燃气管道天然气掺氢浓度控制方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃气管道天然气掺氢浓度控制方法，包括步骤，获得燃气管道输入天然气的流量Q1，按氢气掺混浓度的设定值x1计算出掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1,根据流量Q2计算第一氢气流量调节阀开度值η0，驱动第一氢气流量调节阀至开度值为η0，获取燃气管道的实测掺氢浓度x，根据差值(x

【技术实现步骤摘要】
燃气管道天然气掺氢浓度控制方法、系统


[0001]本专利技术属于燃气输送
，特别涉及一种燃气管道天然气掺氢浓度控制方法和控制系统。

技术介绍

[0002]采用氢气调节阀来控制燃气管道中天然气的掺氢浓度，其原理是，以天然气为主气源，氢气作为掺混气注入天然气中。由于氢气性质活泼，浓度高时对现有燃气碳钢管道具有氢蚀的风险，同时下游灶具也要求掺氢天然气的氢气组分在一定范围内，混合气体的华白数符合燃气具稳定燃烧的要求，不出现爆燃或回火的情况。
[0003]为确保燃气供应系统长期安全运行，必须控制氢气的浓度在对应燃气管道允许的范围内(目前要求为0
‑
20％)。行业内常用的方式是采用氢气调节阀后馈的方式控制掺混氢气浓度，即一般取下游气体色谱分析仪给出控制信号，控制氢气调节阀的开度大小，确保天然气掺混氢气的浓度在设定的范围内。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例之一，一种燃气管道天然气掺氢浓度控制方法，包括步骤，
[0005]获得燃气管道输入天然气的流量Q1，
[0006]按氢气掺混浓度的设定值x1计算出掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1,
[0007]根据流量Q2计算第一氢气流量调节阀开度值η0，
[0008]驱动第一氢气流量调节阀至开度值为η0，
[0009]获取燃气管道的实测掺氢浓度x，
[0010]根据差值(x
‑
x1)计算并调节第一氢气流量调节阀至开度值η1，以维持氢气流量趋向于流量Q2。
[0011]当x<x1，增大第一氢气流量调节阀开度η，
[0012]当x>x1，减小第一氢气流量调节阀开度η。
附图说明
[0013]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：
[0014]图1根据本专利技术实施例之一的燃气管道天然气掺氢浓度控制系统示意图。
[0015]图2根据本专利技术实施例之一的燃气管道天然气掺氢浓度控制系统示意图。
[0016]10——天然气流量调节阀，
[0017]20——第一氢气流量调节阀，
[0018]30——第二氢气流量调节阀，
[0019]40——天然气流量计，
[0020]50——氢气流量计。
具体实施方式
[0021]现有控制方案存在的主要问题是，虽然控制逻辑简单，但控制效率不高。气体色谱分析仪的测量数据比较准确，但是采样周期较长，一般在3
‑
5分钟，通过气体色谱分析仪的最终检测结果来控制氢气的浓度会造成达到控制目标需要较长的时间，考虑氢气的浓度上限的安全要求，如果下游流量需求稳定，最终控制结果是阀门开度接近设定点，至少在5
‑
10分钟以上。但如果需求流量不稳定，变化比较快速，那么很容易出现部分时段天然气掺氢浓度超标，容易造成燃烧不稳定和对管网和下游用气灶具带来一定的风险。
[0022]根据一个或者多个实施例，一种燃气管道天然气掺氢浓度控制方法，包括以下步骤，
[0023]获得燃气管道输入天然气的流量Q1，
[0024]按氢气掺混浓度的设定值x1计算出掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1,
[0025]根据流量Q2计算第一氢气流量调节阀开度值η0，
[0026]驱动第一氢气流量调节阀至开度值为η0，
[0027]获取燃气管道的实测掺氢浓度x，
[0028]根据差值(x
‑
x1)计算并调节第一氢气流量调节阀至开度值η1，以维持氢气流量趋向于流量Q2。
[0029]当x<x1，增大第一氢气流量调节阀开度η，
[0030]当x>x1，减小第一氢气流量调节阀开度η。
[0031]当天然气流量Q1发生变化，则重新计算掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1。
[0032]本公开实施例的天然气掺氢方案采用随动式流量混合工艺，以一种天然气气源为主动气源，另一种氢气源按预先设定的体积比例跟随主动气源的变化而变化。将流量较大的气源设定为主动气源，流量较小的气源设定为随动气源，通过控制随动气源管道上的调节阀开度来实时快速响应主动气源的变化。
[0033]如图1所示，本公开的控制方法是对氢气调节阀的开度进行控制，使天然气掺氢后氢气浓度保持最大限度保持在设定范围x1内。具体控制过程可以是：
[0034]1.首先通过天然气的流量计获得下游客户的需求量Q1，按掺混浓度的设定值x1,计算出掺混氢气的流量Q2,结合各自对应的运行压力和温度，通过氢阀阀系数计算获得氢气调节阀的开度值η0，从而获得主控信号最初的开启位置的驱动信号。
[0035]2.开启过程中不断反馈阀门的实际开度η，直到实际开度达到计算开度值η0，这时开始由密度计实际测定的掺氢天然气的浓度数据x与设定x1的浓度信号进行比对，如果低了，氢阀开度η增大，如果高了，氢阀开度η减小，如果一致，则保持氢阀的开度η1，其步进变化的开度值η
MIN
由对应氢气调节阀的最小步进值决定。这里的x与x1可以用百分比表示。
[0036]3.如果一段时间天然气流量Q1保持不变，则该流程持续保持，如果天然气的流量变化幅度超过
±
1％，则该流程重新开始，直至达到稳定的状态Q1。
[0037]由于采用前、后馈的方式进行随动控制，在天然气和氢气来气压力稳定的前提下，前馈为主气源(天然气)和随动气源(氢气)的瞬时流量计信号加以计算，输出调节阀主控制信号，调节阀首先根据该主控信号快速达到需要达到的最终调节阀位位置附近，能快速响
应流量的变化，缩短响应时间，后馈取通过测试掺混前后混合气的密度变化，由控制系统主控制器CPU计算出实际掺混氢气的浓度，秒级快速为调节阀提供精度控制信号，提高控制精度。通过上述前馈和后馈的结合，最大限度提高掺氢工艺氢气调节阀的整体控制效率和控制精度。
[0038]因此，本公开实施例提高了掺氢工艺中随动氢气调节阀的控制效率，提高掺氢工艺的响应速度，能够满足燃气管道和下游灶具安全运行的要求，达到快速高效的程度。本公开的控制方式最大的特点是，综合两种不同的控制优点，前馈信号解决调节阀的响应速度的问题，针对的是原有控制方式的效率低阀、开到位周期长的主要缺点，先进行粗调节，根据天然气和氢气的实测流量的计算，使阀的开度确定下来，由站控系统给出实际的控制信号，能够使设备响应速度大幅提高，提高天然气掺氢设备站控的控制效率。后馈信号解决控制精度的问题，针对实际实测物理量计算快速得到的最终控制结果，在平衡位置的附近，不断修正逼近天然气混氢浓度设定的控制上限，在提高控制速度的同时，也能够掺氢设备系统的最终控制精度，确保管道燃气掺氢系统的整体控制精度。该方式最大的益处是从原先分钟级的控制周期(3
‑
5分钟)缩短至秒级的控制周期(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气管道天然气掺氢浓度控制方法，其特征在于，包括以下步骤，获得燃气管道输入天然气的流量Q1，按氢气掺混浓度的设定值x1计算出掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1,根据流量Q2计算第一氢气流量调节阀开度值η0，驱动第一氢气流量调节阀至开度值为η0，获取燃气管道的实测掺氢浓度x，根据差值(x
‑
x1)计算并调节第一氢气流量调节阀至开度值η1，以维持氢气流量趋向于流量Q2。2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，当x<x1，增大第一氢气流量调节阀开度η，当x>x1，减小第一氢气流量调节阀开度η。3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，当天然气流量Q1发生变化，则重新计算掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1。4.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，通过设置于天然气管道中的天然气流量计获取天然气的流量Q1，按氢气掺混浓度的设定值x1计算出掺混氢气的流量Q2＝Q1*x1,比较实测掺氢浓度x的采样速度、天然气流量计流量Q1的采样速度，如果实测掺氢浓度x的采样速度较快，则有：根据差值(x
‑
x1)计算并调节第一氢气流量调节阀至开度值η1，然后根据天然气流量计流量Q1对第一氢气流量调节阀开度进行修正，如果天然气流量计流量Q1的采样速度较快，则有：根据流量Q2＝Q1*x1计算并调节第一氢气流量调节阀至开度值η0，然后根据实测掺氢浓度x对第一氢气流量调节阀开度进行修正。5.根据权利要求4所述控制方法，其特征在于，比较实测掺氢浓度x的采样速度、掺氢氢气流量计的采样速度，如果实测掺氢浓度x的采样速度较快，则有：根据差值(x
‑
x1)计算并调节第一氢气流量调节阀至开度值η1，然后根据天然气流量计流量Q1对第一氢气流量调节阀开度进行修正，如果掺氢氢气流量计的采样速度较快，则掺氢氢气流量计的输出值记为流量Q2，调节第一氢气流量调节阀至开度值η1，然后根据天然气流量计流量Q1对第一氢气流量调节阀开度进行修正。...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晖，王进，商麟隽，庄健，张琴，钱栋，蒋庆锋，王洪军，吕萍，
申请(专利权)人：上海航天能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：