CN113606491A - 卸氢系统及其电气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卸氢系统及其电气控制方法，包括氢气卸放单元，所述卸放单元包括依次连接的拉断阀、压力表、单向阀、入口截止阀、过滤器、出口截止阀、气动阀；所述卸氢系统还包括氮气吹扫单元、放散单元、仪表风单元及控制单元；所述氢气卸放单元、氮气吹扫单元及放散单元中均设置有气动阀；所述仪表风单元包括三联件，所述三联件通过管路分别于所述气动阀连接，且所述三联件与气动阀之间均设置有电磁阀；所述控制单元包括氢气探测器、火焰探测器、质量流量计、压力变送器、模拟量输入模块和PLC控制器；所述氢气探测器、火焰探测器、质量流量计和模拟量输入模块分别通过线路与PLC控制器电性连接，所述电磁阀和压力变送器分别通过线路与PLC控制器电性连接；以解决现有卸气系统结构功能单一及安全性差的技术问题。

Description

卸氢系统及其电气控制方法

技术领域

本发明涉及新能源装备技术领域，具体涉及一种卸氢系统及其电气控制方法。

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，结构功能单元，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。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卸氢系统及其电气控制方法，以解决现有卸气系统结构功能单一及安全性低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

包括氢气卸放单元，所述卸放单元包括依次连接的拉断阀、压力表、单向阀、入口截止阀、过滤器、出口截止阀、气动阀；所述卸氢系统还包括氮气吹扫单元、放散单元、仪表风单元及控制单元；所述氢气卸放单元、氮气吹扫单元及放散单元中均设置有气动阀；所述仪表风单元包括三联件，所述三联件通过管路分别于所述气动阀连接，且所述三联件与气动阀之间均设置有电磁阀；所述控制单元包括氢气探测器、火焰探测器、质量流量计、压力变送器、模拟量输入模块和PLC控制器；所述氢气探测器、火焰探测器、质量流量计和模拟量输入模块分别通过线路与PLC控制器电性连接，所述电磁阀和压力变送器分别通过线路与PLC控制器电性连接。

优选的，所述气动阀并联设置有对应的旁通支路，所述各旁通支路中分别设置有对应的截止阀。

优选的，所述氮气吹扫单元含有两个压力变送器。

优选的，所述卸氢系统还包括压力过载保护单元或/和取样单元；所述压力过载保护单元设置在所述过滤器与出口截止阀之间的主管路中，所述取样单元设置在所述氮气吹扫单元中。

优选的，所述压力过载保护单元包括安全阀及单向阀,所述安全阀进口端通过管路与所述氢气卸放主路导通，其出口端通过管路与所述单向阀导通。

优选的，所述取样单元主要包括截止阀及取样口连接接头；所述截止阀一端通过管路与所述氮气吹扫单元管路导通，另一端通过所述取样口连接接头与取样容器连接。

一种加氢站卸气系统电气控制方法，基于上述卸氢系统而实施，包括以下步骤：

S1，所述氮气吹扫单元与氮气气源管路连接，所述放散口单元与集中放散管路连通，所述仪表风进口与仪表风气源管路连通，所述卸车软管的氢气入口与管束车或对应的设备出口连通，氢气卸放主路出口与顺序盘连接，确保所述氢气卸放主路上电磁阀及其旁通支路上的截止阀处于关闭状态；

S2，输入氮气吹扫信号，当所述压力变送器监测管道压力小于0.2MPa时，所述氮气吹扫单元、放散单元中的气动阀门依次打开，氮气流经各个管路后排出，所述气动阀关闭；

S3，重复S2操作三次，完成卸氢前氮气吹扫工作；

S4，依次打开所述入口截止阀、出口截止阀，输入卸氢命令信号，所述氢气卸放主路上的气动阀打开，使所述氢气卸放主路导通，开始卸气；

S5，卸氢完成后，关闭所述氢气卸放主路上的气动阀关闭，停止卸氢；

S6，输入氮气吹扫信号，当所述压力变送器监测管路内压力≥0.2MPa时，所述放散单元中的气动阀门打开，管内高压氢气排入所述集中放散管路，当所述压力变送器监测管路内压力≤0.2MPa时，所述放散单元中的气动阀关闭，所述氮气吹扫单元中的气动阀打开，氮气进入管路；

S7，当管路内氮气压力达到设定值时，放散单元中的气动阀打开，管内氮气进入所述集中放散管路；

S8，所述氮气吹扫单元中的气动阀关闭，当所述压力变送器监测管内氮气压力≤0.1MPa时，所述放散单元中的气动阀关闭，停止氮气吹扫；

S9，重复S6-S8步骤操作三次，完成卸氢后的氮气吹扫工作；

S10，依次关闭所述入口截止阀、出口截止阀，完成一次卸气操作。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 本发明系统结构设计合理，在保证操作方便的同时集多功能于一体，自动化程度高，不仅可以作为管束拖车的卸气设备，还可以作为充装设备，直接对下游设备进行充装服务。

2. 本发明安全防护功能强，通过设置的氢气浓度探测器、压力过载安全阀等实时对系统的安全性进行多重监测与保护。

附图说明

图1为本发明卸氢系统的气路原理图。

图2为本发明卸氢系统的管路结构示意图。

图3为本发明电气控制原理图。

图4为本发明卸气逻辑控制流程图。

图5为本发明自动吹扫逻辑控制流程图。

以上各图中，1为氢气卸放单元1，11为拉断阀，12为压力表，13为第一单向阀， 14为入口截止阀，15为过滤器，16为流量计，17为出口截止阀，18为第一气动阀，2为氮气吹扫单元，21为第二气动阀，22为第二单向阀，23为压力变送器，3为放散单元，31为第三气动阀，32为第三单向阀，4为压力过载保护单元，41为安全阀，5为取样单元，51为手动截止阀，52为取样连接接头，6为仪表风进口，7为气动三联件，8为电磁阀，81为第一电磁阀，82为第二电磁阀，83为第三电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在本发明技术方案的描述中，需要理解的是，如涉及术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本申请如涉及“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而非是限定特定的顺序或先后次序。

实施例1：一种卸氢系统，参见图1至图5，包括氢气卸放单元1、氮气吹扫单元2、放散单元3、压力过载保护单元4及取样单元5，所述各单元与所述氢气卸放单元1通过管路依次导通。

所述氢气卸放单元1从氢气入口至氢气出口依次连接有拉断阀11、压力表12、第一单向阀13、入口截止阀14、过滤器15、流量计16、出口截止阀17及第一气动阀18；所述拉断阀11安装在卸氢入口与卸气设备之间，内置双向止回阀，当一旦出现加注枪被一定的外力拉引时，拉断阀11会自动断开，同时自动封闭并切断管路，避免危险事故的发生；所述第一单向阀13以防止高压气体（氢气/氮气）工作时的反向流动，反向导通，大量氢气泄露等危险情况发生；所述压力表12为高精密、禁油压力表，量程0-100MPa，精度等级正负0.1%，所述过滤器15将氢气中参杂的颗粒杂质、污物阻挡，排出清洁的氢气，为氢能阀门综合测试装置提供清洁的氢气，以保护管路系统管阀件的正常工作和运转；所述流量计16可实现氢气的流量、温度、密度等参数信息的实时采集、处理、计算，从而得出流经流量计16氢气的质量；所述第一气动阀18为双作用气缸的开关动作，通过执行气源来驱动执行，且对应配合使用第一电磁阀，控制其本身阀门的开启、关闭。

所述氮气吹扫单元2设置在所述拉断阀11与第一单向阀13之间的氢气卸放单元1上，包括第二气动阀21、第二单向阀22及两个压力变送器23，优选的，设置两个压力变送器23目的是保证在一个压力变送器23失效时，另一个能够迅速代替其功能，不会影响整个卸氢流程。

所述放散单元3设置在第一单向阀13与入口截止阀14之间的氢气卸放单元1上，包括第三气动阀31及第三单向阀32。

所述压力过载保护单元4设置在过滤器15与出口截止阀17之间的氢气卸放单元1上，主要包括安全阀41，所述安全阀41通过管路进口端与所述氢气卸放主路导通，出口端通过管路与第三单向阀31导通，通过所述放散单元3的放散口进行卸压，当氢气卸放单元1内的氢气压力大于或等于所述安全阀设定的压力值时，安全阀41阀门自动打开，管路内高压气体经过第三单向阀31排向集中放散管路，当氢气卸放单元1内的压力小于安全阀41设定的压力值时，所述安全阀41阀门自动关闭。

所述取样单元5设置在所述氮气吹扫单元2与氢气卸放单元1连通管路上，包括手动截止阀51和取样连接接头52，当氢气卸放单元1内充满高压氢气时，打开手动截止阀，氢气通过取样单元5进入与取样连接接头52连接的取样容器内，完成取样后，关闭手动截止阀51。

所述第一气动阀18、第二气动阀21及第三气动阀31管路连接处设置有旁通支路，所述旁通支路上均设置有一个手动截止阀，在气动阀无法正常工作的状态下，手动打开或关闭手动截止阀来保证卸氢流程的正常运行。

所述氢气卸气管路还包括仪表风进口6、气动三联件7、主管路通断按键SB101、氮气吹扫按键SB102及急停按键，所述气动三联件7固定连接在所述仪表风进口6处，所述气动三联件7通过管路分别与所述第一气动阀18、第二气动阀21、第三气动阀31导通，且所述气动三联件7与第一气动阀18连通管路中设置有第一电磁阀81、与第二气动阀21连通管路中设置有第二电磁阀82、与第三气动阀31连通管路中设置有第三电磁阀83，所述电磁阀8用来控制仪表风执行管路的通断，从而控制气动阀阀门的启闭，所述气动三联件7为气动阀分别提供执行管路洁净氮气气源。按下所述主路通断按键，第一气动阀18阀门开启，再按主路通断按键则第一气动阀18阀门关闭；按下氮气吹扫按键SB102，氮气吹扫开启，再按氮气吹扫按键SB102，则氮气吹扫结束；按下急停按键则第一电磁阀81、第二电磁阀82及第三电磁阀83同时断电，从而控制第一气动阀18、第二气动阀21及第三气动阀31阀门关闭。

所述氢气探测器实现对可燃气体浓度，特别是氢气，能够快速、准确、实时监测；所述卸氢系统还设置有急停按钮，按下所述急停按钮，使第一、二、三电磁阀同时断电，从而控制第一、二、三气动阀门的紧急关闭，所述火焰探测器一旦监测到有火信息，立即启动所述急停按钮，实现对卸氢站的安全保护功能。

实施例2：一种卸氢系统电气控制方法，基于实施例1上述的卸氢系统而实施，所述PLC控制器通过模拟输入模块接收并处理所述氢气探测器、火焰探测器、压力变送器或/和质量流量计所采集的相关信息，并根据设定值或输入指令控制所述氢气卸放主路、氮气吹扫支路、放散支路中所对应的电磁阀的启、闭，具体流程如下：

S1，所述卸车软管的氢气入口与管束车或其它设备出口连接，氢气出口与顺序控制盘或其他设备进口连接；氮气气源管路出口与所述氮气吹扫入口相连接；所述放散口与集中放散管路相连接；仪表风气源管路出口与所述仪表风进口相连接，确保第一气动阀18、旁通支路手动截止阀的阀门均处于关闭状态。

S2，按下氮气吹扫按键SB102，氮气自动吹扫置换功能开启，当压力变送器23监测到管路内气体压力＜0.2MPa的时，第二电磁阀82通电，仪表风气源经过气动三联件7，进入第二气动阀21气动执行机构。第二气动阀阀门开启，氮气流经第二单向阀22进入氢气卸放单元1，经拉断阀11、卸车软管氢气进口；第二电磁阀82通电5秒后，第三电磁阀83通电，仪表风气源经过气动三联件7，进入第三气动阀31气动执行机构，第三气动阀31阀门开启，氮气流经氢气卸放单元1、第三单向阀32，排入集中放散管路系统，此时，氮气同时流向氢气进口、放散口方向流动并排出，当第二电磁阀82、第三电磁阀83通电时间等于设定时间时，第二、三电磁阀断电，第二、第三气动阀阀门关闭，系统停止氮气吹扫。

S3，重复S2操作三次，即完成整个卸气前对管路中的空气的氮气吹扫置换操作。

S4，氢气从卸车出口进入氢气卸放单元1入口端，经拉断阀11、压力表12(压力表实时测量、显示主管路压力数值)、压力变送器23(压力变送器PT101、 PT102实时采集主管路压力数据，并传送到后台PLC控制系统，可实现主管氢气压力实时监测、记录、反馈)、第一单向阀13、流至入口截止阀14，依次手动打开入口截止阀14、出口截止阀17，氢气流经入口截止阀14、过滤器15、流量计16、出口截止阀17、流至第一气动阀18，按下主管路通断按键SB101，第一电磁阀81通电，仪表风气源流经气动三联件7，进入第一气动阀18气动执行机构，所述第一气动阀18阀门开启，使主管路氢气排出卸气系统管路，流入下一加氢设备，开始卸气。

S5，再按下主管路通断按键SB101，第一电磁阀81断电，第一气动阀18阀门关闭，停止卸气。

S6，按下氮气吹扫按键SB102, 氮气自动吹扫置换功能开启，压力变送器23监测到管路内气体压力不小于0.2MPa的时，第三电磁阀83通电，仪表风气源流经气动三联件7，进入第三气动阀31气动执行机构，所述第三气动阀31阀门开启，管路内高压氢气经第三单向阀32排入集中放散管路系统，管路内高压氢气压力不大于0.2MPa的时，第三电磁阀83自动断电，所述第三气动阀31阀门关闭，管路内高压氢气停止放散，第二电磁阀82通电，仪表风气源经过气动三联件7,进入第二气动阀21气动执行机构，第二气动阀21阀门开启，氮气流经第二单向阀22进入主管路。

S7，管路内氮气压力等于0.8MPa的时，第三电磁阀83通电，仪表风气源经过气动三联件7，进入第三气动阀31气动执行机构。第三气动阀31阀门开启，氮气流经第三单向阀32、放散口，并排入集中放散管路系统。

S8，第二电磁阀82通电时间等于设定时间（10S）时，第二电磁阀82断电，第二气动阀21阀门关闭，系统停止氮气吹扫，当管路内氮气压力不大于0.1MPa时，第三电磁阀83断电，第三气动阀31阀门关闭，系统停止氮气吹扫。

S9，重复S6-S8操作三次，即完成卸氢后氮气吹扫工作。

S10，依次手动关闭入口截止阀14、出口截止阀17，并正确拆下与管束车连通的卸车软管的氢气入口端接头，并将卸车软管放置原位的操作后，即完成依次卸气操作。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (7)

1.一种卸氢系统，包括氢气卸放单元，所述卸放单元包括依次连接的拉断阀、压力表、单向阀、入口截止阀、过滤器、出口截止阀、气动阀；其特征在于，所述卸氢系统还包括氮气吹扫单元、放散单元、仪表风单元及控制单元；所述氢气卸放单元、氮气吹扫单元及放散单元中均设置有气动阀；所述仪表风单元包括三联件，所述三联件通过管路分别于所述气动阀连接，且所述三联件与气动阀之间均设置有电磁阀；所述控制单元包括氢气探测器、火焰探测器、质量流量计、压力变送器、模拟量输入模块和PLC控制器；所述氢气探测器、火焰探测器、质量流量计和模拟量输入模块分别通过线路与PLC控制器电性连接，所述电磁阀和压力变送器分别通过线路与PLC控制器对应电性连接。

2.根据权利要求1所述的卸氢系统，其特征在于，所述气动阀并联有对应的旁通支路，且所述各旁通支路中分别设有对应的截止阀。

3.根据权利要求1所述的卸氢系统，其特征在于，所述氮气吹扫单元含有两个压力变送器。

4.根据权利要求1所述的卸氢系统，其特征在于，所述卸氢系统还包括压力过载保护单元或/和取样单元；所述压力过载保护单元设于所述过滤器与出口截止阀之间的主管路中，所述取样单元设置在所述氮气吹扫单元中。

5.根据权利要求4所述的卸氢系统，其特征在于，所述压力过载保护单元包括安全阀及单向阀，所述安全阀进口端通过管路与所述氢气卸放单元导通，其出口端通过管路与所述单向阀导通。

6.根据权利要求4所述的卸氢系统，其特征在于，所述取样单元主要包括截止阀及取样口连接接头；所述截止阀一端通过管路与所述氮气吹扫单元管路导通，另一端通过所述取样口连接接头与取样容器连接。

7.一种卸氢系统电气控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述卸氢系统而实施，包括以下步骤；

S1，所述氮气吹扫单元与氮气气源管路连接，所述放散口单元与集中放散管路连通，所述仪表风进口与仪表风气源管路连通，所述卸车软管的氢气入口与管束车或对应的设备出口连通，氢气卸放主路出口与顺序盘连接，确保所述氢气卸放主路中电磁阀及其旁通支路上的截止阀处于关闭状态；

S2，输入氮气吹扫信号，当所述压力变送器监测管道压力小于0.2MPa时，所述PLC控制器控制氮气吹扫单元、放散单元的电磁阀门、气动阀门依次打开，氮气流经各个管路后排出，所述电磁阀门、气动阀门关闭；

S3，重复S2操作三次，完成卸氢前氮气吹扫工作；

S4，依次打开所述入口截止阀、出口截止阀，输入卸氢命令信号，所述PLC控制器控制氢气卸放主路中的电磁阀门、气动阀门打开，使所述氢气卸放主路导通，开始卸气；

S5，卸氢完成后，关闭所述氢气卸放主路上的气动阀关闭，停止卸氢；

S6，输入氮气吹扫信号，当所述压力变送器监测管路内压力≥0.2MPa时，所述放散单元中的气动阀门打开，管内高压氢气排入所述集中放散管路，当所述压力变送器监测管路内压力≤0.2MPa时，所述放散单元中的气动阀关闭，所述氮气吹扫单元中的气动阀打开，氮气进入管路；

S7，当管路内氮气压力达到设定值时，放散单元中的气动阀打开，管内氮气进入所述集中放散管路；

S8，所述氮气吹扫单元中的气动阀关闭，当所述压力变送器监测管内氮气压力≤0.1MPa时，所述放散单元中的气动阀关闭，停止氮气吹扫；

S9，重复S6-S8步骤操作三次，完成卸氢后氮气吹扫工作；

S10，依次关闭所述入口截止阀、出口截止阀，完成一次卸气操作。

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