一种多功能氢气输送管道试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多功能氢气输送管道试验系统。该多功能氢气输送管道试验系统包括气源、气体计量检测单元、燃烧爆炸特性测试单元、管道氢适应性测试单元、水力特性监测单元、管道连接系统和总控制室。与现有技术相比，本发明专利技术建立的试验系统能够在循环通路下进行以下过程：纯氢/掺氢管道中气体掺混、分离、计量及精度测试，燃烧爆炸特性测试，不同温度、压力、载荷情况下在役/新建管道及零部件的氢适应性测试，管道及其零部件的缺陷及泄漏检测，管道系统水力特性监测及全线数据采集管理。系统水力特性监测及全线数据采集管理。系统水力特性监测及全线数据采集管理。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能氢气输送管道试验系统


[0001]本专利技术涉及管道试验
，具体涉及一种多功能氢气输送管道试验系统。

技术介绍

[0002]氢能具有来源丰富、绿色低碳、应用广泛等特点，国家十四五规划明确提出“发展氢能产业是提高能源安全、促进能源革命、引领产业转型升级、实现绿色发展的重要途径”。安全经济输运是氢能发展的关键环节之一，目前氢能输运主要方式有高压氢气瓶长管拖车输送、液氢槽罐车输送及液氢驳船输送，这些方式输送成本较高且效率较低。由于我国天然气管网分布广泛、建造规模大，因此利用在役天然气管道或新建管道输运氢气是未来氢能大规模经济输送利用的最佳途径。
[0003]目前我国天然气管道输送技术已比较成熟，形成了由线路工程、工艺站场、自动控制系统、通讯系统、供配电系统、管道防腐和气体储存等模块组成的天然气输送链。然而氢气具有易漏、易燃、易爆等理化特性，并且管道压力范围广泛，管道材料种类多，氢气通过在役天然气管道或新建管道输送会产生一系列新的技术和安全问题。目前日本、美国、韩国等均已研究了模拟掺氢天然气对材料的影响，但若要探明纯氢/掺氢对管道、零部件和系统的实际影响，应当在真实的流通纯氢/掺氢环境下进行系统性的测试，但国内仍缺乏相关的测试装置和方法。
[0004]目前纯氢/掺氢管道输运应用主要面临以下问题：（1）氢气分子小，扩散快，利用在役或新建管道输氢时，管材、零部件和设备等会面临更大的氢泄漏/渗漏风险；（2）氢气点火能量低，易燃易爆，泄漏的氢气在有限空间内积聚会造成极大的安全隐患，如遇明火会对周围生命和财产安全造成严重伤害；（3）在役或新建输氢管道及其零部件和相关设备与氢气/掺氢天然气存在相容性问题，氢气的掺入可能会使管材、零部件或设备（如压缩机、混合设备、分离设备和计量设备等）过早失效，从而引发重大安全事故；（4）管道压力范围广，温度、载荷环境多变，服役情况复杂，对掺氢管道预测调控提出极大挑战。
[0005]目前国内相关领域代表性成果有：202110654808.1“一种中低压含氢管道实验系统及方法”、 专利技术专利202011477933.1“一种掺氢天然气运输分离系统及其控制方法”、 专利技术专利202011634936.1“一种纯氢输运分配管网系统及其控制方法”等。这些系统和方法只对掺氢/纯氢管道输送过程中的掺混、输送配送、分离提纯技术的流程进行了设计，没有从氢的特性、氢对管道的影响、管道氢致失效后果预防进行具体的考虑和设计。
[0006]因此，为了实现纯氢/掺氢管道规模化安全应用，亟需解决以上面临的问题，建立一种多功能氢气输送管道试验系统。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种多功能氢气输送管道试验系统，包括：气源、气体计量检测单元、燃烧爆炸特性测试单元、管道氢适应性测试单元、水力特性监测单元、管道连接系统和总控制室；气源包括氢气、天然气和掺氢天然气中的至少一种或多种；气体计量检测单元包括流量计、掺混装置、第一缓冲罐、分离装置、掺混精度检测和分离纯度检测仪器；作为优选方案，掺混装置组件包括但不仅限于流量计、阀门、密封件、混气撬、气体成分分析仪、中央控制台等，混合工艺包括但不仅限于利用定压配比系统和在线混合系统进行，掺混装置前端连接至少两个输入口，一个输入口与氢气连接，至少一个第二输入口与天然气相连接，输出口与第一缓冲罐相连接，输入口与输出口均配置有流量计；作为优选方案，分离方法包括但不仅限于深冷法、空分法、变压吸附法、膜分离法等；燃烧爆炸特性测试单元前端连接第二缓冲罐，气体由第二缓冲罐流出分支气体后经过减压阀变压，流向燃烧爆炸特性测试单元；作为优选方案，气体流入燃烧爆炸风险测试单元后分多路流动，进入燃爆试验装置，可以进行的试验包括但不仅限于气体爆燃试验、喷射火试验和管道爆破试验等；管道适应性测试单元包括加载模块、检测评估模块、第三缓冲罐和三段管路；作为优选方案，流入管道适应性测试单元的气体经过阀门分三路流动：更进一步地，管道适应性测试单元第一路气体经过第三缓冲罐流入加载模块，这一路气体处于静置；更进一步地，管道适应性测试单元第二路气体经横管流入一端置于空气下、一端埋地的管道，可模拟真实管道所处土壤环境；更进一步地，管道适应性测试单元第三路气体流入检测评估模块，在该模块利用一种载气仓测试装置和方法检测管道、零部件和设备的氢适应性，内部管壁接有各类损伤检测设备；水力特性监测单元监测整个管道试验系统的水力特性，所述水力特性包括流量、输气功率、管道压降及动态压力中的至少一种或多种；连接管道系统至少包括多段管道和若干个阀门，贯穿整个循环，所有单元所用管道、阀门及管路中的缓冲罐、压缩机、减压阀等均属于该系统；作为优选方案，所述连接管道系统进一步包括在役管道和新建管道，其中所述在役管道为现役天然气管道或根据现有技术标准生产的管道，所述新建管道为根据区别于现有技术标准生产的管道。
[0008]作为优选方案，在役管道和新建管道管径范围为400~800mm，管道中压力范围为0~20MPa，管道中温度测试区间为
‑
40~80℃；所述总控制室与所述气体计量检测单元、所述燃烧爆炸特性测试单元、所述管道适应性测试单元、所述水力特性监测单元中的至少一种或多种电连接，并执行控制。
[0009]作为优选方案，还包括载气仓测试装置，所述载气仓测试装置用于紧扣于所述连
接管道系统中的待测管道的外部，并检测所述待测管道的氢气泄漏。
[0010]还包括管道加载装置，用于对所述待测管道施加载荷。
[0011]根据本专利技术的一个方案，该试验系统循环过程包括：气源气体流入气体计量检测单元，经过多个流量计和掺混装置，流入第一缓冲罐，在压缩机作用下流入第二缓冲罐；第二缓冲罐中气体分两路走，一路流向燃烧爆炸特性测试单元，另一路流入管道氢适应性测试单元；在管道氢适应性测试单元内气体分三路走：第一路经过第三缓冲罐通入加载模块，第二路通入一端置于空气下、一端埋地的管道，第三路通入检测评估模块；气体经过管道氢适应性测试单元后流入第四缓冲罐，气体从第四缓冲罐流出后分两路流通进入气体计量检测单元，第一路参与循环过程，第二路进入分离提纯装置，分离的气体检测后可以选择性地再掺混进入管道中参与循环过程；水力特性监测单元遍布整条循环链，并监测整个循环过程水力特性；所有单元的测试可以单独进行或多过程同时进行。
[0012]与以往的相关技术相比，本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：（1）、本专利技术建立的试验装置及方法能够在循环通路下进行多功能试验，包括：纯氢/掺氢管道中气体掺混、分离、计量及精度测试，燃烧爆炸特性测试，不同温度、压力、载荷情况下在役/新建管道及零部件的氢适应性测试，管道及其零部件的质量及泄漏检测，管道系统水力特性监测及全线数据采集管理；（2）、本专利技术涉及的载气仓测试装置和方法能够原位进行管道及其零部件等的氢适应性测试，减少管道拆卸和破坏，简化测试流程，提高测试效率，保证了测试的多功能性、安全性和可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能氢气输送管道试验系统，其特征在于，包括：气源、气体计量检测单元、燃烧爆炸特性测试单元、管道氢适应性测试单元、水力特性监测单元、管道连接系统和总控制室；所述气源包括氢气、天然气和掺氢天然气中的至少一种或多种；所述气体计量检测单元包括流量计、掺混装置、第一缓冲罐、分离装置、掺混精度检测和分离纯度检测仪器；所述燃烧爆炸特性测试单元包括燃爆试验装置和燃爆试验场地；所述管道适应性测试单元包括加载模块、检测评估模块、第三缓冲罐和三段管路系统；所述水力特性监测单元监测整个管道试验系统的水力特性，所述水力特性包括流量、输气功率、管道压降及动态压力中的至少一种或多种；所述连接管道系统至少包括多段管道和若干个阀门；所述总控制室与所述气体计量检测单元、所述燃烧爆炸特性测试单元、所述管道适应性测试单元、所述水力特性监测单元中的至少一种或多种电连接，并执行控制。2.根据权利要求1所述的多功能氢气输送管道试验系统，其特征在于，所述掺混装置包括：流量计、阀门、密封件、混气撬、气体成分分析仪及控制装置，用于控制所述气源进行掺混，从而获得不同掺氢比例的待试验气体。3.根据权利要求1所述的多功能氢气输送管道试验系统，其特征在于，所述燃烧爆炸特性测试单元前端连接第二缓冲罐，气体由第二缓冲罐流出分支气体后经过减压阀变压，流向该单元。4.根据权利要求1所述的多功能氢气输送管道试验系统，其特征在于，所述管道适应性测试单元进一步包括三路管道系统，所述三路管道系统包括加载模块系统、模拟真实管道系统和检测评估模块系统。5.根据权利要求4所述的多功能氢气输送管道试验系统，其特征在于，所述加载模块系统这一路气体处于静置，气体经过第三缓冲罐流入加载模块；所述模拟真实管道系统中的管道一端置于空气中、一端埋于地下，并设有损伤检测设备和泄漏探测器，用于检测模拟真实环境下管道状...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑津洋，邢百汇，花争立，施建峰，高睿哲，尚娟，顾超华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：