过网络传递至云端控制中心，可在云端控制中心实时监测各管道中所有的流量和压力等参数。
所述泄漏报警功能通过监测各管路实时流量压力，当发生泄漏时，通过对管道上下游各处流量压力通过判据判断有无泄露状况发生。如掺氢供气系统掺氢混合装置前往用户段管路发生泄漏，掺氢混合装置后端流量传感器数值呈上升趋势而用户处流量传感器数值呈下降趋势，压力传感器数值统一呈下降趋势，云端控制中心根据实时传感器读数及变化趋势通过判据判断掺氢供气系统管网存在泄漏状况发生，通过控制阀门1立刻关闭相应管道，停止供气。其他管段亦可通过前后压力流量传感器读数及变化趋势根据相应判据判断有无泄漏状况发生并通过控制相应阀门断开相应管道。
所述自动分配调节功能通过监测不同用户的氢气实际使用情况，并反馈到云端控制中心，再通过云端控制中心发出向所述纯氢输送终端分配系统发出指令，自动调节各管道中流量分配情况。以掺氢供气系统为例，当掺氢天然气热水器用户用量增加，掺氢混合装置功率上升，阀门1开度增大；当掺氢天然气热水器用户用量减少，掺氢混合装置功率下降，阀门1开度减小。其他用户用量增加减少，相应设备同样可根据变化状况进行调节。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，包括：纯氢远程输送管路系统、纯氢输送终端分配系统、纯氢供气系统、高纯氢供气系统、掺氢供气应系统、子系统监控端和云端控制中心；所述纯氢远程输送系统一端连接氢源，另一端连接纯氢输送终端分布系统，所述纯氢输送终端分配系统针对氢气的相应用途分配到对应的供气管路子系统，分配的供气管路子系统包括纯氢供气系统、高纯氢供气系和掺氢供气系统，各子系统监控端与用户设备前传感器及电控阀相连接，所述云端控制中心与上述各子系统监控端通过网络连接共同构成能够实现远程纯氢气输送和不同类型氢气供应的输送管网系统。
2.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述纯氢远程输送管路系统其输送管道直径大于满负荷流量所需直径的20％，工作压力1～4MPa，氢气浓度90～99％。
3.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述纯氢输送终端分配系统设有氢气分配装置以分配低压氢气。
4.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述纯氢输送终端分配系统具有多个不同规格流量和压力的分配管路终端接头。
5.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述纯氢供气系统采用管道直连到纯氢燃具和燃氢发电站。
6.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述高纯氢供气系统在氢气输送终端分配系统和用户设备之间设有氢气提纯装置；所述氢气提纯装置后端连接有燃料电池设备、氢能备用电源和加氢站。
7.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述掺氢供气系统在纯氢输送终端分配系统和用户设备之间设有掺氢混合装置；所述掺氢混合装置前端还连接有天然气管道，所述掺氢混合装置后端连接有掺氢天然气热水器和掺氢热燃气燃灶。
8.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述子系统监控端可监测各系统内传感器实时读数并可控制各电控阀门开度。
9.根据权利要求1所述的一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法，其特征在于，所述云端控制中心可对各子系统监控端数据进行监控，具有流量压力监测功能、泄漏报警功能、气体流量自动分配调节功能。
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