CN216431267U

CN216431267U - 天然气掺氢系统

Info

Publication number: CN216431267U
Application number: CN202122851751.2U
Authority: CN
Inventors: 李明昕; 周亮; 陈延朋; 李俊杰; 李坤峰
Original assignee: Zhengxing Hydrogen Electric Technology Zhengzhou Co ltd
Current assignee: Zhengxing Hydrogen Electric Technology Zhengzhou Co ltd
Priority date: 2021-11-20
Filing date: 2021-11-20
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2031-11-20

Abstract

本实用新型公开了一种天然气掺氢系统，包括管路单元和控制单元；所述管路单元包括：天然气管路、氢气管路；所述天然气管路和氢气管路中沿气体输送方向分别依次设置有球阀、第一压力变送器、第一压力表、调压阀、第二压力变送器、第二压力表、质量流量计、流量调节阀；所述控制单元包括PLC控制器；所述PLC控制器收集并处理第一压力变送器、第二压力变送器、质量流量计所采集的数据，输出相应的信号对所述压力阀和所述流量调节阀进行控制；旨在解决如何集成一种快速对天然气中掺入的氢气比例进行实时精确调节的系统。

Description

天然气掺氢系统

技术领域

本实用新型涉及气体加注技术领域，具体涉及一种天然气掺氢系统。

背景技术

随着科技的不断发展，人类对能源的需求日益增加，化石能源终将面临枯竭，这促使人们对新能源进行开发与利用。氢气作为可再生能源，具有燃烧速度快、燃烧界限宽、能量高、可循环利用、环保等优点，缺点是运输成本较高。

中国是世界范围内氢能产量最大的国家，未来氢能产业的发展的关键是氢能的运输与高效利用。而天然气在当今世界范围内已得到广泛应用，因此可在天然气中掺入一定比例的氢气得到掺氢天然气，再利用现有的天然气管网进行运输。掺氢天然气具有快速燃烧，着火范围宽，排放低等优点。氢气替代部分天然气燃烧提供热能和电能，有利于缓解天然气供应压力；而且还可以将掺氢天然气分离为氢气和天然气，用于单独使用，从而完成氢气的储存与运输。

但另一方面，氢气的掺入不仅会改变天然气的燃烧特性与碳排放，同时也会对运输管道产生一些不利的影响，其中氢脆问题最为危险。氢脆是氢气对管道金属产生劣化作用，使金属晶界结合力减弱，使管道塑性下降而产生脆性断裂或微小裂纹或点蚀。因此，国内外对天然气的掺氢比例有着严格的要求。

目前，我国对于掺氢天然气的应用仍处于初级阶段，还未达到大片区域覆盖。加氢气的模式单一，只能加注固定比例的掺氢天然气，无法根据实际情况灵活调控混合气中的掺氢比。而且现有天然气管网材料类型多，使用环境差异大，操作压力不一，将氢气掺入天然气管网面临着复杂的安全问题，而且管道的服役年限和材料的不同对掺氢比例都有不同的要求，过高的掺氢比会影响管道的密封性。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种天然气掺氢系统，旨在解决如何集成一种快速对天然气中掺入的氢气比例进行实时精确调节的系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种天然气掺氢系统，包括管路单元和控制单元；所述管路单元包括：天然气管路、氢气管路；所述天然气管路和氢气管路中沿气体输送方向分别依次设置有球阀、第一压力变送器、第一压力表、调压阀、第二压力变送器、第二压力表、质量流量计、流量调节阀；所述控制单元包括PLC控制器；所述PLC控制器收集并处理第一压力变送器、第二压力变送器、质量流量计所采集的数据，输出相应的信号对所述压力阀和所述流量调节阀进行控制。

优选的，所述天然气掺氢系统还包括设置在所述天然气管路与氢气管路末端并分别与之相连的混合罐，用于将输入的氢气和天然气均匀混合后输出至下游管道。

优选的，所述混合罐还包括设置于输出管路上的控制阀，用于控制混合气体输出的通断。

优选的，所述天然气管路和氢气管路中均设有单向阀，防止管路气体回流。

优选的，所述天然气掺氢系统的额定工作压力小于等于35MPa。

与现有技术相比，本实用新型的主要有益技术效果在于：

1.本实用新型通过安装于天然气管路中与氢气管路中的质量流量计实时对管道内流通气体质量进行检测，并通过流量调节阀调节气体流通的比例，实现对天然气掺氢比的快速、灵活、精确控制。

2.本实用新型通过在调压阀前后安装压力变送器及压力表，实时对比天然气管道与氢气管道内的压力差，并通过调压阀使两气体混合前管道内压力保持一致，有效的解决了管道内气体流通不顺畅及倒流的现象。

附图说明

图1为本实用新型天然气掺氢系统的管路结构示意图。

图2为本实用新型天然气掺氢系统的控制单元结构示意图。

图3为本实用新型天然气掺氢系统逻辑控制流程图。

以上各图中，1为天然气管路，2为氢气管路，3为第一压力变送器，4为第一压力表，5为调压阀，6为第二压力变送器，7为第二压力表，8为质量流量计，9为流量调节阀，10为单向阀，11为混合器，12为混合器输出管道，13为天然气进口球阀，14为氢气进口球阀，15为混合气体管路控制阀。

具体实施方式

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

以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。

以下实施例中所涉及的单元模块、零部件、执行机构或传感器等，如无特别说明，则均为常规市售产品。

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1：一种天然气掺氢系统，参见图1至图3，包括天然气管路1、氢气管路2、PLC控制器及混合器11，所述天然气掺氢系统的额定工作压力≤35MPa；所述天然气管路1和氢气管路2可布置在专用机柜中，作为加气机的一部分；也可置于管沟中，不占用加气岛空间，节约了加气站的空间，使加气站布局更加灵活。

所述天然气管路1中沿天然气输送方向依次设置有天然气进口球阀13、第一压力变送器3（森纳士，DG2104-C-70-D，精度等级0.1）、第一压力表4、调压阀5（Tescom，26-2062T69S472BB）、第二压力变送器6（森纳士，DG2104-C-70-D，精度等级0.1）、第二压力表7、质量流量计8（Rheonik，RHM M04LNAP2PM0HPN1JM-HY-A1 w/RHE21 E21H1D1SOS1A1）、流量调节阀9（HIP，20－11LF9-HPO-CYT-2700-B）及单向阀10（SPIR STAR，CV-MF9‐SS‐20K）。

所述氢气管路2中沿氢气输送方向依次设置有氢气进口球阀14、第一压力变送器3（森纳士，DG2104-C-70-D，精度等级0.1）、第一压力表4、调压阀5（Tescom，26-2062T69S472BB）、第二压力变送器6（森纳士，DG2104-C-70-D，精度等级0.1）、第二压力表7、质量流量计8（Rheonik，RHM M04LNAP2PM0HPN1JM-HY-A1 w/RHE21 E21H1D1SOS1A1）、流量调节阀9（HIP，20－11LF9-HPO-CYT-2700-B）及单向阀10（SPIR STAR，CV-MF9‐SS‐20K）。

所述第一压力变送器3用于将调压前管道内的气体压力转换为电信号传输至PLC控制器中；所述第一压力表4用于显示调压前管道内的气体压力；所述调压阀5用于调整管路气体的压力；所述第二压力变送器6用于将调压后管道内气体压力转换为电信号传送至PLC控制器；所述第二压力7表用于显示调压后管道内的气体压力；所述质量流量8计用于测量及通过管路内气体的质量；所述流量调节阀9用于调节管路气体的流量。

PLC控制器收集并处理第一压力变送器3、第二压力变送器6、质量流量计8所采集的数据，输出相应的信号对所述调压阀5和所述流量调节阀9进行控制；PLC控制器对比天然气管路1和氢气管路2的第一压力变送器3数据，如果数据差值在规定的范围内（规定差值范围是≤0.2MPa），则不调整调压阀；如果数据差值超过规定的范围，则发送信号调整调压阀，调整后对比第二压力变送器数据，如果数据差值在规定的范围内，则调整结束；如果数据差值还超过规定的范围，则继续发送信号调整调压阀，直至数据差值在规定的范围内。

天然气管路1和氢气管路2压力平衡后，PLC控制器收集质量流量计8数据，根据数据判断掺氢比例是否满足要求，掺氢系统满足掺氢的比例范围是3%-25%，在掺氢比例达到与设定值之间的差值≤0.5%，即视为满足比例要求，如果满足要求，则不调整流量调节阀9直接进行气体混合；如果掺氢比例不满足要求，则PLC控制系统发送信号调整天然气管路1流量调节阀9和氢气管路2流量调节阀9，直至掺氢比例满足要求。

所述混合器11设置于天然气输送管道1和氢气输送管道2的末端位置，并分别与两个管道输出口连接，进行气体的均匀混合，然后通过混合器输出管道12输出混合气体至下游管路，在混合器输出管道12中设有混合气体管路控制阀15，实施对管路气体的通断控制。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型技术构思的前提下，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，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种天然气掺氢系统，其特征在于，包括管路单元和控制单元；所述管路单元包括：天然气管路、氢气管路；所述天然气管路和氢气管路中沿气体输送方向分别依次设置有球阀、第一压力变送器、第一压力表、调压阀、第二压力变送器、第二压力表、质量流量计、流量调节阀；所述控制单元包括PLC控制器；所述PLC控制器用于收集并处理第一压力变送器、第二压力变送器、质量流量计所采集的数据，输出相应的信号对所述调压阀和所述流量调节阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的天然气掺氢系统，其特征在于，所述天然气掺氢系统还包括设置在所述天然气管路和氢气管路末端并分别与之相连的混合罐，用于将输入的氢气和天然气均匀混合后输出至下游管道。

3.根据权利要求2所述的天然气掺氢系统，其特征在于，所述混合罐还包括设置于其输出管路上的控制阀，用于控制混合气体输出的通断。

4.根据权利要求1所述的天然气掺氢系统，其特征在于，所述天然气管路和氢气管路中均设有对应的单向阀，防止管路气体回流。

5.根据权利要求1所述的天然气掺氢系统，其特征在于，所述天然气掺氢系统的额定工作压力≤35MPa。