一种氢能源利用燃气掺混系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种氢能源利用燃气掺混系统，涉及再生能源利用技术领域，包括：PLC控制柜，设置有触摸屏，用于对设备的进出口压力、出口氢气含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示，参数设置，历史报警查询，数据报表查询；工控机，与所述PLC控制柜通信，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护。本实用新型专利技术研制的天然气掺氢试验设备用于燃气掺氢试验，天然气利用管道气，氢气气源为氢气长管拖车，进口压力为20MPa，两级减压，掺氢比例为3％—20％，设备已投产运行很长一段时间，用于试验混氢天然气的使用效果，通过对设备不断完善和创新，已达到预期目标，设备工艺先进、运行可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种氢能源利用燃气掺混系统
本技术公开涉及再生能源利用技术领，尤其涉及一种氢能源利用燃气掺混系统。
技术介绍
目前，氢能利用产业将快速发展壮大，可以通过打造氢能产业链，推动新能源产业整体发展，建设新能源高端应用示范，全面升级能源消费结构。天然气掺氢是氢能利用的主要形式之一，通过将可再生能源电解制取的氢气和加氢站满负荷运转条件下产生的过剩氢气注入到天然气管网中形成掺氢天然气，再通过管网将掺氢天然气输送到终端用户，从而实现“掺混-输送-利用”的氢能产业链，促进“电网-气网”深度融合。天然气掺氢技术不仅可以提高可再生能源利用率，还可以为减少天然气终端燃烧产生的污染物，解决大气污染问题做出贡献。天然气掺氢技术在欧洲多个国家已经实现商业化应用，积累了丰富的运行经验。现有技术中，天然气掺氢整体技术水平尚处于试验验证阶段，在材料相容性、运行和控制安全性、掺氢混气工艺先进性，设备可靠性等方面还没有统一标准。燃气混氢在国际国内均属于新型装置系统，有多项数据指标还需可靠的试验验证。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)现有天然气掺氢设备运行效果差；而且没有采用双气掺混随动流量混气方案，造成具有技术性能不可靠，工艺运行部稳定，安全控制水平低。(2)现有技术设备中，没有加入前端氢气高压处理、氢气管线部件材料没有进行合理选择、流量和组分协调联控性差、混气均匀度效果差、信号反馈慢等，造成混气装置不能完全满足实际应用。解决以上问题及缺陷的难度为：(1)氢气通过高压长管拖车运输，氢气具有特殊的性质，对于碳钢材质的管道易产生氢腐蚀，氢鼓包，氢脆等影响，成熟经验在氢含量3％以下无影响，试验装置要求混氢比最高要达到20％，设备的整体成本已经限定，所以在材料选择上要慎重考虑。(2)氢气是通过长管撬车运至站房，来气压力达到20MPa，使用压力只有0.25～0.3MPa，具有很高压力差，氢较天然气中的其他分子体积更小，渗漏速率一般比甲烷快4-5倍，压力高时速率更大，所以对管线中氢分子渗漏的预防非常重要，合理选择高压阀门、过滤器、调压器、管材管件和密封件等氢气管道部件非常关键。(3)氢气和甲烷的性质差异较大，尤其在燃烧性能上，如果两种气体混合均匀度低，或者在后端管道内出现分层现象，会造成混合气体华白数和燃烧势紊乱，两种气体都属于易燃易爆介质，容易导致氢气设备的使用安全，所以核心混气部件静态混合器的混气均匀度必须达98％以上，确保混气均匀，同时在控制原理上也必须保证两种洗体的混合比例精确，反应快速，安全联锁可靠。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本技术公开实施例提供了一种氢能源利用燃气掺混系统。该氢能源利用燃气掺混系统包括：PLC控制柜，设置有触摸屏，用于对设备的进出口压力、出口氢气含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示，参数设置，历史报警查询，数据报表查询；工控机，与所述PLC控制柜通信，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护。进一步，该氢能源利用燃气掺混系统还包括：氢气管线装置，源头氢气进入混气管道经入口球阀、气动切断阀、过滤器，通过流量计计量氢气流量，再通过调节阀调节氢气用量后经出口球阀进入混气装置；天然气管线装置，源头天然气进入混气管道经入口球阀、过滤器切断阀，调压计量后经调节阀到出口球阀进入混气装置；混气装置，混气出口的检测设备混配合温压补偿后的流量值共同控制天然气和氢气管线上调节阀开度，控制氢气体积流量，进行加氢量的在线调节与自动跟随，实现天然气和氢气配比。进一步，所述氢气管线装置包括：与氢气站相连接的氢气高压软管，所述氢气高压软管通过放空阀、手动高压球阀和压力变送器连接氢气调压管线。进一步，所述氢气调压管线通过入口球阀、气动紧急切断阀、高精度高压过滤器、一级调压器、氢气压力表、一调出口阀门连通汇气管道，所述汇气管道设有压力变送器，旁通手动球阀、安全放散阀、氢气根阀和氢气旁通阀组，氢气经汇管连通二级调压管线，氢气二级调压管线设置两路，每路线路中设置入口球阀、二级调压器、氢气压力表、氢气流量计、调节阀、二调出口阀门进入汇气管道，汇气管道设有压力变送器，氢气温度计、温度变送器、安全放散阀、根阀和旁通阀组，两级安全阀汇总至撬外。进一步，所述天然气管线装置包括：入口管线中设置天然气热值分析仪、压力变送器、温度变送器、天然气压力表、天然气温度计，然后天然气进入调压计量管路，分为两路，每路入口设置手动球阀、高精度过滤器、气动紧急切断阀、调压器、天然气压力表、天然气流量计、调节阀、出口手动球阀进入汇气管道，汇气管道上设有压力变送器、安全放散阀、天然气根阀和天然气旁通阀组汇总至撬外。进一步，所述混气装置设置有连通天然气和氢气的静态混合器，氢气入口设置导流管，静态混合器中的多组金属板波纹填料涡流发生器进一步，所述静态混合器上设置仪表阀和差压表，所述静态混合器下方低点设置排污阀，所述静态混合器后方管道设有甲烷和氢气组分在线分析仪，所述静态混合器后方为压力变送器、温度变送器、混合气管线压力表，混合气温度计、出口手动球阀，箱体内设有实时监测燃气泄漏的可燃气体泄漏报警探头和连锁的防爆风机。进一步，所述混气装置的出口安装有甲烷分析仪和氢气分析仪。进一步，所述PLC控制柜根据采集的流量值、气体浓度进行自动控制；在混气过程中对出口压力、出口气体浓度实时监测，当有出口气体浓度低报和高报、出口压力低报和高报时，根据下游氢气要求设定所需连锁保护。本技术公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本技术研制的天然气掺氢试验设备用于燃气掺氢试验，天然气利用管道气，氢气气源为氢气长管拖车，进口压力为20MPa，两级减压，掺氢比例为3％—20％，设备已投产运行很长一段时间，用于试验混氢天然气的使用效果，通过对设备不断完善和创新，已达到预期目标，设备工艺先进、运行可靠。天然气掺氢比可动态调节的在线掺混技术采用的是先进可靠的双气掺混随动流量混气方案，本技术在LPG混空替代天然气和煤气掺混高热值气体提升热值等领域拥有成熟应用，具有技术性能可靠，工艺先进，工作稳定，安全控制水平高等特点，本项目在设备设计中加入前端氢气高压处理、氢气管线部件材料选择316L不锈钢材质、流量和组分协调联控、提高混气均匀度、快速信号反馈等方面增加创新点，确保混气装置完全满足本创新项目的使用要求。本随动流量混气工艺中，天然气作为主动气源，氢气作为从动气源，从动气源根据主动气源的流量和组分变化自动跟随动态调整调节阀阀门开度，从而实现两种气体的混气比例稳定，混合精度高，设备整体撬装，外置带有保温和消音功能的不锈钢箱体，设备紧凑美观，便于安装和迁移。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。图1是本技术实施例提供的氢能源利用燃气掺混系统整体图。图2是本技术实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢能源利用燃气掺混系统，其特征在于，所述氢能源利用燃气掺混系统包括：/nPLC控制柜，设置有触摸屏，用于对设备的进出口压力、出口氢气含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示，参数设置，历史报警查询，数据报表查询；/n工控机，与所述PLC控制柜通信，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢能源利用燃气掺混系统，其特征在于，所述氢能源利用燃气掺混系统包括：
PLC控制柜，设置有触摸屏，用于对设备的进出口压力、出口氢气含量和阀门状态的显示、调节阀开度大小的显示，参数设置，历史报警查询，数据报表查询；
工控机，与所述PLC控制柜通信，用于对现场混气装置的自动控制及安全切断保护。


2.如权利要求1所述的氢能源利用燃气掺混系统，其特征在于，该氢能源利用燃气掺混系统还包括：
氢气管线装置，源头氢气进入混气管道经入口球阀、气动切断阀、过滤器，通过流量计计量氢气流量，再通过调节阀调节氢气用量后经出口球阀进入混气装置；
天然气管线装置，源头天然气进入混气管道经入口球阀、过滤器切断阀，调压计量后经调节阀到出口球阀进入混气装置；
混气装置，混气出口的检测设备混配合温压补偿后的流量值共同控制天然气和氢气管线上调节阀开度，控制氢气体积流量，进行加氢量的在线调节与自动跟随，实现天然气和氢气配比。


3.如权利要求2所述的氢能源利用燃气掺混系统，其特征在于，所述氢气管线装置包括：与氢气站相连接的氢气高压软管，所述氢气高压软管通过放空阀、手动高压球阀和压力变送器连接氢气调压管线。


4.如权利要求3所述的氢能源利用燃气掺混系统，其特征在于，所述氢气调压管线通过入口球阀、气动紧急切断阀、高精度高压过滤器、一级调压器、氢气压力表、一调出口阀门连通汇气管道，所述汇气管道设有压力变送器，旁通手动球阀、安全放散阀、氢气根阀和氢气旁通阀组，氢气经汇管连通二级调压管线，氢气二级调压管线设置两路，每路线路中设置入口球阀、二级调压器、氢气压力表、氢气流量计、调节阀、二调出口阀门进入汇气管道，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩民，韩铁岭，赵连宽，史忠强，周建军，闫义忠，李军明，
申请(专利权)人：山西铭石煤层气利用股份有限公司，欧科能源技术天津有限公司，
类型：新型
国别省市：山西;14