CN215901311U

CN215901311U - 一种用于混合气体的管道装置

Info

Publication number: CN215901311U
Application number: CN202122260876.8U
Authority: CN
Inventors: 黄泰明; 黄杰; 冯明臣; 万忠民
Original assignee: Hunan Institute of Science and Technology
Current assignee: Hunan Institute of Science and Technology
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2031-09-17

Abstract

本实用新型公开了一种用于混合气体的管道装置，包括：气体控制部分，用于控制第一流通管路输出第一气体，以及控制第二流通管路输出第二气体；气体增压部分，用于对所述第一气体和所述第二气体进行增压后，输入气体混合模块；气体混合模块，包括气体混合管，所述气体混合管内设有至少一个第一弧形叶片和至少一个第二弧形叶片，所述第一弧形叶片与所述第二弧形叶片交叉分布，所述第一弧形叶片凹向的方向与所述第二弧形叶片凹向的方向相反。本实用新型通过在气体混合管内设置弧形叶片，原料气体进入管道后，经过弧形叶片结构的约束，进行旋转运动，从而使气体混合的更加均匀。本实用新型可广泛应用于气体混合工艺。

Description

一种用于混合气体的管道装置

技术领域

本实用新型涉及气体混合工艺，尤其涉及一种用于混合气体的管道装置。

背景技术

天然气中加入一定氢气，成为一种新型燃料-氢天然气，兼具天然气和氢气的优点，燃烧速度快，碳排放量更低，更加环保，是一种应对石油危机的新途径。氢气压缩比小，且不易被液化，导致汽车运输成本高，推广经济性差。而采用长输管道和天然气一起输送，极大的降低了氢气的运输成本，成为氢天然气推广的极佳方法。由于氢气与天然气相比更易爆炸，且对管材有一定的影响。因此对氢气加入天然气中的比例以及安全性有较高的要求。

国内对天然气中加入氢气的方法研究比较少。若用于长管道对天然气加入氢气，处理量小；存在多次放空的问题；加入比例不好控制且加入后天然气与氢气混合不均匀。且需要对天然气和氢气两条管道进行控制；缺少超压、超速、超量之后的回路装置。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种用于混合气体的管道装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于混合气体的管道装置，包括：

气体控制部分，用于控制第一流通管路输出第一气体，以及控制第二流通管路输出第二气体；

气体增压部分，用于对所述第一气体和所述第二气体进行增压后，输入气体混合模块；

气体混合模块，包括气体混合管，所述气体混合管内设有至少一个第一弧形叶片和至少一个第二弧形叶片，所述第一弧形叶片与所述第二弧形叶片交叉分布，所述第一弧形叶片凹向的方向与所述第二弧形叶片凹向的方向相反。

进一步，所述气体混合管包括隔热层、加热层和传热层，所述隔热层设置在所述气体混合管的外表面，所述传热层设置在所述气体混合管的内表面，所述加热层设置在所述隔热层和所述传热层之间。

进一步，所述气体混合管的入口处设有多孔过滤器，所述气体混合管出口处设有混合气体扩散器。

进一步，所述第一弧形叶片凹向所述气体混合管的入口，第二弧形叶片凹向所述气体混合管的出口。

进一步，相邻两个所述弧形叶片之间的安装距离相同，所述弧形叶片的底端固定在所述气体混合管的内壁上，所述弧形叶片的底部和顶端之间的距离大于所述气体混合管的半径。

进一步，所述弧形叶片的横截面设计为1/4个圆的圆弧，且所述圆的半径大于所述气体混合管的半径。

进一步，所述气体控制部分包括PLC控制器、第一流通管路、第一气体回流路线、第二流通管路以及第二气体回流路线，所述PLC控制器均与所述第一流通管路、所述第一气体回流路线、所述第二流通管路和所述第二气体回流路线连接。

进一步，所述第一流通管路为天然气流通管路，所述天然气流通管路包括天然气分配罐、第一截断器、第一压力感传送器、第一流量流速传送器、第二截断器以及第一单向运输阀；

所述第一气体回流路线包括第三截断器；

所述天然气分配罐输出的天然气依次经过所述第一截断器、所述第一压力感传送器、所述第一流量流速传送器、所述第二截断器以及所述第一单向运输阀，达到所述气体增压部分；

若所述第三截断器打开，天然气由所述第一气体回流路线回流到所述天然气分配罐内。

进一步，所述第二流通管路为氢气流通管路，所述氢气流通管路包括氢气分配罐、第四截断器、第二压力感传送器、第二流量流速传送器、第五截断器以及第二单向运输阀；

所述第二气体回流路线包括第六截断器；

所述氢气分配罐输出的氢气依次经过所述第四截断器、所述第二压力感传送器、所述第二流量流速传送器、所述第五截断器以及所述第二单向运输阀，达到所述气体增压部分；

若所述第六截断器打开，氢气由所述第二气体回流路线回流到所述氢气分配罐内。

进一步，所述隔热层、所述加热层和所述传热层均采用防腐蚀材料制成。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在气体混合管内设置弧形叶片，原料气体进入管道后，经过弧形叶片结构的约束，进行旋转运动，从而使气体混合的更加均匀。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例中一种用于混合气体的管道装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中气体混合管的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中气体混合管中气体运动示意图；

图4是本实用新型实施例中气体混合管的截面示意图；

图5是本实用新型实施例中弧形叶片的截面示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供一种用于混合气体的管道装置，包括：

气体增压部分，用于对第一气体和第二气体进行增压后，输入气体混合模块；

气体混合模块，包括气体混合管23，气体混合管内设有至少一个第一弧形叶片和至少一个第二弧形叶片，第一弧形叶片与第二弧形叶片交叉分布，第一弧形叶片凹向的方向与第二弧形叶片凹向的方向相反。

上述管道装置的工作原理为：将两种甚至两种以上的气体通过控制路径传入管道内，且内壁设有这种弧形叶片结构的混合管中进混合。原料气体进入管道后，经过弧形叶片结构的约束多次改变气体运动规律，大体可归纳为不同方向的旋转运动。再加上混合气体因为加热层的影响，分子间的间隔以及互相与运动会更加剧烈。可改善混合气体均匀性，提高气体混合的效率。其中，第一气体和第二气体可以为单纯的气体(如天然气或气体)，也可以问混合的气体(即多种气体的混合)。其中，本实施例中所说的交叉分布，指的是第一弧形叶片与第二弧形叶片在气体混合管的纵轴线上交错分布，即第一个位置设置第一弧形叶片，下一个位置设置第二弧形叶片，接下来又设置第一弧形叶片，如此类推。另外，第一弧形叶片所在的圆的圆心与第二弧形叶片所在的圆的圆心不在同一条线上，可选的，第一弧形叶片的底端设置在气体混合管内壁的上表面，第二弧形叶片的底端设置在气体混合管内壁的下表面。以下主要以天然气和氢气的混合为实施例进行详细说明。

在一些可选的实施例中，气体控制部分包括PLC控制器、天然气流通管路Ⅰ、第一气体回流路线Ⅲ、氢气流通管路Ⅱ以及第二气体回流路线Ⅳ，PLC控制器均与天然气流通管路、第一气体回流路线、氢气流通管路和第二气体回流路线连接。

其中，天然气流通管路包括天然气分配罐1、第一截断器2、第一压力感传送器3、第一流量流速传送器4、第二截断器5以及第一单向运输阀6。第一气体回流路线包括第三截断器21。

天然气分配罐输出的天然气依次经过第一截断器2、第一压力感传送器3、第一流量流速传送器4、第二截断器5以及第一单向运输阀6，达到气体增压部分。其中，气体增压部分由增压器14组成。

氢气流通管路包括氢气分配罐7、第四截断器8、第二压力感传送器9、第二流量流速传送器10、第五截断器11以及第二单向运输阀12；第二气体回流路线包括第六截断器22。

氢气分配罐输出的氢气依次经过第四截断器8、第二压力感传送器9、第二流量流速传送器10、第五截断器11以及第二单向运输阀12，达到气体增压部分。

上述的截断器、压力感传送器、流量流速传送器以及单向运输阀，均与PLC控制器连接，并由PLC控制器控制。

输出天然气的控制原理如下：天然气运输路径上天然气分配罐1由PLC控制器控制发送天然气的量以及压力和流速，经过第一截断器2、第一压力感传送器3，第一流量流速传送器4。此时第二截断器5处于关闭状态，气体无法通过，经PLC控制器接收来自元器件返送的信号判断流量流速以及压力正否正确，若正确则第二截断器5打开，天然气流向第一单向运输阀6进入增压器14；若返送的信号判断不正确则截断器会由PLC控制器控制天然气分配罐1的输出以及第二截断器5自动关闭，随之天然气由气体回流路线Ⅲ返回天然气分配罐，并由PLC重新设置所需配送的天然气量再走一次，直至正确为止。

输出氢气的控制原理如下：氢气运输路径上氢气分配罐7由PLC控制器控制发送氢气的量以及压力和流速，经过第四截断器8，第二压力感传送器9，第二流量流速传送器10。此时第五截断器11处于关闭状态，气体无法通过，经PLC控制器接收来自元器件返送的信号判断流量流速以及压力正否正确，若正确则第五截断器11打开气体流向第二单向运输阀12进入增压器14；若返送的信号判断不正确第四截断器8和第五截断器11会由PLC控制器控制自动关闭，同时气体回流路线Ⅳ上受PLC控制器控制的第六截断器22会被打开，并由PLC重新设置所需配送的氢气量再走一遍。

在一些可选的实施例中，在氢气运输路线上配置了一个甲醇制氢的装置。甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳,这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。重整反应生成的H2和CO2，再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离，得到高纯氢气。

总结而言，当由路线上的元器件收集的数据返送给PLC控制器，若数据正确则打开第二截断器5和第五截断器11，气体将进入管道内进行混合操作。若不正确则同时关闭分配路线上的截断器并打开回流路线上的截断器，同时管道内的气体将通过回流路线重新回到气体分配罐中。

如图1所示，在一些可选的实施例中，气体混合管23包括隔热层16、加热层17和传热层18，在气体混合管的入口处设有多孔过滤器15，在气体混合管出口处设有混合气体扩散器19。混合气体扩散器应该使用可拆卸密封连接在管道上这样方便清理以及更换；气体混合管道由三种不同的材料构成管壁，除却加热层其余两层应该要有极高的抗腐蚀性；叶片应该由刚性极高的材料构成且不能太脆这样在较高温度以及加压下的气体通时时保证使用寿命。

作为可选的实施例方式，通过多孔过滤器15后的气体由增压器处理进入气体混合管23。由于气体混合管23受到加热层17的影响，所以管道内的温度会比常温高10摄氏度左右，在这里面的混合气体经过加温之后气体分子的运动会相当活泼。最后流动速度较快的混合气体会受到弧形叶片20的作用做方向相反的回旋运动进一步混合气体，最后经由混合气体扩散器19导出。

作为可选的实施例方式，气体混合管23的长度为3米左右，如果气体混合管23长度过短，混合气体经过混合管还未充分混合就已经到了混合管的出口处，达不到促进混合的效果；若混合管的长度过长，混合气体在反向相反回旋运动前进的过程中速度逐渐降低，最后会滞留在混合管中，降低了混合效率。

作为可选的实施例方式，如图2所示，本实施例的气体混合管23的管壁由三层不同材料构成，最外层为隔热层16，因为长时间暴露在空气中或者埋在地下，因此该层的材料必须具备极强大的抗腐蚀性和耐高温以及具有良好的隔热效果；最里面这层为传热层18，因为这层需要不断的通过气体所以需要抗腐蚀性以及较高的传热效率的材料构成；中间层为加热层17，该层需要将管道内部的气体加热至比常温高10℃左右，所以该层应用耐高温的材料。因此除却加热层其余两层应该要有极高的抗腐蚀性。

作为可选的实施例方式，如图3所示，所有弧形叶片20沿气体混合管到横向均布设置，每两个弧形叶片间的距离相同且不可太长也不能太远，使混合气体沿弧形叶片做方向相反回旋动作前进过程中气体混合管道各处受力均匀，不会剧烈晃动或发生偏移，同时保证气体沿每个弧形叶片旋转前进过程中的速度一致。除此之外，每个叶片应当使用刚性较强且韧性强的材料并且固定在管道内，当较高流速压力的混合气体进入管道内时不会有太多的噪音。这样一来气体混合的均匀性得到了极高的保证，且控制了流速以及压力。

作为可选的实施例方式，如图4所示，本实用新型实施例提供了气体混合管道的侧视图以及弧形叶片细节图，弧形叶片到混合管中心的高度为H1与弧形叶片之间的距离为L1，其中H1为20cm、L1为8cm。这样能确保混合气体进入气体混合管道后能沿弧形叶片旋转前进并充分混合，若弧形叶片过矮，混合气体不会沿弧形叶片旋转前进，或者只有小部分气体沿弧形叶片旋转，起不到混合效果；若弧形叶片过大，会对混合气体起到阻挡作用，限制混合气体的行进速度，影响混合效率。

作为可选的实施例方式，弧形叶片的正视图如图5所示的形状，弧形叶片具有一定弯曲度，其设计为一个1/4个圆的圆弧。弧形叶片的各个方向的图视形状为上述的两种，只要能使混合气体沿弧形槽进行旋转前进的弧形槽的形状均为本明所述的范围内。值得注意的时管壁材料均由防腐蚀材料制成，避免设备在气体混合过程中被气体腐蚀，导致气体泄漏污染环境、对人体产生危害，降低工作效率。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，包括：

气体控制部分，用于控制第一流通管路输出第一气体，以及控制第二流通管路输出第二

气体；

2.根据权利要求1所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述气体混合管包括隔热层、加热层和传热层，所述隔热层设置在所述气体混合管的外表面，所述传热层设置在所述气体混合管的内表面，所述加热层设置在所述隔热层和所述传热层之间。

3.根据权利要求1所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述气体混合管的入口处设有多孔过滤器，所述气体混合管出口处设有混合气体扩散器。

4.根据权利要求1所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述第一弧形叶片凹向所述气体混合管的入口，第二弧形叶片凹向所述气体混合管的出口。

5.根据权利要求1所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，相邻两个所述弧形叶片之间的安装距离相同，所述弧形叶片的底端固定在所述气体混合管的内壁上，所述弧形叶片的底部和顶端之间的距离大于所述气体混合管的半径。

6.根据权利要求1所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述弧形叶片的横截面设计为1/4个圆的圆弧，且所述圆的半径大于所述气体混合管的半径。

7.根据权利要求1所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述气体控制部分包括PLC控制器、第一流通管路、第一气体回流路线、第二流通管路以及第二气体回流路线，所述PLC控制器均与所述第一流通管路、所述第一气体回流路线、所述第二流通管路和所述第二气体回流路线连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述第一流通管路为天然气流通管路，所述天然气流通管路包括天然气分配罐、第一截断器、第一压力感传送器、第一流量流速传送器、第二截断器以及第一单向运输阀；

所述第一气体回流路线包括第三截断器；

9.根据权利要求7所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述第二流通管路为氢气流通管路，所述氢气流通管路包括氢气分配罐、第四截断器、第二压力感传送器、第二流量流速传送器、第五截断器以及第二单向运输阀；

所述第二气体回流路线包括第六截断器；

所述氢气分配罐输出的氢气依次经过所述第四截断器、所述第二压力感传送器、所述第二流量流速传送器、所述第五截断器以及所述第二单向运输阀，达到所述气体增压部分；若所述第六截断器打开，氢气由所述第二气体回流路线回流到所述氢气分配罐内。

10.根据权利要求2所述的一种用于混合气体的管道装置，其特征在于，所述隔热层、所述加热层和所述传热层均采用防腐蚀材料制成。