一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的装置及方法与流程

1.本发明涉及一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的装置及方法，属于天然气输送技术领域。


背景技术：

2.随着氢能产业的发展，用户对氢气需求日益旺盛。鉴于氢气密度小、单位体积重量小等特点，高效输送、存储氢气的问题日益突出。借助天然气管道对氢气进行掺混输送是目前大规模推广氢气应用具备工程应用的道路之一。对于终端用户，由于其对掺氢天然气的利用存在典型日周期，鉴于氢气的低密度，其在供终端用户管道中极易在上方(高处)聚集，为了防止在用户用气低峰期供终端用户掺氢天然气管道发生气体分层进而导致终端用户用气气质发生重大偏离，需要对管道内掺氢天然气进行重新掺混。
3.由于高比例氢气对天然气管道存在不可逆的氢损伤，故严格控制天然气管道掺氢比例同时确保供端用户掺氢天然气气质达标不发生氢气分层是目前天然气管道掺氢混输亟待解决的技术难题之一。供气端通过精准控制实现氢气掺混比例不超过既定设置目标，但由于终端用户用气规律呈周期性波动，故在用气低谷，对于终端民用用户，供气管道根据用户所处位置沿不同高度供气，由于氢气密度低，在用户用气低谷，对于存在高差的管段部分，氢气极易在管道相对位置高处聚集，与原掺混天然气形成分层，在终端用户高峰用气过程中，供终端用户气质发生较大变化，由天然气掺混既定比例的氢气转变为氢气占比为主导夹杂极小比例天然气的气质，终端用户燃具对如此剧烈的气质变化是无法适应的。


技术实现要素：

4.针对供终端用户掺氢天然气管道在用户用气低谷管道内积聚掺氢天然气易发生分层问题，本发明的目的是提供一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的装置，该装置能够确保终端用户用气气质波动在用气设备可接受范围内，同时也确保供气管道本体不受大比例氢气的损伤。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的装置，包括：
7.供终端用户掺氢天然气管道、防分层供气管道切入/切出装置、信号线、逻辑控制器、防分层供气管道和监测设备；
8.所述供终端用户掺氢天然气管道一端与天然气管网相连，另一端与具有周期性用气特点的终端用户相连；
9.所述防分层供气管道与所述供终端用户掺氢天然气管道并联设置，且所述防分层供气管道两端分别与所述供终端用户掺氢天然气管道连通；
10.所述监测设备用于监测所述供终端用户掺氢天然气管道的掺氢含量，并发送到所述逻辑控制器；
11.所述逻辑控制器接收到掺氢含量后，根据预设控制逻辑生成控制指令，并通过所
述信号线发送到所述防分层供气管道切入/切出装置，将所述防分层供气管道切入或切出供终端用户掺氢天然气管道。
12.进一步，所述防分层供气管道切入/切出装置包括至少一套控制电动阀门和电动执行机构，且所述控制电动阀门设置在所述防分层供气管道上，所述电动执行机构通过所述信号线与所述逻辑控制器相连，用于对所述控制电动阀门的开关进行控制。
13.进一步，所述防分层供气管道切入/切出装置包括主控制电动阀门、主电动执行机构、辅电动执行机构和辅控制电动阀门，且所述主控制电动阀门和辅控制电动阀门分别设置于所述防分层供气管道与所述供终端用户掺氢天然气管道连接处。
14.进一步，所述监测设备采用具备远传信号功能的监测设备。
15.第二方面，本发明提供一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的方法，包括以下步骤：
16.监测设备对供终端用户掺氢天然气管道内掺氢含量进行监测，并实时远传至逻辑控制器；
17.逻辑控制器基于预设控制逻辑生成控制指令，并发送到防分层供气管道切入/切出装置；
18.防分层供气管道切入/切出装置启动，使得防分层供气管道接入供终端用户掺氢天然气管道。
19.进一步，所述逻辑控制器基于预设控制逻辑生成控制指令的方法，包括：
20.预先设定管道掺氢比例可接受上限x％；
21.对接收到的掺氢含量z％和掺氢比例可接受上限x％进行对比，并基于对比结果生成控制指令。
22.进一步，所述对接收到的掺氢含量z％和掺氢比例可接受上限x％进行对比，并基于对比结果生成控制指令的方法，包括：
23.当z％≤x％，即供终端用户掺氢天然气管道没有发生氢气分层，则逻辑驱动器不发出执行指令，所述控制电动阀门保持关闭；
24.当z％》x％，即供终端用户掺氢天然气管道发生氢气分层，则逻辑驱动器发出执行指令，将执行指令以信号形式反馈并传输至所述电动执行机构，控制所述控制电动阀门开启，将防分层供气管道中掺混可接受比例氢气天然气引入，对供终端用户掺氢天然气管道中气体进行掺混稀释，直至供终端用户掺氢天然气管道中氢气浓度达到可接受比例时，关闭所述控制电动阀门。
25.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
26.1、本发明在解决掺氢天然气管道供终端用户最后环节基于用户周期性用气特点提出了防止掺氢天然气管道气发生分层措施，通过对管道内含氢比例的测定，借助本发明实现对分层气体的重新掺混，确保终端用户用气气质波动在用气设备可接受范围内，同时也确保供气管道本体不受大比例氢气的损伤。
27.2、本发明为天然气管道掺氢混输供终端用户提供了技术方案，在对现有天然气供气管道系统进行简易改造后，即可实现掺氢混输供至终端用户，通过对现有供终端用户天然气管道设置并行供气管道及配套具备执行远传信号的电动阀门以及用于接收监测供终端用户掺氢天然气管道掺氢含量设备反馈远传信号同时通过既定设置逻辑控制对反馈信
号进行逻辑判断对配套防分层供气管道配套电动阀门发送执行指令的逻辑控制器(plc)的加持，实现确保终端用户用气气质波动在用气设备可接受范围内，方案实施具有可实操性。
28.因此，本发明可以广泛应用于天然气输送领域。
附图说明
29.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
30.图1是本发明实施例提供的防止供终端用户掺氢天然气管道分层装置示意图；
31.图2是本发明实施例提供的防止供终端用户掺氢天然气管道分层装置实施系统控制逻辑图；
32.附图中各标记表示如下：
33.1、供终端用户掺氢天然气管道；2、主控制电动阀门(常关)；3、主电动执行机构；4、信号线；5、逻辑控制器(plc)；6、防分层供气管道；7、辅电动执行机构；8、监测设备；9、辅控制电动阀门(常关)；10、终端用户。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.本发明的一些实施例中，提供一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的方法，通过对供终端用户的供气管道气质的监测，实时掌握用户气质变化情况，一旦用气气质出现较大幅度波动，证明管道内发生分层，即通过本系统对管道内掺氢天然气进行再次混合，确保供终端用户气质符合用气要求。
37.与之相对应地，本发明的另一些实施例中，提供一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的装置。
38.实施例1
39.如图1所示，本实施例提供一种防止供终端用户掺氢天然气管道分层的装置，其包括：供终端用户掺氢天然气管道1、防分层供气管道切入/切出装置、信号线4、逻辑控制器(plc)5、防分层供气管道6和监测设备8。其中，供终端用户掺氢天然气管道1一端与天然气管网相连，另一端与具有周期性用气特点的终端用户10相连；防分层供气管道6与供终端用户掺氢天然气管道1并联设置，且防分层供气管道6两端与供终端用户掺氢天然气管道1连通；监测设备8用于监测供终端用户掺氢天然气管道1的掺氢含量，并发送到逻辑控制器5；逻辑控制器接收到掺氢含量后，根据预设控制策略生成控制指令，并通过信号线4发送到防
分层供气管道切入/切出装置，以便防分层供气管道6切入或切出供终端用户掺氢天然气管道1。
40.优选地，防分层供气管道切入/切出装置包括至少一套控制电动阀门和电动执行机构，且控制电动阀门设置在防分层供气管道6上，电动执行机构通过信号线与逻辑控制器5相连，用于对控制电动阀门的开关进行控制。
41.更为优选地，防分层供气管道切入/切出装置包括主控制电动阀门(常关)2、主电动执行机构3、辅电动执行机构7和辅控制电动阀门(常关)9，且主控制电动阀门(常关)2和辅控制电动阀门(常关)9分别设置于防分层供气管道6与供终端用户掺氢天然气管道1连接处。
42.优选地，监测设备8采用具备远传信号功能的监测设备。
43.实施例2
44.如图2所示，本实施例提供一种防止终端用户掺氢天然气管道分层的方法，具体包括以下步骤：
45.1)监测设备8对供终端用户掺氢天然气管道1内掺氢含量(z％)进行监测，并实时远传至逻辑控制器5；
46.2)逻辑控制器5基于预设控制策略生成控制指令，并发送到防分层供气管道切入/切出装置；
47.3)防分层供气管道切入/切出装置启动，使得防分层供气管道6接入供终端用户掺氢天然气管道1，实现防止供终端用户掺氢天然气管道分层目的。
48.优选地，上述步骤2)中，逻辑控制器5基于预设控制策略生成控制指令的方法，包括：
49.2.1)预先设定管道掺氢比例可接受上限x％；
50.2.2)对接收到的掺氢含量(z％)和掺氢比例可接受上限x％进行对比，并基于对比结果生成控制指令。
51.具体地，包括：
52.当z％≤x％，即供终端用户掺氢天然气管道没有发生氢气分层，则逻辑驱动器5不发出执行指令，主/辅控制电动阀门(保持关闭)保持关闭；
53.当z％》x％，即供终端用户掺氢天然气管道发生氢气分层，则逻辑驱动器5发出执行指令)，将执行指令以信号形式反馈并传输至主/辅电动执行机构，控制主/辅控制电动阀门开启，将防分层供气管道6中掺混可接受比例氢气天然气引入，对供终端用户掺氢天然气管道1中气体进行掺混稀释，直至供终端用户掺氢天然气管道1中氢气浓度达到可接受比例(z％≤x％)时，关闭主/辅控制电动阀门。
54.优选地，上述步骤2.1)中，管道掺氢比例可接受上限x％的范围为通过管道运行方预先设定为固定值。
55.实施例3
56.下面通过实施例对本发明进一步说明。
57.首先，在逻辑控制器5中预先设定管道掺氢比例可接受上限x％＝10％；
58.其次，借助监测设备8对供终端用户掺氢天然气管道1内掺氢含量(z％＝15％)进行监测，并实时远传至逻辑控制器5；
59.最后，逻辑控制器5接收监测设备8反馈实测供终端用户10掺氢天然气管道掺氢含量z％并通过量化x％与z％形成执行指令，此时z％》x％，表明供终端用户掺氢天然气管道发生氢气分层，逻辑驱动器5发出执行指令，将执行指令以信号形式反馈并传输至主/辅电动执行机构3/7，主/辅控制电动阀门2/9开启，将配套防分层供气管道6中掺混可接受比例氢气天然气引入，对供终端用户掺氢天然气管道1中气体进行掺混稀释，直至供终端用户掺氢天然气管道中氢气浓度达到可接受比例(z％≤x％)，逻辑驱动器5发出执行指令，使得主/辅控制电动阀门2/9保持关闭。
60.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。