一种天然气管道掺氢综合实验系统装置的制作方法

1.本发明涉及天然气管道掺氢技术领域，尤其涉及一种天然气管道掺氢综合实验系统装置。


背景技术：

2.在“双碳”目标背景下，为了保障能源需求，能源结构正在往低碳化、零碳化方向发展，光伏、风电等可再生清洁能源迎来了快速发展时机。氢能利用过程中没有碳排放，同时氢气还可作为光伏、风电等不稳定的可再生能源的储能介质，推动可再生能源的大规模产业化发展。而氢能要实现产业化应用，还需解决氢气的储运问题。
3.相较于高压气态储氢、低温液态储氢以及有机物储氢等技术，管道掺氢利用现有的天然气管道，通过氢气与天然气部分掺混，可实现氢气的大规模、低成本运输。要实现天然气管道掺氢的大规模远距离应用，首先应解决的是城镇燃气管道系统的掺氢问题。但由于天然气管道掺氢更多是针对现有燃气管网系统进行掺氢，而各个地区现行管道系统的实际情况差异较大，如管材、管龄、压力、周边环境、腐蚀情况等，需要对其进行针对性的研究和评估。即便是针对新建管道系统，各城市管道的土壤情况、岩层结构、气候条件均不同，也无法直接掺氢。因此，在实行管道掺氢之前，需要通过系统化的实验测试平台，对管道、零部件进行科学的测试，在此基础上，再针对性地制定天然气管道掺氢方案。
4.由于城镇燃气管道系统往往设有4级以上压力，各级压力使用的管材种类也十分复杂，同时，要研究管道掺氢对现役燃气管道的影响情况，往往需要进行较长时间的实验，而现有技术中的城镇燃气掺氢实验系统一次实验均只能测试一种压力工况，导致实验效率较低。
5.因此，现有技术还有待改进和提高。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种天然气管道掺氢综合实验系统装置，旨在解决现有技术中的城镇燃气掺氢实验系统一次实验均只能测试一种压力工况，导致实验效率较低的问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.第一方面，本发明提供一种天然气管道掺氢综合实验系统装置，其特征在于，所述装置包括：氢源系统、高压天然气气源，掺氢机以及实验管道系统，其中，所述氢源系统与所述高压天然气气源均与所述掺氢机的入口连接，所述实验管道系统与所述掺氢机的出口连接；所述实验管道系统包括：高压实验管道系统、次高压实验管道系统、中压实验管道系统以及低压实验管道系统，所述低压实验管道系统与终端用户系统连接，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中均包括并联设置的5路管道支路。
9.在一种实现方式中，所述高压天然气气源与所述掺氢机的入口之间依次设置天然
气流量调节阀与天然气调压阀。
10.在一种实现方式中，所述氢源系统与所述掺氢机的入口之间依次设置有氢气流量调节阀、氢气压缩机以及氢气调压阀。
11.在一种实现方式中，所述掺氢机的出口分出两个支路，其中，第一支路与所述高压实验管道系统的入口连接，第二支路与所述低压实验管道系统的入口连接。
12.在一种实现方式中，所述第二支路与所述低压实验管道系统的入口之间设置有若干球阀。
13.在一种实现方式中，所述高压实验管道系统的出口分出两个支路，其中，第三支路与所述次高压实验管道系统的入口连接，第四支路与所述第二支路连接。
14.在一种实现方式中，所述次高压实验管道系统的出口分出两个支路，其中，第五支路与所述中压实验管道系统的入口连接，第六支路与所述第二支路连接。
15.在一种实现方式中，所述中压实验管道系统的出口与所述低压实验管道系统的入口连接。
16.在一种实现方式中，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中，每一路管道支路中设置有两个球阀与两个法兰。
17.在一种实现方式中，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中的管道为不同管龄、不同管材的管道。
18.有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种天然气管道掺氢综合实验系统装置，所述装置包括：氢源系统、高压天然气气源，掺氢机以及实验管道系统，其中，所述氢源系统与所述高压天然气气源均与所述掺氢机的入口连接，所述实验管道系统与所述掺氢机的出口连接；所述实验管道系统包括：高压实验管道系统、次高压实验管道系统、中压实验管道系统以及低压实验管道系统，所述低压实验管道系统与终端用户系统连接，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中均包括并联设置的5路管道支路。本发明可同时进行多种压力工况下的天然气管道掺氢实验，并根据实际需求调整实验压力数量，提高实验效率。
附图说明
19.图1为本发明实施例提供的天然气管道掺氢综合实验系统装置的结构示意图。
20.附图标号：
21.氢源系统1高压天然气气源2天然气流量调节阀3天然气调压阀4氢气流量调节阀5氢气压缩机6氢气调压阀7掺氢机8第一球阀9第二球阀10第三球阀11第四球阀13第五球阀15第六球阀16第七球阀18第八球阀19第九球阀21法兰12
第一掺氢天然气调压阀14第二掺氢天然气调压阀17第三掺氢天然气调压阀20高压实验管段系统22次高压实验管段系统23中压实验管段系统24低压实验管段系统25终端用户系统26
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.本实施例提供一种天然气管道掺氢综合实验系统装置，如图1所示，所述装置包括：氢源系统1、高压天然气气源2，掺氢机8以及实验管道系统，其中，所述氢源系统1与所述高压天然气气源2均与所述掺氢机8的入口连接，所述实验管道系统与所述掺氢机8的出口连接；所述实验管道系统包括：高压实验管道系统、次高压实验管道系统、中压实验管道系统以及低压实验管道系统，所述低压实验管道系统与终端用户系统26连接，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中均包括并联设置的5路管道支路。由于本实施例中的天然气管道掺氢综合实验系统装置中高压实验管道系统、次高压实验管道系统、中压实验管道系统以及低压实验管道系统，所述低压实验管道系统，因此可同时进行多种压力工况下的天然气管道掺氢实验。
24.具体地，本实施例中的所述高压天然气气源2与所述掺氢机8的入口之间依次设置天然气流量调节阀3与天然气调压阀4，所述氢源系统1与所述掺氢机8的入口之间依次设置有氢气流量调节阀5、氢气压缩机6以及氢气调压阀7。所述掺氢机8的出口分出两个支路，其中，第一支路与所述高压实验管道系统的入口连接，第二支路与所述低压实验管道系统的入口连接。从图1可以明显看出，所述第一支路与所述高压实验管道系统的入口之间设置有第一球阀9。所述第二支路与所述低压实验管道系统的入口之间设置有若干球阀，分别为第二球阀10、第六球阀16、第八球阀19以及第九球阀21。
25.进一步地，所述高压实验管道系统的出口分出两个支路，其中，第三支路与所述次高压实验管道系统的入口连接，第四支路与所述第二支路连接。所述第三支路与所述次高压实验管道系统的入口之间依次设置有第一掺氢天然气调压阀14和第五球阀15。所述次高压实验管道系统的出口分出两个支路，其中，第五支路与所述中压实验管道系统的入口连接，第六支路与所述第二支路连接。第五支路与所述中压实验管道系统的入口之间依次设置有第二掺氢天然气调压阀17和第七球阀18。所述中压实验管道系统的出口与所述低压实验管道系统的入口连接，且所述中压实验管道系统的出口与所述低压实验管道系统的入口之间设置有第三掺氢天然气调压阀20。
26.在本实施例中，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中，每一路管道支路中设置有两个球阀(如图1中的第三球阀11和第四球阀13)与两个法兰。并且，本实施例中的所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中的管道为不同管龄、不同管材的管道。因此，本实施例可一方面可同时进行多种压力工况下的天然气管道掺氢实验，一方面不同压力工况下的管道系统可同时进行不同管龄、管材的实验，提高实验效
率；另一方面可减少天然气压缩机，降低系统投资。
27.利用上述装置进行天然气管道掺氢综合实验工艺，依次包括以下工况与步骤：
28.当需要同时开展高压、次高压、中压、低压四种压力工况下的实验时，关闭第一支路上的球阀(即第二球阀10、第六球阀16、第八球阀19)，使掺氢天然气依次通过高压实验管段系统22、次高压实验管段系统23、中压实验管段系统24与低压实验管段系统25，再通至终端用户系统26。当仅需要开展三种压力工况下的实验时，可根据需求打开第一支路上的球阀。当仅需要开展两种压力工况下的实验时，可根据需求打开第一支路上的球阀。当仅需要开展一种压力工况下的实验时，可根据需求打开第一支路上的球阀。由此可见，本实施例可通过对第一支路上的球阀进行控制，实现对高压实验管段系统22、次高压实验管段系统23、中压实验管段系统24与低压实验管段系统25的工况进行控制。
29.由于高压实验管段系统22、次高压实验管段系统23、中压实验管段系统24与低压实验管段系统25的差异在于并联设置的5路管道支路中的法兰内管材种类的不同，因此可根据实验要求，改变各实验管段系统入口调压阀的出口压力，使各实验管段系统的实验功能进行切换。同时，也可根据实验需求，增加或减少实验管段系统，以及实验管段系统中并联设置的管道支路的数量。
30.举例说明，例1：以南方某城市天然气为例，门站接收压力为4mpa，城镇燃气管道系统包含高压实验管道系统-4mpa，次高压实验管道系统-1.6mpa，中压实验管道系统-0.4mpa，低压实验管道系统-0.01mpa四级压力。高压实验管道系统的管材为x65，次高压实验管道系统的管材为x52，中压实验管道系统的管材为x42、pe100，低压实验管道系统的管材为20号钢。为了开展天然气管道掺氢对现有燃气管道系统适应性的研究。搭建包含四级压力的天然气管道掺氢综合实验系统。通过门站高压管道引出旁路，得到高压天然气气源2，经过天然气调压阀4，调节压力稳定在4mpa，氢气从氢气瓶组中经氢气压缩机6和氢气调压阀7调整至4mpa后，与4mpa的天然气在掺氢机8中混合。氢气流量调节和天然气流量根据下游终端用户系统26实时用氢量和设置的实验掺氢比，通过plc控制柜，经氢气流量调节阀5和天然气流量调节阀3进行实时调节。关闭第二球阀10、第六球阀16、第八球阀19，打开第一球阀9、第五球阀15、第七球阀18、第九球阀21以及高压实验管道系统、次高压实验管段系统23、中压实验管段系统24，低压实验管段系统25各平行实验管段两端的球阀。掺氢机8出口掺氢天然气经第一球阀9后，进入到高压实验管道系统，并分别经过并联的5路管道支路。所述高压实验管道系统的实验管段管材均为x65，管龄分别为0年、5年、15年、25年、35年。高压实验管道系统出口掺氢天然气，经第一掺氢天然气调压阀14调节至1.6mpa后，经第五球阀15通至次高压实验管道系统23，并分别经过并联的5路管道支路。所述次高压实验管道系统的实验管段管材均为x52，管龄分别为0年、5年、15年、25年、35年。次高压实验管道系统出口掺氢天然气，经第二掺氢天然气调压阀17调节至0.4mpa后，经第七球阀18通至中压实验管道系统，并分别经过并联的5路管道支路。所述中压实验管道系统的实验管道系统的管材5路为x42，管龄分别为0年、3年、6年、9年、12年。中压实验管道系统出口掺氢天然气，经第三掺氢天然气调压阀20调节至0.01mpa后，经第九球阀21通至低压实验管道系统，并分别经过并联的5路管道支路。所述低压实验管道系统的实验管段管材均为20号钢，管龄分别为0年、3年、6年、9年、12年。所述低压实验管道系统出口掺氢天然气通入至终端用户系统26。
31.例2：以南方某城市天然气为例，门站接收压力为4mpa，城镇燃气管道系统包含高
压实验管道系统-4mpa，次高压实验管道系统-1.6mpa，中压实验管道系统-0.4mpa，低压实验管道系统-0.01mpa四级压力。高压实验管道系统的管材为x65，次高压实验管道系统的管材为x52，中压实验管道系统的管材为x42、pe100，低压实验管道系统的管材为20号钢。由于高压燃气管道系统管龄过长，不考虑开展适应性研究。搭建包含三级压力的天然气管道掺氢综合实验系统。通过门站高压管道引出旁路，得到高压天然气气源2，经过天然气调压阀4，调节压力稳定在1.6mpa，氢气从氢气瓶组中经氢气压缩机6和氢气调压阀7调整至1.6mpa后，与1.6mpa的天然气在掺氢机8中混合。氢气流量调节和天然气流量根据下游终端用户系统26实时用氢量和设置的实验掺氢比，通过plc控制柜，经氢气流量调节阀5和天然气流量调节阀3进行实时调节。
32.关闭球阀第一球阀9、第六球阀16、第八球阀19，打开球阀第二球阀10、第五球阀15、第七球阀18、第九球阀21以及次高压实验管段系统23、中压实验管段系统24，低压实验管段系统25各平行实验管段两端的球阀。掺氢机8出口掺氢天然气经第二球阀10后，再通过第一掺氢天然气调压阀14，稳定压力在1.6mpa后，通过第五球阀15通至次高压实验管道系统，并分别经过并联的5路管道支路。所述次高压实验管道系统的实验管道系统的管材均为x52，管龄分别为0年、5年、15年、25年、35年。次高压实验管道系统出口掺氢天然气，经第二掺氢天然气调压阀17调节至0.4mpa后，经第七球阀18通至中压实验管道系统，并分别经过并联的5路管道支路。所述中压实验管道系统的实验管道系统的管材5路为x42，管龄分别为0年、3年、6年、9年、12年。中压实验管道系统出口掺氢天然气，经第三掺氢天然气调压阀20调节至0.01mpa后，经第九球阀21通至低压实验管道系统，并分别经过并联的5路管道支路。所述低压实验管道系统的实验管道系统的管材均为20号钢，管龄分别为0年、3年、6年、9年、12年。所述低压实验管道系统出口掺氢天然气通入至终端用户系统26。
33.与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：本实施例可同时进行多种压力工况下的天然气管道掺氢实验，并根据实际需求调整实验压力数量，提高实验效率。本实施例可同时针对不同管龄、不同管材的管道进行掺氢实验，并根据实际需求调整管道样品数量，提高实验效率。本实施例可在实验途中，随时，抽取一段管道进行采样分析，而不影响整个实验系统的运行，提高实验效率。本实施例通过利用天然气门站接收到的高压天然气自带压力，进行实验，减少传统实验系统为了调节天然气压力，需增设的天然气压缩机，降低系统投资。
34.综上，本发明公开了一种天然气管道掺氢综合实验系统装置，所述装置包括：氢源系统1、高压天然气气源2，掺氢机8以及实验管道系统，其中，所述氢源系统1与所述高压天然气气源2均与所述掺氢机8的入口连接，所述实验管道系统与所述掺氢机8的出口连接；所述实验管道系统包括：高压实验管道系统、次高压实验管道系统、中压实验管道系统以及低压实验管道系统，所述低压实验管道系统与终端用户系统26连接，所述高压实验管道系统、所述次高压实验管道系统、所述中压实验管道系统以及所述低压实验管道系统中均包括并联设置的5路管道支路。本发明可同时进行多种压力工况下的天然气管道掺氢实验，并根据实际需求调整实验压力数量，提高实验效率。
35.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。