CN114001278A - 一种城市燃气门站掺氢混气方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市燃气门站掺氢混气方法和系统，解决现有掺氢混气过程缺乏有效控制手段的技术问题。方法包括：在城市燃气门站确定次高压管路，通过次高压管路放散口形成旁路天然气管路，在旁路天然气管路中进行氢气掺混形成掺氢燃气，旁路天然气管路经中压调压器调压后连接中压出站管路；根据中压出站管路用气数据开展用气量负荷预测天然气，根据用气量负荷预测天然气估算氢气储存量；根据旁路天然气管路中天然气流量变化形成氢气掺混过程中掺氢流量控制过程。可以合理匹配下游燃气用户的用气量，使得掺氢燃气的掺氢比例可以充分兼容广大燃气用户和燃气灶具的敏感度，实现了氢气的大规模输送及规模利用，以及能源供应低碳化。

Description

一种城市燃气门站掺氢混气方法和系统

技术领域

本发明涉及天然气输送技术领域，具体涉及一种城市燃气门站掺氢混气方法和系统。

背景技术

化石燃料是造成温室效应的主要因素，天然气是目前主要的清洁能源来源之一。天然气成分主要是烷烃，其中甲烷占绝大多数，甲烷燃烧依然会形成二氧化碳。氢气燃烧产物清洁，在天然气中掺氢混气可以进一步降低二氧化碳排放。如何有效进行两种压力气体的掺杂混合并适应下游用户的气量需求是输气行业目前亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种城市燃气门站掺氢混气方法和系统，解决现有掺氢混气过程缺乏有效控制手段的技术问题。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气方法，包括：

在城市燃气门站确定次高压管路，通过次高压管路放散口形成旁路天然气管路，在旁路天然气管路中进行氢气掺混形成掺氢燃气，旁路天然气管路经中压调压器调压后连接中压出站管路；

根据中压出站管路用气数据开展用气量负荷预测，根据用气量负荷预测估算氢气储存量；

根据旁路天然气管路中天然气流量变化形成氢气掺混过程中掺氢流量控制过程。

在本发明一实施例中，所述根据用气量负荷估算氢气储存量包括：

根据历史用气数据对天然气气量小时负荷进行测算；

根据历史用气数据对天然气气量日负荷进行测算；

根据历史气候极值和历史社会事件形成经验权重数据；

通过小时负荷和日负荷形成确定时长内初步天然气气量负荷；

根据经验权重数据修正初步天然气气量负荷形成天然气气量负荷；

根据天然气气量负荷和掺氢比例的阈值区间形成确定时长内的氢气储存量。

在本发明一实施例中，所述掺氢流量控制过程包括：

氢气源通过调压后将氢气输出至旁路天然气管路，将氢气输出压力保持在初始压力且掺氢比例保持在低比例阈值，维持掺氢燃气压力稳定；

在氢气掺混过程中，根据旁路天然气管路中天然气流量和掺氢比例确定掺入氢气量；

根据氢气掺混过程中对氢气流量的实时计量和中压出站管路中掺氢燃气流量的实时计量形成氢气掺混过程中天然气流量和氢气流量的参数调节。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气系统，包括：

存储器，用于存储上述的城市燃气门站掺氢混气方法处理过程对应的程序代码；

处理器，用于执行所述程序代码。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气系统，包括：

天然气次高压管路，用于传输次高压天然气；

次高压调压器，用于将高压气体减压为次高压气体；

旁路天然气管路，用于通过天然气次高压管路的放散口形成并提供第二类型次高压气体的输入接口，形成不同类型次高压气体掺混；

氢气源，用于持续提供氢气；

氢气流量计，用于实时计量氢气流量；

中压调压器，用于将次高压掺氢燃气减压为中压掺氢燃气；

中压出站管路，用于向下游用户传输中压掺氢燃气；

掺氢燃气流量计，用于实时计量中压掺氢燃气流量；

掺混保障子系统，用于通过调压器、管件、阀门、计量仪表的反馈信号形成氢气传输途径巡检。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气方法和系统充分利用燃气门站的管路设施和调压设备，简化了氢气掺混过程中的设备配置，降低了氢气利用的制造成本，同时有利于提高氢气掺混过程中的系统稳定性。利用燃气门站次高压向中压调压传输过程进行氢气掺混使得掺氢燃气量可以合理匹配下游燃气用户的天然气消耗量，使得掺氢燃气的掺氢比例可以充分兼容广大燃气用户和燃气灶具的敏感度，实现了氢气的大规模输送及规模利用，以及能源供应低碳化。

附图说明

图1所示为本发明一实施例城市燃气门站掺氢混气方法的流程示意图。

图2所示为本发明一实施例城市燃气门站掺氢混气系统的架构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例城市燃气门站掺氢混气方法如图1所示。在图1中，本实施例包括：

步骤100：在城市燃气门站确定次高压管路，通过次高压管路放散口形成旁路天然气管路，在旁路天然气管路中进行氢气掺混形成掺氢燃气，旁路天然气管路经中压调压器调压后连接中压出站管路。

本领域技术人员可以理解，城市燃气门站具有对高压天然气进行检测、过滤、计量、调压、伴热、加臭、分配和远程遥测/遥控的管路和设备。不同管路位置的调压器可以将天然气压力由高压调节为次高压的1.6Mpa，还可以进一步调节为中压的0.4MPa。

步骤200：根据中压出站管路用气数据开展用气量负荷预测，根据用气量负荷预测估算氢气储存量。

本技术方案中氢气储存采用长管拖车，需要对单位时长内的氢气储量进行估算。氢气储量与中压出站管路连接的下游燃气用户的天然气消耗量、旁路天然气管路中天然气流量占比和天然气掺氢比例正相关，通过下游燃气用户形成的天然气气量负荷预测可以合理估算氢气储存量，形成氢气的有序供应。

步骤300：根据旁路天然气管路中天然气流量变化形成氢气掺混过程中掺氢流量控制过程。

本领域技术人员可以理解，旁路天然气管路中两种气体的得混杂过程是动态平衡过程。氢气掺混过程需要根据压力变化、流量变化和管路承压反馈进行动态调节。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气方法充分利用燃气门站的管路设施和调压设备，简化了氢气掺混过程中的设备配置，降低了氢气利用的制造成本，同时有利于提高氢气掺混过程中的系统稳定性。利用燃气门站次高压向中压调压传输过程进行氢气掺混使得掺氢燃气量可以合理匹配下游燃气用户的天然气消耗量，使得掺氢燃气的掺氢比例可以充分兼容广大燃气用户和燃气灶具的敏感度，实现了氢气的大规模输送及规模利用，以及能源供应低碳化。

如图1所示，在本发明一实施例中，步骤200中包括：

步骤210：根据历史用气数据对天然气气量小时负荷进行测算。

用于小时负荷预测的算法可以采用回归算法、小波分析算法、时间序列算法等，考虑到小时负荷变化的周期性比较明显，小波分析算法、时间序列算法更优。

步骤220：根据历史用气数据对天然气气量日负荷进行测算。

用于日负荷预测的算法可以采用回归算法、时间序列算法、神经网络算法、Xgboost算法等，考虑到历史用气数据的规模可以更好地体现勇气规律的隐含特征，优先采用神经网络算法。

步骤230：根据历史气候极值和历史社会事件形成经验权重数据。

每个确定时长(若干日或一周)往往与历史气候极值和是否为节假日、气源、价格、突发舆情等社会事件产生紧密关联。额外的客观因素和社会因素会对天然气气量负荷形成加权，可以将相应因素量化为经验权重数据。

步骤240：通过小时负荷和日负荷形成确定时长内初步天然气气量负荷。

通过小时负荷和日负荷进行确定时长内气量负荷拟合形成确定时长内初步天然气气量负荷。

步骤250：根据经验权重数据修正初步天然气气量负荷形成天然气气量负荷。

利用经验权重数据修正初步天然气气量负荷可以形成对未来或即将到来的确定时长内气量负荷得必要修正。

步骤260：根据天然气气量负荷和掺氢比例的阈值区间形成确定时长内的氢气储存量。

根据掺氢比例的阈值区间可以确定确定时长内用于天然气替代的掺混氢气的上下限需求，进而形成确定时长内氢气储存量的裕度估算。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气方法通过负荷估算可以对氢气来源形成宽裕的选择，避免氢气输气管道的修建，直接利用长管拖车供氢。

如图1所示，在本发明一实施例中，步骤300中包括：

步骤310：氢气源通过调压后将氢气输出至旁路天然气管路，将氢气输出压力保持在初始压力且掺氢比例保持在低比例阈值，维持掺氢燃气压力稳定。

在旁路天然气管路中的氢气输出压力变化区间通过水力计算，结合旁路天然气管路管径、进出口压力、掺氢燃气流量等进行水力计算形成，氢气输出压力即掺入氢气压力，以确保顺利掺混。氢气源输出氢气至旁路天然气管路前至少经过一次调压、调流过程。

本发明一实施例中，对现有管路和调压设备、阀门形成较小影响、管路改造成本最低的优化为：氢气输出压力保持在0.95-1.15Mpa，掺氢比例在5％～10％，掺氢燃气压力维持在0.9-1.1Mpa。

步骤320：在氢气掺混过程中，根据旁路天然气管路中天然气流量和掺氢比例确定掺入氢气量。

旁路天然气管路中掺氢比例随着用气环节及管输环节的稳定，在确定可安全输送及使用后依次增加掺氢比例。

步骤330：根据氢气掺混过程中对氢气流量的实时计量和中压出站管路中掺氢燃气流量的实时计量形成氢气掺混过程中天然气流量和氢气流量的参数调节。

根据中压出站管路中掺氢燃气流量的反馈确定下游用户用气量，根据下游用户用气量确定旁路天然气管路中掺氢燃气的流量比例，根据流量比例控制氢气调节阀调节掺入氢气量。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气方法具有方法操作简单，经济性好的特点，在下游用户对氢气敏感性确定的基础上，通过降低混氢精度可以为掺入氢气比例留有一定余量使得掺氢比例可设定为5％～15％。

本发明一实施例城市燃气门站掺氢混气系统如图2所示。在图2中，本实施例包括：

天然气次高压管路01，用于传输次高压天然气；

次高压调压器02，用于将高压气体减压为次高压气体；

旁路天然气管路03，用于通过天然气次高压管路的放散口形成并提供第二类型次高压气体的输入接口，形成不同类型次高压气体掺混；

氢气源04，用于持续提供氢气；

氢气流量计05，用于实时计量氢气流量；

中压调压器06，用于将次高压掺氢燃气减压为中压掺氢燃气；

中压出站管路07，用于向下游用户传输中压掺氢燃气；

掺氢燃气流量计08，用于实时计量中压掺氢燃气流量；

掺混保障子系统09，用于通过调压器、管件、阀门、计量仪表的反馈信号形成氢气传输途径巡检。

本发明实施例的城市燃气门站掺氢混气系统利用现有燃气次高压和中压的现有管路和调压设备形成掺氢混气结构。有效降低系统改造成本的同时保证了系统完整性和可靠性，满足了掺氢过程的掺混效率和掺混质量。

本发明一实施例城市燃气门站掺氢混气系统，包括：

存储器，用于存储上述城市燃气门站掺氢混气方法处理过程对应的程序代码；

处理器，用于执行上述城市燃气门站掺氢混气方法处理过程对应的程序代码。

处理器可以采用DSP(Digital Signal Processor)数字信号处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种城市燃气门站掺氢混气方法，其特征在于，包括：

在城市燃气门站确定次高压管路，通过次高压管路放散口形成旁路天然气管路，在旁路天然气管路中进行氢气掺混形成掺氢燃气，旁路天然气管路经中压调压器调压后连接中压出站管路；

根据中压出站管路用气数据开展用气量负荷预测，根据用气量负荷预测估算氢气储存量；

根据旁路天然气管路中天然气流量变化形成氢气掺混过程中掺氢流量控制过程。

2.如权利要求1所述的城市燃气门站掺氢混气方法，其特征在于，所述根据用气量负荷估算氢气储存量包括：

根据历史用气数据对天然气气量小时负荷进行测算；

根据历史用气数据对天然气气量日负荷进行测算；

根据历史气候极值和历史社会事件形成经验权重数据；

通过小时负荷和日负荷形成确定时长内初步天然气气量负荷；

根据经验权重数据修正初步天然气气量负荷形成天然气气量负荷；

根据天然气气量负荷和掺氢比例的阈值区间形成确定时长内的氢气储存量。

3.如权利要求1所述的城市燃气门站掺氢混气方法，其特征在于，所述掺氢流量控制过程包括：

氢气源通过调压后将氢气输出至旁路天然气管路，将氢气输出压力保持在初始压力且掺氢比例保持在低比例阈值，维持掺氢燃气压力稳定；

在氢气掺混过程中，根据旁路天然气管路中天然气流量和掺氢比例确定掺入氢气量；

根据氢气掺混过程中对氢气流量的实时计量和中压出站管路中掺氢燃气流量的实时计量形成氢气掺混过程中天然气流量和氢气流量的参数调节。

4.一种城市燃气门站掺氢混气系统，其特征在于，包括：

存储器，用于存储如权利要求1至3任一所述的城市燃气门站掺氢混气方法处理过程对应的程序代码；

处理器，用于执行所述程序代码。

5.一种城市燃气门站掺氢混气系统，其特征在于，包括：

天然气次高压管路，用于传输次高压天然气；

次高压调压器，用于将高压气体减压为次高压气体；

旁路天然气管路，用于通过天然气次高压管路的放散口形成并提供第二类型次高压气体的输入接口，形成不同类型次高压气体掺混；

氢气源，用于持续提供氢气；

氢气流量计，用于实时计量氢气流量；

中压调压器，用于将次高压掺氢燃气减压为中压掺氢燃气；

中压出站管路，用于向下游用户传输中压掺氢燃气；

掺氢燃气流量计，用于实时计量中压掺氢燃气流量；

掺混保障子系统，用于通过调压器、管件、阀门、计量仪表的反馈信号形成氢气传输途径巡检。

Images