CN220039952U - 一种在线式燃料氢的取样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在线式燃料氢的取样系统，所述取样系统包括进样区间、减压区间、取样区间、排气区间；所述取样系统在氢气途径上依次串联进样区间、减压区间、取样区间；所述排气区间与串联的进样区间、减压区间、取样区间并联；所述减压区间包括一级高压减压阀、二级高压减压阀和循环降温装置；所述一级高压减压阀串联二级高压减压阀后与循环降温装置连接。本实用新型可使用在高压(35Mpa‑70Mpa)的加氢站的环境下，并且可以取样过程的安全性和稳定性。本实用新型可以平衡压降和因为压降所带来的氢气温度升高的问题，可通过串联二级高压减压阀和连接循环降温装置之间的配合，从而提高了取样系统的安全性和稳定。

Description

一种在线式燃料氢的取样系统

技术领域

本实用新型涉及气体取样技术领域，具体涉及一种在线式燃料氢的取样系统。

背景技术

目前，国内外氢能产业发展迅猛，加氢站作为产业链的重要一环，氢气的气质对氢气压缩机和氢燃料电池的运行效率及使用寿命长短有着密切的关系，在氢气的生产、提纯、加氢站压缩及加氢机加注等过程中都需要对纯度严格控制。在加氢站，需定期对燃料氢进行取样检测，因此对设备的性能要求极高，燃料氢取样检测技术多采用进口设备，进口设备成本昂贵，技术核心难以把握，因此，开发一套属于国产燃料氢在线取样系统极为重要。

现有加氢站的压力高达70Mpa，燃料氢取样过程中，设备应具有耐高压和安全性能，在取样过程中，燃料氢因为减压过程，导致管道内氢气的温度升高，导致取样系统的安全性下降，尤其是在线式的燃料氢的取样系统中，由于取样系统是连续取样，会导致管道内的氢气的温度较单次取样过程中氢气的温度更高；并且取样系统的所处环境也会进一步影响管道内氢气的温度，尤其是在炎热的夏季，会导致管道内氢气温度的升高。燃料氢的温度超过国际标准也会导致对燃料氢的分析产生误差。因此为了满足燃料氢取样系统使用的安全性、取样样品的真实性、系统的实用性等方面设计一种高压燃料氢在线取样系统是目前需要解决的问题。

发明内容

本实用新型针对现有技术中的问题，公开了一种在线式燃料氢的取样系统，本系统在高压燃料氢(35Mpa-70Mpa)环境中均可适用，由于燃料氢的压降过程肯定会伴随管道内氢气温度的升高，如何平衡燃料氢的压降和因为压降过程所致的温度升高问题，是燃料氢在线式取样系统需要解决的问题，本实用新型取样系统满足安全的前提下并且能控制燃料氢的取样温度在标准范围之内，从而不仅有利于燃料氢分析的真实性，也可以保证燃料氢取样过程的稳定性和安全性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供的一种在线式燃料氢的取样系统，所述取样系统包括进样区间、减压区间、取样区间、排气区间；

所述取样系统在氢气途径上依次串联进样区间、减压区间、取样区间；所述排气区间与串联的进样区间、减压区间、取样区间并联；

所述减压区间包括一级高压减压阀、二级高压减压阀和循环降温装置；

所述一级高压减压阀串联二级高压减压阀后与循环降温装置连接。

本实用新型的上述设计，在线式取样系统可适用于高压环境(35Mpa-70Mpa)的加氢站，在取样系统中设置有二级高压减压阀(一级高压减压阀串联二级高压减压阀)可通过阶梯性减小取样器中的压降，有利于缓解因为压降过大而导致的减压阀的快速升温；在串联的二级高压减压阀后设置有循环降温装置，可以降低取样系统中因为压降而导致的氢气温度升高，使的燃料氢的取样温度复合国际标准(0℃-55℃)；取样系统的中二级高压减压阀和循环降温装置之间的相互配合，可平衡取样系统的压降和由于压降而导致管道内氢气温度升高，从而提高了取样系统的安全性，并且使的取样系统不仅可以稳定的连续取样，也可以不受限于取样系统的所处环境，使的取样系统满足安全性的基础上，提升了的氢气的分析结果的真实性。

作为进一步方案，所述循环降温装置包括进水口和出水口；所述循环降温装置的进水口进冷却水，冷却水经循环降温装置从出水口流出，冷却水的流动方向与氢气在循环降温装置中的流动方向相反。在循环降温装置中设置有用于冷却水流入的进水口和流出的出水口，冷却水的流动方向与取样系统中氢气的流经方向相反，并且可以通过调节冷却水的流速，使的取样系统中的氢气与冷却水进行热交换。

作为进一步方案，所述循环降温装置还包括氢气流经管路和冷却水流通道路；所述氢气流经管路为盘绕的螺旋管路；所述冷却水流通道路包覆氢气流经管路形成密闭的腔体。可实现氢气和冷却水之间的热交换的面积增加，从而更有利于降低管路内氢气的温度。

作为进一步方案，所述氢气流经管路为3/8英制无缝管道；

所述氢气流经管路为盘绕的螺旋管路的弧度为不小于最小弯曲半径；

所述氢气流经管路的壁厚不小于2.2mm；

所述氢气流经管路的长度h为：

其中：

A为传热面积(m²)；d为氢气流经管路的直径(mm)；

所述氢气流经管路的直径不小于9.5mm；

所述螺旋管路的直径不小于100mm；

所述腔体的长为不小于螺旋管路的直径的1.5倍；所述腔体的高为不小于螺旋管路的直径的1.5倍；所述腔体的体积满足冷却水循环的压力要求。氢气流经管路的长度、壁厚和管路的直径与热交换的传热面积相关，通过控制管路可以进一步控制氢气流经循环降温装置时的热交换的面积；而螺旋管路的直径、循环降温装置的腔体的大小与冷却水的流经体积相关，能通过控制冷却水的流经体积进而控制降温速度和降温的温度变化，在满足以上条件下，可降低的氢气管路的温度的范围为≥5℃。

作为更进一步方案，所述A为：

其中：

Q为传热量(J/s)；U为传热系数(J/m²·s·℃)；△T为平均温度差(℃)；

其中：

T_h1为热流体降温前温度(℃)；T_h2为热流体降温后温度(℃)；T_c1为冷流体升温前温度(℃)；T_c2为冷流体升温后温度(℃)；Th₁-Th₂不小于5℃；

其中：

h_i为螺旋换热器内表面传热系数(J/m²·s·℃)；h_o为螺旋换热器外表面传热系数(J/m²·s·℃)；δ为螺旋换热器管壁厚(m)；λ为管材的导热系数(J/m·s·℃)；ki，ko分别为管内外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时k_i，k_o均为1)(J/m²·s·℃)；为肋面总效率(如果外表面为肋化，则/>)；/>为换热管的外表面积与内表面积之比。可通过需要进行降温的范围和氢气管路的传热系数等进一步推算需要的氢气管路的长度。

作为进一步的方案，所述进样区间包括进样口、进样针阀、入口压力表；在氢气流经的途径上，依次设置进样口、进样针阀和入口压力表；所述入口压力表还与一级高压减压阀连接。进样针阀可进一步配合串联的二级高压减压阀，可控制进入取样系统的氢气的流速，从而提高取样系统的安全性和稳定性；入口压力表用于观察入口处的氢气的压力变化，当入口压力表显示异常时，进样针阀会关闭，从而切断进样口的氢气进入取样系统中，从而有利于提高系统的安全性。

作为进一步方案，所述减压区间还包括一号温度表、二号温度表；所述一号温度表和二号温度表在氢气流经的方向上，分别设置在循环降温装置的前端和后端。一号温度表和二号温度表用于观察流经循环降温装置的氢气的温度的下降情况。

作为进一步方案，所述取样区间包括取样压力表、一号取样针阀、二号取样针阀、三号取样针阀、一号金属软管、二号金属软管、三号金属软管、一号钢瓶组、二号钢瓶组、三号钢瓶组；在氢气流经的途径上，所述取样压力表设置于二号温度表后；所述一号取样针阀通过一号金属软管与一号钢瓶组连接；所述二号取样针阀通过二号金属软管与二号钢瓶组连接；所述三号取样针阀通过三号金属软管与三号钢瓶组连接；在氢气流经的途径上，依次设置为取样压力表、一号取样针阀、二号取样针阀、三号取样针阀。可用于不同规格的取样钢瓶的取样，可同时或单独取样，从而提高了系统取样的灵活性和实用性。

作为进一步方案，所述排气区间包括入口安全阀、一号快速泄放针阀、二号快速泄放针阀、卸荷阀、回收口、回收控制针阀、阻火器；所述回收口通过入口安全阀与进样区间连接；所述回收口通过一号快速泄放针阀、二号快速泄放针阀和卸荷阀与减压区间连接；所述回收口通过回收控制针阀与取样区间连接；所述入口安全阀设置于进样针阀和入口压力表之间；所述一号快速泄放针阀设置于入口压力表和一级高压减压阀之间；所述二号快速泄放针阀设置于一级高压减压阀和二级高压减压阀之间；所述卸荷阀设置于一号温度表和循环降温装置之间；所述回收控制针阀设置于三号取样针阀和阻火器之间；所述入口安全阀、一号快速泄放针阀、二号快速泄放针阀、卸荷阀、回收控制针阀并联经阻火器与回收口连接。入口安全阀、一号快速泄放针阀、卸荷阀相互配合，有利于排除取样系统中压力，从而提高取样系统的安全性；而一号快速泄放针阀、二号快速泄放针阀、卸荷阀和回收控制针阀可以相互配合，从而排除进样区间、减压区间和取样区间多余的氢气，从而与二级高压减压阀和循环降温装置相互配合，有利于提高在线取样系统的安全稳定的取样。其中，当观察到入口压力表显示异常时，在关闭进样针阀的同时，打开了安全阀将进样口的压力快速排除，在入口处接入入口安全阀和一号快速泄放针阀，入口安全阀的目的是为了快速泄放入口处压力，从而提高取样系统的安全性，而一号快速泄放针阀起辅助作用；在一号高压减压阀和二号高压减压阀之间设置二号快速泄放针阀，其目的不仅泄放二级高压减压阀之间的氢气，还可以在二级高压减压阀出现问题时，将气体从二号快速泄放针阀排除，由于氢气已经经过了一级高压减压阀，所以在此处的压力并没有入口处的压力大，所以此处考虑的设置二号快速泄放针阀；在一号温度表和循环降温装置之间设置卸荷阀的目的是为了促使经过二级降压后的氢气的安全性，由于压降后氢气的温度会升高，此处虽然管路中的氢气压强不大，但是氢气的温度会升高，当出现故障时，需将管路中的气体快速泄放出去，所以进一步设置有卸荷阀；在三号快取样针阀后设置有回收控制针阀，在系统取样处，由于氢气的压力和温度均得到了控制，此处的回收控制针阀主要用于将管路中的剩余的气体排出。此外，在回收口设置的阻火器用来阻止易燃气体和易燃液体蒸汽的火焰蔓延至安全装置，可进一步提高取样系统的安全性。阀门之间相互配合，还可以作用于取样系统取样前和取样后对取样系统的排空，从而提高取样系统的安全性，也可以进一步维护取样系统，延长取样系统的使用寿命。

作为进一步方案，所述一级高压减压阀包括一级高压减压阀进口压力表、一级高压减压阀出口压力表；二级高压减压阀包括二级高压减压阀进口压力表、二级高压减压阀出口压力表。用于观察在线取样系统中氢气压力的变化，当压力变化异常时，及时处理。

作为进一步方案，所述一级高压减压阀的进口压力表的范围为30Mpa-75Mpa；所述一级高压减压阀出口压力表的范围为10Mpa-20Mpa；所述二级高压减压阀进口压力表的压力值与一级高压减压阀出口压力表的压力值相等；所述二级高压减压阀出口压力表的范围为0Mpa-10Mpa。

作为进一步方案，所述取样系统中阀件满足15000psi g压力要求；所述取样系统中的阀门接头采用中压接头；所述接头的耐压性能满足15000psi g压力要求。提高系统在线取样的安全性。

作为进一步方案，所述取样系统的管路采用惰性钝化层处理。提高装置的使用寿命和安全性。

作为进一步方案，所述循环降温装置的氢气流经管路为惰性钝化层管线。

本实用新型的特点和有益效果为：

(1)本实用新型可使用在高压(35Mpa-70Mpa)的加氢站的环境下，并且可以取样过程的安全性和稳定性。

(2)本实用新型可以平衡压降和因为压降所带来的氢气温度升高的问题，可通过串联二级高压减压阀和连接循环降温装置之间的配合，从而提高了取样系统的安全性和稳定。

(3)本实用新型的取样器的取样的氢气的温度可控制在标准范围内，使的取样样品氢气数据的更具有真实性和稳定性。

(4)本实用新型可多个取样，也可以单个取样，从而提高了取样系统的灵活性和实用性。

(5)本实用新型的在线取样系统可有效的降低气路中氢气的温度至少5℃。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的在线式燃料氢的取样系统的示意图。

图2为本实用新型实施例提供的在线式燃料氢的取样系统取样过程中压力和温度的变化。其中，T-70Mpa代表的是70Mpa取样环境下的取样系统的温度变化；P-70Mpa代表的是70Mpa取样环境下的取样系统的压力变化；T-35Mpa代表的是35Mpa取样环境下的取样系统的温度变化；P-35Mpa代表的是35Mpa取样环境下的取样系统的压力变化。

图3为本实用新型实施例提供的在线式燃料氢的取样系统冷却水的温度变化。其中，T1表示的是70Mpa取样状态下循环降温装置冷却水平衡温度(出水口温度)；T2表示的是35Mpa取样状态下循环降温装置冷却水平衡温度(出水口温度)；ΔT1表示的是70Mpa取样状态下循环降温装置温度变化；ΔT2表示的是35Mpa取样状态下循环降温装置温度变化。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-进样口；2-进样针阀；3-入口压力表；4-一级高压减压阀；5-二级高压减压阀；6-一号温度表；7-循环降温装置；8-二号温度表；9-取样压力表；10-进水口；11-出水口；12-入口安全阀；13-一号快速泄压阀；14-二号快速泄压阀；15-卸荷阀；16-回收控制针阀；17-阻火器；18-回收口；19-一号取样针阀；20-二号取样针阀；21-三号取样针阀；22-一号金属软管；23-二号金属软管；24-一号钢瓶组；25-二号钢瓶组；26-三号钢瓶组；27-三号金属软管；28-一级高压减压阀进口压力表；29-一级高压减压阀出口压力表；30-二级高压减压阀进口压力表；31-二级高压减压阀出口压力表；32-进样区间；33-减压区间；34-取样区间；35-排气区间。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述，给出了本实用新型的较佳实施例。但应当理解为这些实施例仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本实用新型，即并不意于限制本实用新型的保护范围；诸如“一号”和“二号”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本实用新型的在线式燃料氢取样系统，如图1所示，在线式燃料氢取样系统包括进样区间32，减压区间33、取样区间34、排气区间35。其中在氢气流经的途径上，依次串联进样区间32、减压区间33和取样区间34，排气区间35与串联后的样区间32、减压区间33和取样区间34并联。减压区间33在氢气的流经路径上依次设置一级高压减压阀4、二级高压减压阀5、一号温度表6、循环降温装置7、二号温度表8；一级高压减压阀4和二级高压减压阀5串联有利于对取样系统中的氢气的压力阶梯式进行压降，从而使的取样系统中的氢气的压降过程更加稳定和安全，但是压降过程必定会伴随管道内的氢气的温度升高，为此，进一步在串联的一级高压减压阀4和二级高压减压阀5后连接循环降温装置7，循环降温装置7包括氢气流经管路、冷却水流通道路、进水口10、出水口11，冷却水从进水口10进入，从出水口11流出，氢气在循环降温装置7中的流经方向与冷却水的流通方向相反，氢气流经管路设置为盘绕的螺旋管路，可增大氢气的热交换面积，从而更有利于降低管路内氢气的温度，氢气流经管路为惰性钝化层管线；冷却水流通道路包覆氢气流经管路，能更好的进行热交换。一号温度表6和二号温度表8可用于观察流经循环降温装置7前后的氢气的温度变化，当需要进一步降温时，可通过调节冷却水的流速，从而控制氢气降温过程，在取样系统中的一级高压减压阀4、二级高压减压阀5和循环降温装置7之间的相互配合，可平衡取样系统的压降和由于压降而导致管道内氢气温度升高，从而提高取样系统的安全性，并且使的取样系统在稳定取样的同时，是取样的氢气的分析结果更具有真实性。其中，氢气流经管路为3/8英制无缝管道；氢气流经管路为盘绕的螺旋管路的弧度为不小于最小弯曲半径；氢气流经管路的壁厚不小于2.2mm；氢气流经管路的长度h为：(A为传热面积(m²)；d为氢气流经管路的直径(mm))；氢气流经管路的直径不小于9.5mm；螺旋管路的直径不小于100mm；腔体的长为不小于螺旋管路的直径的1.5倍；腔体的高为不小于螺旋管路的直径的1.5倍；腔体的体积满足冷却水循环的压力要求。氢气流经管路的长度、壁厚和管路的直径与热交换的传热面积相关，通过控制管路可以进一步控制氢气流经循环降温装置7时的热交换的面积；而螺旋管路的直径、循环降温装置7的腔体的大小与冷却水的流经体积相关，能通过控制冷却水的流经体积进而控制降温速度和降温的温度变化，在满足以上条件下，可降低氢气管路的温度的范围为≥5℃，其中，/>Q为传热量(J/s)；U为传热系数(J/m²·s·℃)；△T为平均温度差(℃)；/>T_h1为热流体降温前温度(℃)；T_h2为热流体降温后温度(℃)；T_c1为冷流体升温前温度(℃)；T_c2为冷流体升温后温度(℃)；Th₁-Th₂不小于5℃；h_i为螺旋换热器内表面传热系数(J/m²·s·℃)；h_o为螺旋换热器外表面传热系数(J/m²·s·℃)；δ为螺旋换热器管壁厚(m)；λ为管材的导热系数(J/m·s·℃)；k_i，k_o分别为管内外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时k_i，k_o均为1)(J/m²·s·℃)；/>为肋面总效率(如果外表面为肋化，则/>)；/>为换热管的外表面积与内表面积之比。可通过需要进行降温的范围和氢气管路的传热系数等进一步推算需要的氢气管路的长度。一级高压减压阀4包括一级高压减压阀进口压力表28、一级高压减压阀出口压力表29；二级高压减压阀5包括二级高压减压阀进口压力表30、二级高压减压阀出口压力表31，用于观察在线取样系统中压降过程中氢气压力的变化，当压力变化异常时，及时处理。所述一级高压减压阀的进口压力表29的范围为30Mpa-75Mpa；一级高压减压阀出口压力表29的范围为10Mpa-20Mpa；所述二级高压减压阀进口压力表30的压力值与一级高压减压阀出口压力表29的压力值相等，二级高压减压阀出口压力表31的范围为0Mpa-10Mpa。取样区间34包括取样压力表9、一号取样针阀19、二号取样针阀20、三号取样针阀21、一号金属软管22、二号金属软管23、三号金属软管27、一号钢瓶组24、二号钢瓶组25、三号钢瓶组26，在氢气流经的途径上，所述取样压力表9设置于二号温度表8后；所述一号取样针阀19通过一号金属软管22与一号钢瓶组24连接；所述二号取样针阀20通过二号金属软管23与二号钢瓶组25连接；所述三号取样针阀21通过三号金属软管27与三号钢瓶组26连接；在氢气流经的途径上，依次设置为取样压力表9、一号取样针阀19、二号取样针阀20、三号取样针阀21，可用于不同规格的取样钢瓶的取样，可同时或单独取样，从而提高了系统取样的灵活性和实用性。进样区间32依次设置有进样口1、进样针阀2、入口压力表3，进样口1对35Mpa-70Mpa的氢气进行取样，入口压力表3还与一级高压减压阀4连接，进样针阀2可控制进样口氢气的流速，从而配合二级高压减压阀，提高取样系统的安全性和稳定性；当入口压力表3显示数据出现异常，可立即关闭进样针阀2，通过排气区间35将取样系统中的氢气排出，有利于提高取样系统的安全性。排气区间35包括入口安全阀12、一号快速泄放针阀13、二号快速泄放针阀14、卸荷阀15、回收控制针阀16、阻火器17、回收口18，回收口18通过入口安全阀12与进样区间32连接，回收口18通过一号快速泄放针阀13、二号快速泄放针阀14、卸荷阀15与减压区间33连接，回收口18通过回收控制针阀16与取样区间34连接，入口安全阀12设置于进样针阀2和入口压力表3之间；一号快速泄放针阀13设置于入口压力表3和一级高压减压阀4之间；二号快速泄放针阀14设置于一级高压减压阀4和二级高压减压阀5之间；卸荷阀15设置于一号温度表6和循环降温装置7之间；回收控制针阀16设置于三号取样针阀21和阻火器17之间；安全阀12、一号快速泄放针阀13、二号快速泄放针阀14、卸荷阀15、回收控制针阀16并联经阻火器17与回收口18连接。当观察到入口压力表2、取样压力表9、一级高压减压阀4的压力表、二级高压减压阀5的压力表异常时，均通过关闭进样针阀2，然后打开入口安全阀12、一号快速泄放针阀13、二号快速泄放针阀14、卸荷阀15、回收控制针阀16将取样系统中气体排除，从而提高了取样系统的安全性，阀门之间的相互配合还可以用于取样系统取样前后取样后对取样系统管路中的气体进行排空，从而提高取样系统安全性的前提下，还可以有利于延长取样系统的使用寿命，回收口18直接连接阻火器17，可以阻止易燃气体和易燃液体蒸汽的火焰蔓延至安全装置，进一步提高取样系统的安全性；卸荷阀15还可以进一步稳定通过二级高压减压阀5的氢气的稳定性，从而使的氢气在循环降温装置7中更加稳定的降温。为了进一步提高取样系统的安全性和取样系统的使用寿命，我们进一步设计了取样系统中阀件满足15000psi g压力要求，阀门接头采用中压接头，接头的耐压性能满足15000psi g压力要求，管路采用惰性钝化层处理。

为了更清楚本实用新型的具体操作，提供了以下的操作方法：采样参考标准T/CECA-G 0186-2022《质子交换膜燃料电池用氢气采样规范》，具体操作如下，

在线取样系统的取样前检查，确认在线取样系统与现场主管线连接状态以及回收口和现场回收管线连接状态，并确认在线取样系统所有阀门处于关闭状态；确认安全接地钳连接至静电桩，并通过一号钢瓶组24和/或二号钢瓶组25和/或三号钢瓶组26的快速连接器通过与相应的一号金属软管22、二号金属软管23和三号金属软管27连接至在线取样系统。确认在线取样系统所有压力表是否为归零状态，确定温度表是否处于正常状态，并确定循环降温装置7的冷却水的外接入口控制阀门是否处于关闭状态；入口压力表3如果是非零显示，通过打开一号快速泄放针阀13进行排放，直至入口压力表3归零为止，若入口压力3表无法归零，请依次检查入口压力表3、一号快速泄放针阀13以及回收管道是否发生堵塞。一级高压减压阀出口压力表29与二级高压减压阀进口压力表30示数非零时，通过打开二号快速泄放针阀14进行泄压，直至归零为止关闭，若压力表示数无动态，则对一级高压减压阀4、二级高压减压阀5、二号快速泄放针阀14进行依次排查。取样压力表9示数非零时，通过打开回收控制针阀16进行排气泄压，直至取样压力表9归零为止，若此操作取样压力表9无动态，则需检查取样压力表9及回收控制针阀16。温度表温度示数取样前对循环降温装置7进行冷水循环，则一号温度表6、二号温度表8都应对应取样环境温度。检查入口安全阀12与一级高压减压阀4设定压力是否符合取样入口压力设置；具体调节通过阀体标识或者系统气体进行置换时根据压力调制入口安全阀12与一级高压减压阀4压力设定，一般分别用于35Mpa或70Mpa取样入口压力，设备出厂前已完成校准，后期无其他情况发生，则无需进行调节。上述系统配件状态检查完毕后，提前开启循环降温装置7的进水口10和出水口11，提前进行冷水循环。

取样过程：打开取样系统入口阀门，主要包括打开现场管线控制阀门以及取样系统进样针阀2，并采用手持式氢气检漏仪对系统进行露点检测，提高操作安全性，如发生报警，则需立即关闭入口进样针阀2及现场主管控制阀门。一级高压减压阀4、二级高压减压阀5进行调节，根据取样要求对一级高压减压阀4可进行微调，若出厂时已校准，则无需多次调节，二级高压减压阀5应按照取样要求，调节出口压力，调节完毕后，进行系统置换、取样。系统样品置换：待取样压力表9有示数显示后，开启回收控制针阀16，将样气通过阻火器17排至回收口18，持续时间3-5min。系统置换完毕后，关闭回收控制针阀16，开启取样钢瓶针阀及相应取样口取样针阀，并通过钢瓶组压力表确定取样是否完成。取样完成后，关闭取样口取样钢瓶组针阀，并关闭现场供样阀门及系统进样针阀，待取样压力表9示数为零时，关闭相应取样针阀及回收控制针阀16。排空：取样完毕后，分别开启一号快速泄压针阀13、二号快速泄压针阀14，将系统高压残余气回收，具体参考指标为入口压力表及一级高压减压阀4、二级高压减压阀5的压力表示数为准，压力表示数为零时，则代表压力泄放完毕，关闭一号快速泄放针阀13、二号快速泄放针阀14；关闭循环降温装置7的出水口11和进水口10，并取走取样钢瓶组，拔离安全接地钳并将系统还原。

我们为了阐明本实用新型实施例的具体技术点，我们对实施例在线式燃料氢取样系统的主要配件技术规格参数如下表1所示：

一种在线式燃料氢取样系统的适用范围：

(1)可适于高压气体，例如制氢站、储氢站、燃料氢接收站等场所进行在线取样。

(2)设计温度-4～55℃，面板高压配件管线设计压力满足15000psi g

(3)系统可适用于70Mpa、35Mpa两种压力条件下的燃料氢取样。

表1在线式燃料氢取样系统的主要配件技术规格参数

验证结果分析

我们通过设定系统的模拟参数，包括温度25℃、压力为700bar、质量流率为86kg/hr、体积流率为35l/min、摩尔流率为43kmol/hr、汽相分率为1，通过软件AspenPlus V11.进行模拟得出数据一级高压减压阀和二级高压减压阀之间的温度点，我们还测定了在线取样系统入口处、二级高压减压阀之后(即一号温度表)、经过循环降温装置后(即二号温度表)的四个位点的温度，以及系统中压力的变化，通过监测入口压力表、一级高压减压阀出口压力表、二级高压减压阀出口压力表和取样压力表。从而获得了在线式燃料氢取样系统过程中取样系统中压力变化和温度的变化，如图2所示。可以看出，当串联一级高压减压阀和二级高压减压阀时，在取样15s-30s过程中，取样系统压降过程成阶梯式下降，我们还进一步发现，在压降过程中，系统的温度在升高，但是设置的循环降温装置可进一步将压降的升高的温度降低，从而促使在45s后，系统中氢气的压力和温度在稳定状态。可见串联一级高压减压阀和二级高压降压可以缓解压降过程中压降的变化，从而使的整个压降过程呈阶梯式的稳定下降，虽然压降过程会伴随温度的升高，为此搭配的循环降温装置可进一步降低氢气的温度，可见，串联的二级高压减压阀和村换降温装置之间的相互配合，可平衡压降和压降过程中温度上升的困难，从而使的取样系统能稳定的取样基础上，还可以进一步保证取样分析的真实性。

我们进一步研究了循环降温装置通过调节冷却水可达到的最大降温温度，如图3所示，图3中可以发现，使用循环降温装置在70Mpa和35Mpa环境下，能使管道内氢气的温度下降大约10℃。

综上，本实用新型的在线式燃料氢取样系统可平衡压降和压降所导致的管道内氢气温度上升的问题，并且本实用新型可用于高压环境下，在取样过程中更安全稳定。

需注意，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述取样系统包括进样区间(32)、减压区间(33)、取样区间(34)、排气区间(35)；

所述取样系统在氢气途径上依次串联进样区间(32)、减压区间(33)、取样区间(34)；所述排气区间(35)与串联的进样区间(32)、减压区间(33)、取样区间(34)并联；

所述减压区间包括一级高压减压阀(4)、二级高压减压阀(5)和循环降温装置(7)；

所述一级高压减压阀(4)串联二级高压减压阀(5)后与循环降温装置(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述循环降温装置(7)包括进水口(10)和出水口(11)；所述循环降温装置(7)的进水口(10)进冷却水，冷却水经循环降温装置(7)从出水口(11)流出，冷却水的流动方向与氢气在循环降温装置(7)中的流动方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述循环降温装置(7)还包括氢气流经管路和冷却水流通道路；所述氢气流经管路为盘绕的螺旋管路；所述冷却水流通道路包覆氢气流经管路形成密闭的腔体。

4.根据权利要求3所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述氢气流经管路为3/8英制无缝管道；

所述氢气流经管路为盘绕的螺旋管路的弧度为不小于最小弯曲半径；

所述氢气流经管路的壁厚不小于2.2mm；

所述氢气流经管路的直径不小于9.5mm；

所述螺旋管路的直径不小于100mm；

所述腔体的长为不小于螺旋管路的直径的1.5倍；所述腔体的高为不小于螺旋管路的直径的1.5倍；所述腔体的体积满足冷却水循环的压力要求。

5.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述进样区间(32)包括进样口(1)、进样针阀(2)、入口压力表(3)；在氢气流经的途径上，依次设置进样口(1)、进样针阀(2)和入口压力表(3)；所述入口压力表(3)还与一级高压减压阀(4)连接。

6.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述减压区间(33)还包括一号温度表(6)、二号温度表(8)；所述一号温度表(6)和二号温度表(8)在氢气流经的方向上，分别设置在循环降温装置(7)的前端和后端。

7.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述取样区间(34)包括取样压力表(9)、一号取样针阀(19)、二号取样针阀(20)、三号取样针阀(21)、一号金属软管(22)、二号金属软管(23)、三号金属软管(27)、一号钢瓶组(24)、二号钢瓶组(25)、三号钢瓶组(26)；在氢气流经的途径上，所述取样压力表(9)设置于二号温度表(8)后；所述一号取样针阀(19)通过一号金属软管(22)与一号钢瓶组(24)连接；所述二号取样针阀(20)通过二号金属软管(23)与二号钢瓶组(25)连接；所述三号取样针阀(21)通过三号金属软管(27)与三号钢瓶组(26)连接；在氢气流经的途径上，依次设置为取样压力表(9)、一号取样针阀(19)、二号取样针阀(20)、三号取样针阀(21)。

8.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述排气区间(35)包括入口安全阀(12)、一号快速泄放针阀(13)、二号快速泄放针阀(14)、卸荷阀(15)、回收口(18)、回收控制针阀(16)、阻火器(17)；所述回收口(18)通过入口安全阀(12)与进样区间(32)连接；所述回收口(18)通过一号快速泄放针阀(13)、二号快速泄放针阀(14)和卸荷阀(15)与减压区间(33)连接；所述回收口(18)通过回收控制针阀(16)与取样区间(34)连接；所述入口安全阀(12)设置于进样针阀(2)和入口压力表(3)之间；所述一号快速泄放针阀(13)设置于入口压力表(3)和一级高压减压阀(4)之间；所述二号快速泄放针阀(14)设置于一级高压减压阀(4)和二级高压减压阀(5)之间；所述卸荷阀(15)设置于一号温度表(6)和循环降温装置(7)之间；所述回收控制针阀(16)设置于三号取样针阀(21)和阻火器(17)之间；所述入口安全阀(12)、一号快速泄放针阀(13)、二号快速泄放针阀(14)、卸荷阀(15)、回收控制针阀(16)并联经阻火器(17)与回收口(18)连接。

9.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述一级高压减压阀(4)包括一级高压减压阀进口压力表(28)、一级高压减压阀出口压力表(29)；二级高压减压阀(5)包括二级高压减压阀进口压力表(30)、二级高压减压阀出口压力表(31)。

10.根据权利要求9所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述一级高压减压阀的进口压力表(28)的范围为30Mpa-75Mpa；所述一级高压减压阀出口压力表(29)的范围为10Mpa-20Mpa；所述二级高压减压阀进口压力表(30)的压力值与一级高压减压阀出口压力表(29)的压力值相等；所述二级高压减压阀出口压力表(31)的范围为0Mpa-10Mpa。

11.根据权利要求1所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述取样系统中阀件满足15000psi g压力要求；所述取样系统中的阀门接头采用中压接头；所述接头的耐压性能满足15000psig压力要求；所述取样系统的管路采用惰性钝化层处理。

12.根据权利要求2所述的一种在线式燃料氢的取样系统，其特征在于，所述循环降温装置(7)的氢气流经管路为惰性钝化层管线。