CN113915518B - 加氢站氮气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加氢站氮气系统，包括氮气源、氮气吹扫管路、仪表风管路、氮气释放管路及控制单元；所述氮气源输出管路分别与所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路导通，且所述各管路中均设有对应的控制阀；所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路中均设有单向阀、调压阀、压力表、压力变送器及流量调节阀；所述控制单元包括氢气探测器、火焰探测器、声光报警器和PLC控制器；所述氢气探测器、火焰探测器、声光报警器、控制阀、调压阀、流量调节阀分别通过线路与所述PLC控制器电性连接；旨在解决现有加氢站氮气系统功能不完善、整体结构复杂、操作困难、控制不同步等问题。

Description

加氢站氮气系统

技术领域

本发明涉及加氢站设备技术领域，具体涉及一种加氢站氮气系统。

背景技术

氢能是未来构建以清洁能源为主的多元能源供给系统的重要载体，其开发与利用已经成为新一轮世界能源技术变革的重要方向。我国是能源消费大国，也是能源短缺国家。与其它能源相比，氢能可再生、零排放，功率密度是汽油、 柴油的3倍，发电成本也低于光伏、风能、石油等方式。发展氢能有利于保障能源安全，推进能源产业升级。氢能对加快推进我国能源生产和消费革命，加快新时代能源转型发展具有重大意义。

加氢站作为向氢燃料电池汽车提供氢气的基础设施，是氢燃料电池汽车产业中十分关键、不可或缺的重要环节，氢燃料电池汽车产业的发展和商业化离不开加氢站等基础设施的建设。加氢站各为了降低氢气泄露造成的不利影响，在加氢站中的设备如加氢机、压缩橇、顺序控制阀、控制室等封闭或者半封闭区域中大量使用各种阀门和接头，通过螺纹连接或者焊接连接，虽然经过各种检测，但是在使用过程中处于高压等各种恶劣环境，存在氢气泄露的可能性，或者存在氢气泄露后聚集的可能，进而造成安全隐患。氢气的爆炸极限是4.0％～75.6％（体积分数）。氢气与空气混合时，氢气体积占比在上面的范围之内，遇火爆炸。氢气的含量过高或者过低，都不会爆炸。

但是，现有加氢站的安防措施不够健全，对设备内部氢气泄漏未采取有效置换疏散措施，对于已经发生的泄漏和火灾等危险情况则需采用人工进行现场处理，且人工现场处理时可能会使氢气聚集于设备内部，未完全释放，存在安全隐患，对已发生的预警及危害的处置无法快速有效响应。

目前加氢站的氮气系统为仪表风系统和吹扫系统，分别为气控阀提供驱动力和对加氢站的氢气管路进行吹扫，加氢站防爆系统单独设置，需单独增加防爆管路、传感器等，且站内各系统独立运行，容易造成加氢站氮气系统整体结构复杂、功能不完善、操作困难、控制不同步等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加氢站氮气系统，将防爆系统与仪表风、吹扫系统集成在一起，无需单独设置防爆系统，并通过整站PLC统一控制，可以根据监测到的风险等级采取不同的控制措施，以解决加氢站氮气系统整体结构复杂、功能不完善、控制复杂的技术问题，保证加氢站运行安全。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种加氢站氮气系统，包括氮气源、氮气吹扫管路、仪表风管路、氮气释放管路及控制单元；所述氮气源输出管路分别与所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路导通，且所述各管路中均设有对应的控制阀；所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路中均设有单向阀、调压阀、压力表、压力变送器及流量调节阀；所述控制单元包括氢气探测器、火焰探测器、声光报警器和PLC控制器；所述氢气探测器、火焰探测器、声光报警器、控制阀、调压阀、流量调节阀分别通过线路与所述PLC控制器电性连接。。

优选的，所述氮气源与所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路之间的连通管路中设有压力表和压力变送器。

优选的，所述控制阀为高压电磁阀。

优选的，所述氮气吹扫管路、仪表风管路和释放管路中均设有安全阀，所述安全阀通过管路与放散总管导通。

优选的，所述氮气释放管路还包括对应分布在加氢站的卸气柱、压缩机撬、储氢容器、顺序控制盘、加氢机、连接管路及阀门顶部的氮气释放口。

优选的，所述PLC控制器根据接收所述氢气探测器或所述火焰探测器信号，对电信号进行等级判定，然后控制所述氮气释放管路上流量调节阀阀门的开合程度。

优选的，所述氮气源由不少于两组并联设置的氮气集装格组成，且所述氮气集装格的输出管路上均设有调压阀。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1.本发明将氮气释放系统与氮气吹扫系统、仪表风系统有机集成为一个整体氮气控制系统，三路氮气管路共用一套氮气集装格，释放管路不必单独设置氮气来源，使加氢站氮气系统结构更加合理，同时实现成本节约。

2.本发明中氮气释放管路各压力变送器、温度变送器及阀门的信息传输和控制都可以集中在加氢站的PLC控制系统中。

3.本发明通过在氮气吹扫管路和仪表风系统管路中设置流量调节阀，可以根据实际需要情况调整调节阀开度，进而调整整个氮气系统的氮气流量分配，以避免出现紧急情况时氮气流量分配不合理而造成偏流，从而保证氮气释放及整个加氢站氮气系统的稳定运行。

附图说明

图1为本发明加氢站氮气系统气路原理图。

图2为本发明加氢站氮气系统控制单元控制流程图。

以上各图中，1为氮气源，2为氮气吹扫管路，3为仪表风管路，4为氮气释放管路，5为压力表，6为调压阀，7为压力变送器，8为流量调节阀，9为安全阀，10为高压电磁阀， 11为单向阀，12为声光报警器，13为火焰探测器,14为放散总管，15为ESD紧急切断系统，16为氢气探测器。

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。

实施例1：一种加氢站氮气系统，参见图1至图2，包括氮气源1、氮气吹扫管路2、仪表风管路3、氮气释放管路4和控制单元；

所述氮气源1包括不少于两组并联设置的氮气集装格组成，作为加氢站氮气系统的来源，在集装格内氮气使用完需加注氮气时，可直接更换新的氮气集装格，提高加氢站氮气系统运转的连续性；设置两组并联的氮气集装格作为氮气源的目的是为了用一备一，保证氮气系统正常使用，若只设一个集装格，当启动氮气释放管路4时可能需要消耗大量的氮气，可能会出现氮气量不足的情况，因此为满足加氢站氮气系统运转的连续性，至少设有两组并联氮气集装格。在所述氮气集装格的输出管路中设置有调压阀6和压力表5；压力表5实时显示氮气集装格内的氮气压力，调压阀6的目的是为了调节氮气出口的压力，输送管道可以降低使用压力等级要求，减少泄露风险。

氮气集装格输出管路通过转换接头分别与氮气吹扫管路2、仪表风管路3及氮气释放管路4导通，且在氮气集装格输出氮气的主管路上设置有压力表5和压力变送器7，所述压力表5实时监测氮气输出主管路内的氮气压力，压力表送器7将压力表内的氮气压力数值转换为电信号传送给控制单元，且氮气集装格输出管路、氮气吹扫管路2、仪表风管路3与释放管路4中均设置有控制阀，所述控制阀为高压控制阀10，用于控制氮气在各个管路上的通断。

所述氮气吹扫管路2、仪表风管路3及氮气释放管路4中沿氮气输入方向依次设置有单向阀11、调压阀6、压力表5、压力变送器7、安全阀9和流量调节阀8；所述单向阀11控制氮气只能单向流动，防止高压氮气回流对系统造成损坏；所述调压阀6根据各个支路上所需的氮气压力可以单独进行调节，压力表5实时监测氮气输出主管路内的氮气压力，压力表送器7将压力表内的氮气压力数值转换为电信号传送给控制单元，安全阀9一端连接在各个管路上，另一端连通于放散总管14，当管路中的压力大于设定的压力值时，打开安全阀9泄压，释放的气体汇总至放散总管14；当管路中压力小于设定压力值时，安全阀9自动闭合。

氮气吹扫管路2与仪表风管路3中设置的流量调节阀8，可以调整整个氮气系统的氮气流量分配，避免出现紧急情况时氮气流量分配不合理造成偏流，从而保证整个加氢站氮气系统的稳定运行。

所述控制单元包括氢气探测器16、火焰探测器13、声光报警器12和PLC控制器；所述氢气探测器16、火焰探测器13、声光报警器12、高压电磁阀10、调压阀6、流量调节阀8分别通过线路与所述PLC控制器电性连接。

所述氮气释放管路4还包括分布在加氢站的卸气柱、压缩机撬、储氢容器、顺序控制盘、加氢机、连接管路及阀门顶部的氮气释放口；加氢站在上述装置周围设置有氢气探测器16和火焰探测器13，所述氢气探测器16将氢浓度转换为电信号传送至PLC控制系统， PLC控制系统对氢气探测器16传送来的电信号进行分析、比较、判定，区分不同的安全风险等级：低风险、中风险、高风险、超高风险，并发送相应的控制信号控制其他组件进行工作,在发生氢气泄露在空气中含量达0.4%时为低风险，向PLC控制系统低报警，并启动声光报警器12；含量达1.0%时为中风险，启动氮气释放管路4工作，高压电磁阀10打开，氮气经过调压阀6调节后进入流量调节阀8，通过流量调节阀8输送至各个氮气释放口对氢浓度进行稀释；发生氢气泄露在空气中含量达1.6%时为高风险，同时触发ESD紧急切断系统15，压缩机撬紧急切断阀、卸气柱紧急切断阀、储氢容器紧急切断阀、顺序控制紧急切断阀、加氢机紧急切断阀同时工作，切断通路，加大氮气释放管路4流量调节阀8的开度；在发生氢气泄露在空气中含量达3%时为超高风险，此时氮气释放管路4流量调节阀8全开，同时触发ESD紧急切断系统15。通过不同等级的氢气泄露浓度，PLC控制器做出对应等级的抑爆措施，使氮气释放系统工作更加精确，提高加氢站氮气系统的整体配合精度。

本发明将氮气释放系统整合进加氢站整站氮气系统中，使加氢站氮气系统同时具备吹扫、仪表风、氮气释放功能，同时氮气系统控制系统整合进加氢站整体PLC控制系统中，具备连锁报警自动控制功能；且三路氮气管路共用一套氮气集装格，释放管路不必单独设置氮气来源，从而降低成本。

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 (6)

1.一种加氢站氮气系统，包括氮气源，其特征在于，还包括氮气吹扫管路、仪表风管路、氮气释放管路及控制单元；氮气源输出管路分别与所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路导通，且所述氮气源输出管路、氮气吹扫管路、仪表风管路、氮气释放管路中均设有对应的控制阀；所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路中均设有单向阀、调压阀、压力表、压力变送器及流量调节阀；所述控制单元包括氢气探测器、火焰探测器、声光报警器和PLC控制器；所述氢气探测器、火焰探测器、声光报警器、控制阀、调压阀、流量调节阀分别通过线路与所述PLC控制器电性连接；所述PLC控制器根据接收所述氢气探测器或所述火焰探测器信号，对电信号进行等级判定，然后控制所述氮气释放管路上流量调节阀阀门的开合程度。

2.根据权利要求1所述的加氢站氮气系统，其特征在于，所述氮气源与所述氮气吹扫管路、仪表风管路及氮气释放管路之间的连通管路中设有压力表和压力变送器。

3.根据权利要求1所述的加氢站氮气系统，其特征在于，所述控制阀为高压电磁阀。

4.根据权利要求1所述的加氢站氮气系统，其特征在于，所述氮气吹扫管路、仪表风管路和释放管路中均设有安全阀，所述安全阀通过管路与放散总管导通。

5.根据权利要求1所述的加氢站氮气系统，其特征在于，所述氮气释放管路还包括对应分布在加氢站的卸气柱、压缩机撬、储氢容器、顺序控制盘、加氢机、连接管路及阀门顶部的氮气释放口。

6.根据权利要求1所述的加氢站氮气系统，其特征在于，所述氮气源由不少于两组并联设置的氮气集装格组成，且所述氮气集装格的输出管路上均设有调压阀。

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