CN217635105U - 一种燃气混氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气混氢装置，包括氢气管线结构、燃气管线结构、混合气管线结构、控制结构；使用时，上游天然气经调压后以压力P1进入流量计，流量计将经过温压补偿后的标准流量信号远传至控制系统，控制系统根据预先设定的流量比例及氢气的瞬时流量，控制防爆电动调节阀的开度，使氢气以设定的混气比例计算出的流量，以高于P1的压力P2进入静态混合器中，与天然气混合，混合气经过静态混合器中内置的不锈钢孔板波纹填料进一步的充分混合。本申请经过试验、运行之后，能够实现较好的天然气掺氢效果且设备运行稳定可靠，达到了预期的目标，便于在产业上推广和使用。

Description

一种燃气混氢装置

技术领域

本实用新型涉及节能环保装备技术领域，尤其涉及一种燃气混氢装置。

背景技术

天然气混合氢气一直是国内外氢气运输和规模化利用的重要研究方向，对促进我国氢能产业发展具有更为重要的意义。一方面，我国天然气需求持续上升，2020年对外依存度高达43％，氢气替代部分天然气提供热能和电能，有利于缓解天然气供应压力，提升我国能源安全保障水平；另一方面，若能充分利用现有西气东输、川气东送等逾8万公里天然气主干管网和庞大的支线管网掺氢运输，不仅可低成本实现氢气大范围输运，更有力地促进西部可再生能源制氢的发展，为氢能产业提供绿色低廉的氢气，且对实现我国能源结构转型意义重大。

当前，天然气掺氢技术在国内还处于试验探索阶段，天然气混氢装置仍属于一种较为新型设备，没有统一的技术要求和规范。

实用新型内容

为了满足实际的使用需求，本申请的目的为提供一种燃气混氢装置。

为了实现本申请的目的，本申请提供的技术方案如下：

一种燃气混氢装置，包括氢气管线结构、燃气管线结构、混合气管线结构；

所述氢气管线结构包括氢气管路，所述氢气管路包括依次连接的氢气前端管路、氢气开备管路以及氢气后端管路，所述氢气前端管路上依次设置第一现场显示压力表和第一入口压力变送器，所述氢气开备管路包括结构一致的氢气开管路和氢气备管路，所述氢气开管路上依次设置有手动高压球阀、高压过滤器、高压气动紧急切断阀、一级调压器、手动排气阀、一级调压后现场显示压力表、二级调压器、二级调压后现场显示压力表、第一智能涡轮流量计、防爆电动调节阀、第一止回阀、第一手动球阀、第一调压后压力变送器，所述氢气后端管路与所述混合气管线结构连接；

所述燃气管线结构包括燃气管路，所述燃气管路包括依次连接的燃气前端管路、燃气开备管路以及燃气后端管路，所述燃气前端管路上依次设置第二现场显示压力表、第二入口压力变送器，所述燃气开备管路所述氢气开备管路包括结构一致的燃气开管路和燃气备管路，所述燃气开管路上依次设置有手动球阀、Y型过滤器、稳压调压器、手动排气阀、调压后现场显示压力表、第二智能涡轮流量计、第二止回阀、第二手动球阀，所述燃气后端管路与所述混合气管线结构连接且所述燃气后端管路上设置有第二调压后压力变送器；

所述混合气管线结构包括与所述燃气后端管路、所述氢气后端管路连接的静态混合器、与所述静态混合器连接的混合气管路、依次设置在混合气管路上的双金属温度计、出口温度变送器、出口现场显示压力表、出口压力变送器、热值仪、氢含量分析仪、出口手动球阀，所述静态混合器连接有差压表，所述静态混合器设置有不锈钢孔板波纹填料。

其中，还包括氢气卸车结构，所述氢气管线结构通过氢气卸车结构与存放氢气的高压瓶组和/或高压槽车，所述氢气卸车结构包括卸车管路和卸车鹤臂，所述卸车鹤臂一端与所述高压瓶组和/或高压槽车连接，另一端通过所述卸车管路和氢气管路连接。

其中，所述混合气管路连接有加臭装置，所述加臭装置包括加臭泵组、加臭罐、加臭管路，所述加臭泵组与加臭罐、加臭管路连接，所述加臭管路与所述混合气管路连接。

其中，还包括放散管线结构，所述放散管线结构包括燃气放散管路和氢气放散管路，所述燃气放散管路一端为燃气放散口且靠近燃气放散口的管路上设置有燃气放散管线阻火器，另一端分成两路且均与燃气后端管路连接，其中一路上设置有燃气管线手动球阀和燃气管线安全阀，另一路上设置有燃气管线手动放空阀；所述氢气放散管路一端为氢气放散口且靠近氢气放散口的管路上设置有氢气放散管线阻火器，另一端分成两路且均与氢气后端管路连接，其中一路上设置有氢气管线安全阀和氢气管线手动球阀，另一路上设置有氢气管线手动放空阀。

其中，还包括排污管线结构，所述排污管线结构包括静态混合器排污阀、排污管路，所述排污管路一端为排污口，另一端与所述静态混合器连接且靠近所述静态混合器的管路上设置有静态混合器排污阀。

其中，还包括仪表风管线结构，所述仪表风管线结构包括空气过滤调压杯、仪表风管路，所述仪表风管路上设置有空气过滤调压杯，其一端与所述高压气动紧急切断阀连接，另一端与仪表风、氮气瓶或空压机连接。

其中，还包括控制结构，所述控制结构包括可燃气体泄漏探头、控制柜，所述可燃气体泄漏探头与控制柜连接，所述控制柜还与出口压力变送器、静态混合器排污阀、第二入口压力变送器、第一入口压力变送器、高压气动紧急切断阀、第二智能涡轮流量计、第一智能涡轮流量计、第一调压后压力变送器、第二调压后压力变送器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，本申请经过试验、运行之后，能够实现较好的天然气掺氢效果且设备运行稳定可靠，达到了预期的目标，便于在产业上推广和使用。

附图说明

图1所示为本申请的结构示意图；

图2所示为本申请中加臭装置的结构示意图；

图中，1燃气管路、2第二现场显示压力表、3第二入口压力变送器、4手动球阀、5Y型过滤器、6稳压调压器、7第二手动排气阀、8调压后现场显示压力表、9第二智能涡轮流量计、10第二止回阀、11第二手动球阀、12第二调压后压力变送器、13燃气管线安全阀、14手动放空阀、55手动球阀、15燃气放散管路、58燃气放散管线阻火器，49卸车管路、50卸车鹤臂、48氢气管路、 47第一现场显示压力表、46第一入口压力变送器、43手动高压球阀、42高压过滤器、41高压气动紧急切断阀、40一级调压器、39第一手动排气阀、38一级调压后现场显示压力表、37二级调压器、36二级调压后现场显示压力表、35 第一智能涡轮流量计、34防爆电动调节阀、33第一止回阀、32第一手动球阀、 31第一调压后压力变送器、30手动放空阀、56手动球阀、57氢气放散管路、52氢气放散管线阻火器，16静态混合器、17差压表、18不锈钢孔板波纹填料、 19双金属温度计、20出口温度变送器、21出口现场显示压力表、22出口压力变送器、23热值仪、24氢含量分析仪、25出口手动球阀、26加臭装置、54混合气管路，13燃气管线安全阀、14燃气管线手动放空阀、55燃气管线手动球阀、 29氢气管线安全阀、56氢气管线手动球阀、30氢气管线手动放空阀、15燃气放散管路、57氢气放散管路、58燃气放散管线阻火器、52氢气放散管线阻火器， 28静态混合器排污阀、27排污管路，44空气过滤调压杯、45仪表风管路，261 加臭泵组，262加臭罐，263加臭管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，本申请文件中使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。

应该理解，当本申请文件中称部件被“连接”到另一部件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间部件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

如图1-图2所示，本申请实施例提供的一种燃气混氢装置，包括氢气管线结构、燃气管线结构、混合气管线结构；

所述氢气管线结构包括氢气管路48，所述氢气管路48包括依次连接的氢气前端管路、氢气开备管路以及氢气后端管路，所述氢气前端管路上依次设置第一现场显示压力表47和第一入口压力变送器46，所述氢气开备管路包括结构一致的氢气开管路和氢气备管路，所述氢气开管路上依次设置有手动高压球阀43、高压过滤器42、高压气动紧急切断阀41、一级调压器40、第一手动排气阀39、一级调压后现场显示压力表38、二级调压器37、二级调压后现场显示压力表36、第一智能涡轮流量计35、防爆电动调节阀34、第一止回阀33、第一手动球阀 32、第一调压后压力变送器31，所述氢气后端管路与所述混合气管线结构连接；

所述燃气管线结构包括燃气管路1，所述燃气管路1包括依次连接的燃气前端管路、燃气开备管路以及燃气后端管路，所述燃气前端管路上依次设置第二现场显示压力表2、第二入口压力变送器3，所述燃气开备管路所述氢气开备管路包括结构一致的燃气开管路和燃气备管路，所述燃气开管路上依次设置有手动球阀4、Y型过滤器5、稳压调压器6、第二手动排气阀7、调压后现场显示压力表8、第二智能涡轮流量计9、第二止回阀10、第二手动球阀11，所述燃气后端管路与所述混合气管线结构连接且所述燃气后端管路上设置有第二调压后压力变送器12；

所述混合气管线结构包括与所述燃气后端管路、所述氢气后端管路连接的静态混合器16、与所述静态混合器16连接的混合气管路54、依次设置在混合气管路54上的双金属温度计19、出口温度变送器20、出口现场显示压力表21、出口压力变送器22、热值仪23、氢含量分析仪24、出口手动球阀25，所述静态混合器16连接有差压表17，所述静态混合器16设置有不锈钢孔板波纹填料 18。

在优选的实施例中，还包括氢气卸车结构，所述氢气管线结构通过氢气卸车结构与存放氢气的高压瓶组和/或高压槽车，所述氢气卸车结构包括卸车管路 49和卸车鹤臂50，所述卸车鹤臂50一端与所述高压瓶组和/或高压槽车连接，另一端通过所述卸车管路49和氢气管路48连接。

在优选的实施例中，所述混合气管路54连接有加臭装置26，所述加臭装置 26包括加臭泵组261、加臭罐262、加臭管路263，所述加臭泵组261与加臭罐 262、加臭管路263连接，所述加臭管路263与所述混合气管路54连接。

在优选的实施例中，还包括放散管线结构，所述放散管线结构包括燃气放散管路15和氢气放散管路57，所述燃气放散管路15一端为燃气放散口且靠近燃气放散口的管路上设置有燃气放散管线阻火器58，另一端分成两路且均与燃气后端管路连接，其中一路上设置有燃气管线手动球阀55和燃气管线安全阀13，另一路上设置有燃气管线手动放空阀14；所述氢气放散管路57一端为氢气放散口且靠近氢气放散口的管路上设置有氢气放散管线阻火器52，另一端分成两路且均与氢气后端管路连接，其中一路上设置有氢气管线安全阀29和氢气管线手动球阀56，另一路上设置有氢气管线手动放空阀30。

在优选的实施例中，还包括排污管线结构，所述排污管线结构包括静态混合器排污阀28、排污管路27，所述排污管路27一端为排污口，另一端与所述静态混合器16连接且靠近所述静态混合器16的管路上设置有静态混合器排污阀28。

在优选的实施例中，还包括仪表风管线结构，所述仪表风管线结构包括空气过滤调压杯44、仪表风管路45，所述仪表风管路45上设置有空气过滤调压杯44，其一端与所述高压气动紧急切断阀41连接，另一端与仪表风、氮气瓶或空压机连接。

在优选的实施例中，还包括控制结构，所述控制结构包括可燃气体泄漏探头、控制柜，所述可燃气体泄漏探头与控制柜连接，所述控制柜还与出口压力变送器22、静态混合器排污阀28、第二入口压力变送器3、第一入口压力变送器46、高压气动紧急切断阀41、第二智能涡轮流量计9、第一智能涡轮流量计 35、第一调压后压力变送器31、第二调压后压力变送器12连接。控制柜采用 PLC控制柜。

本申请的有益效果如下：

(1)氢气管线结构和燃气管线结构均采用一开一备的配置，提高设备运行的稳定性和安全性。而且在每一路上均设置了止回阀(第二止回阀10、第一止回阀33)，无需人工操作，能有效的阻止混合气的倒流。

(2)针对于氢气的安全性，氢气管线结构设置了三层的保护装置，第一层氢气管线安全阀29，压力超过设定值先进行放散泄压；如果第一层保护装置失效自动启动第二层保护装置，第二层高压气动紧急切断阀41，通过PLC控制结构与压力变送器(31第一调压后压力变送器31、出口压力变送器22)、热值仪 23、氢气含量分析仪24、可燃气体泄漏探头(图中未画出)连锁报警和切断，任一项超过设定值，控制柜上的声光报警器先进行报警，持续报警不解除，气动紧急切断阀会直接切断进气管线，多方面的连锁保护氢气管线正常运行的安全性。第二层保护装置起决定性作用，第三层保护装置主要起预防作用，第三层氢气放散管线阻火器52防止设备内部管道火焰向外蔓延或者防止外部的明火穿入到设备中。

(3)天然气和氢气的混合精度和混合均匀性是很重要的一项技术指标，为保证出口混合气的混合精度和混合均匀性，在静态混合器中安装了多组定制的不锈钢孔板波纹填料18，因其阻力小，通量大、气体分布均匀，经过填料后的两种气体混合均匀度能达到98％以上，而且在静态混合器上安装的差压表17也能直观的反映填料的流通堵塞情况，保证了混合气的混合稳定性。除此混合气管线上安装的热值仪23和氢含量分析仪24也均与PLC控制柜连锁，实时反馈两种气体的组分情况，保证了混合的精度。

(4)为进一步保证混合气用气的安全性，在混合气管路上安装了加臭装置 26，与PLC控制柜连锁，根据设定的加臭量自动往管路中滴入加臭剂，加臭剂选用无毒、无害具有特殊臭味，能适应天然气和氢气的原料。

(5)装置中氢气来源于高压瓶组和/或高压槽车，压力一般为20～35MPa，由于氢气比较高的压力等级，现装置摒弃了传统使用的高压卸车胶管，采用了更为安全，更为方便的卸车鹤臂50。

(6)氢气管线中，由于氢气的特性，参考GB50177-2005《氢气站设计规范》第12章，氢气管路材质选用不锈钢无缝钢管，阀门、过滤器等零部件选用全不锈钢材质，调压器、流量计、调节阀等其余零部件选用适用氢气的材质。其中调压前零部件与管道采用焊接连接，调压后的低压零部件与管道采用带颈对焊凹凸面法兰连接，法兰与法兰用高强度全螺纹螺柱和Ⅱ螺母进行固定，法兰之间用金属缠绕垫片进行密封，法兰与螺母之间增加了平垫和弹垫，一方面增大了螺柱的受力面，一方面防止螺柱松动，起到很好的缓冲保护作用，且拆卸及更换很方便。

(7)燃气管线中，天然气来源中压管道气，压力为0.2-0.4MPa，燃气管路材质选用碳钢无缝钢管，管线中的零部件均采用铸钢材质。零部件与管道之间采用带颈对焊突面法兰连接，法兰与法兰用高强度全螺纹螺柱和Ⅱ螺母进行固定，法兰之间用聚四氟乙烯垫片进行密封，法兰与螺母之间增加了平垫和弹垫。

(8)本申请装置智能自动化控制程度高，采用流量随动，连续修正调节的方式，可实时监控，反馈数据，混气精度高，运行稳定。

(9)装置成撬安装，结构紧凑，机动性高，便于流动。

具体使用时，上游天然气经调压后以压力P1进入流量计，流量计将经过温压补偿后的标准流量信号远传至控制系统，控制系统根据预先设定的流量比例 (例如燃气：氢气＝9:1)及氢气的瞬时流量，控制防爆电动调节阀的开度，使氢气以设定的混气比例计算出的流量，以高于P1的压力P2进入静态混合器中，与天然气混合，混合气经过静态混合器中内置的不锈钢孔板波纹填料进一步的充分混合。热值分析仪和氢气分析仪对混合后的气体进行连续检测，并将信号反馈至控制系统，控制系统依据热值偏差随时微调电动调节阀的开度，最终将热值稳定在设定点上，热值分析仪和氢气分析仪同时对混合气的安全范围进行监控，当参数超标时，控制系统会自动报警、关闭连锁阀门，以确保装置运行的安全。控制系统中的工业计算机可对站内所有参数进行采集监控、记录、存储及打印，并可用有线及无线方式远传至上位计算机。

在某一具体实施例中，采用如下技术参数使用：

混气方式：双气或多气随动流量体积混合

公称直径：DN25～DN500mm

额定流量：≥500M3/h

掺氢比例：2-20％

天然气入口压力：0.2-0.4MPa

氢气入口压力：20-35MPa

混合气出口压力：0.2-0.4MPa

工作温度：＜95℃

混合精度：＞98。

需要说明的是，本申请中未详述的技术方案，采用公知技术。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃气混氢装置，其特征在于，包括氢气管线结构、燃气管线结构、混合气管线结构；

所述氢气管线结构包括氢气管路(48)，所述氢气管路(48)包括依次连接的氢气前端管路、氢气开备管路以及氢气后端管路，所述氢气前端管路上依次设置第一现场显示压力表(47)和第一入口压力变送器(46)，所述氢气开备管路包括结构一致的氢气开管路和氢气备管路，所述氢气开管路上依次设置有手动高压球阀(43)、高压过滤器(42)、高压气动紧急切断阀(41)、一级调压器(40)、第一手动排气阀(39)、一级调压后现场显示压力表(38)、二级调压器(37)、二级调压后现场显示压力表(36)、第一智能涡轮流量计(35)、防爆电动调节阀(34)、第一止回阀(33)、第一手动球阀(32)、第一调压后压力变送器(31)，所述氢气后端管路与所述混合气管线结构连接；

所述燃气管线结构包括燃气管路(1)，所述燃气管路(1)包括依次连接的燃气前端管路、燃气开备管路以及燃气后端管路，所述燃气前端管路上依次设置第二现场显示压力表(2)、第二入口压力变送器(3)，所述燃气开备管路所述氢气开备管路包括结构一致的燃气开管路和燃气备管路，所述燃气开管路上依次设置有手动球阀(4)、Y型过滤器(5)、稳压调压器(6)、第二手动排气阀(7)、调压后现场显示压力表(8)、第二智能涡轮流量计(9)、第二止回阀(10)、第二手动球阀(11)，所述燃气后端管路与所述混合气管线结构连接且所述燃气后端管路上设置有第二调压后压力变送器(12)；

所述混合气管线结构包括与所述燃气后端管路、所述氢气后端管路连接的静态混合器(16)、与所述静态混合器(16)连接的混合气管路(54)、依次设置在混合气管路(54)上的双金属温度计(19)、出口温度变送器(20)、出口现场显示压力表(21)、出口压力变送器(22)、热值仪(23)、氢含量分析仪(24)、出口手动球阀(25)，所述静态混合器(16)连接有差压表(17)，所述静态混合器(16)设置有不锈钢孔板波纹填料(18)。

2.根据权利要求1所述的燃气混氢装置，其特征在于，还包括氢气卸车结构，所述氢气管线结构通过氢气卸车结构与存放氢气的高压瓶组和/或高压槽车，所述氢气卸车结构包括卸车管路(49)和卸车鹤臂(50)，所述卸车鹤臂(50)一端与所述高压瓶组和/或高压槽车连接，另一端通过所述卸车管路(49)和氢气管路(48)连接。

3.根据权利要求1所述的燃气混氢装置，其特征在于，所述混合气管路(54)连接有加臭装置(26)，所述加臭装置(26)包括加臭泵组(261)、加臭罐(262)、加臭管路(263)，所述加臭泵组(261)与加臭罐(262)、加臭管路(263)连接，所述加臭管路(263)与所述混合气管路(54)连接。

4.根据权利要求1所述的燃气混氢装置，其特征在于，还包括放散管线结构，所述放散管线结构包括燃气放散管路(15)和氢气放散管路(57)，所述燃气放散管路(15)一端为燃气放散口且靠近燃气放散口的管路上设置有燃气放散管线阻火器(58)，另一端分成两路且均与燃气后端管路连接，其中一路上设置有燃气管线手动球阀(55)和燃气管线安全阀(13)，另一路上设置有燃气管线手动放空阀(14)；所述氢气放散管路(57)一端为氢气放散口且靠近氢气放散口的管路上设置有氢气放散管线阻火器(52)，另一端分成两路且均与氢气后端管路连接，其中一路上设置有氢气管线安全阀(29)和氢气管线手动球阀(56)，另一路上设置有氢气管线手动放空阀(30)。

5.根据权利要求1所述的燃气混氢装置，其特征在于，还包括排污管线结构，所述排污管线结构包括静态混合器排污阀(28)、排污管路(27)，所述排污管路(27)一端为排污口，另一端与所述静态混合器(16)连接且靠近所述静态混合器(16)的管路上设置有静态混合器排污阀(28)。

6.根据权利要求1所述的燃气混氢装置，其特征在于，还包括仪表风管线结构，所述仪表风管线结构包括空气过滤调压杯(44)、仪表风管路(45)，所述仪表风管路(45)上设置有空气过滤调压杯(44)，其一端与所述高压气动紧急切断阀(41)连接，另一端与仪表风、氮气瓶或空压机连接。

7.根据权利要求1所述的燃气混氢装置，其特征在于，还包括控制结构，所述控制结构包括可燃气体泄漏探头、控制柜，所述可燃气体泄漏探头与控制柜连接，所述控制柜还与出口压力变送器(22)、静态混合器排污阀(28)、第二入口压力变送器(3)、第一入口压力变送器(46)、高压气动紧急切断阀(41)、第二智能涡轮流量计(9)、第一智能涡轮流量计(35)、第一调压后压力变送器(31)、第二调压后压力变送器(12)连接。

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