一种天然气掺氢控制系统的制作方法

1.本技术涉及制氢技术领域，尤其涉及一种天然气掺氢控制系统。


背景技术：

2.利用风、光等绿色电力制备氢气，是目前主流的绿氢制氢方式，其有效的解决了可再生能源风、光电力的不能长期储存的电力使用问题，绿色电力制备氢气，生产的氢气可进行储存或者消纳。但是氢气的消纳主要运输方式是采用氢气长管拖车进行运输，此方式的运输效率底，而且运输成本高。


技术实现要素：

3.本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。
4.为此，本技术的目的在于提出一种天然气掺氢控制系统，通过设置天然气掺氢缓冲罐，天然气掺氢缓存罐外接天然气管道通入天然气，电解制氢系统产生的氢气通入天然气掺氢缓冲罐进行混合，混合气通过天然气管道供应终端用户使用，其中，根据风、光发电的波动性，结合电解制氢系统调节快速性得特点，根据绿电发电量调节制氢负荷，最大的消纳可再生能源发电，并且结合下游用户使用用量及制备氢气量，采用高压储罐储存氢气进行调节，有效的解决了上有发电与下游终端用户的匹配性，保证了终端用户的用气安全稳定和可再生能源发电调配。
5.为达到上述目的，本技术提出的一种天然气掺氢控制系统，包括通过第一管路连接的电解制氢系统和天然气掺氢缓冲罐，所述电解制氢系统用于向所述天然气掺氢缓存罐通入氢气，所述天然气掺氢缓冲罐还外接天然气管路用以通入天然气，所述天然气和所述氢气在所述天然气掺氢缓冲罐混合，所述天然气掺氢缓冲罐的出气口连通终端用户以供应混合气，所述电解制氢系统和所述天然气掺氢缓冲罐之间的第一管路上设置有氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐和所述天然气掺氢缓冲罐之间还并联连接第二管路，所述第二管路上设置有高压储罐，所述高压储罐用于对所述电解制氢系统的产气进行储存。
6.进一步地，所述第二管路上还设置有隔膜压缩机。
7.进一步地，还包括设置于所述氢气缓冲罐上的第一压力变送器。
8.进一步地，还包括设置于所述天然气掺氢缓冲罐上的分析仪，所述分析仪用于对所述天然气掺氢缓冲罐内的天然气浓度进行监测。
9.进一步地，还包括可再生能源发电系统，所述可再生能源发电系统和所述电解制氢系统电连接。
10.进一步地，所述氢气缓冲罐和所述天然气掺氢缓冲罐之间的第一管路上设置有第一气动阀、第一减压阀、第一气动薄膜调节阀和第一质量流量计。
11.进一步地，所述高压储罐和所述天然气掺氢缓冲罐之间的第二管路上设置有第二气动阀、第二减压阀、第二气动薄膜调节阀和第二质量流量计。
12.进一步地，所述天然气管路上设置有第三气动薄膜调节阀和第三质量流量计。
13.进一步地，还包括设置于所述高压储罐上的第二压力变送器。
14.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
15.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
16.图1是本技术一实施例提出的一种天然气掺氢控制系统的结构示意图。
具体实施方式
17.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
18.图1是本技术一实施例提出的一种天然气掺氢控制系统的结构示意图。
19.参见图1，一种天然气掺氢控制系统，包括通过第一管路连接的电解制氢系统2和天然气掺氢缓冲罐17，所述电解制氢系统2用于向所述天然气掺氢缓冲罐17通入氢气，所述天然气掺氢缓冲罐17还外接天然气管路用以通入天然气，所述天然气和所述氢气在所述天然气掺氢缓存罐17混合，所述天然气掺氢缓冲罐17的出气口连通终端用户以供应混合气，所述电解制氢系统2和所述天然气掺氢缓冲罐17之间的第一管路上设置有氢气缓冲罐3，在电解制氢系统2制氢量较大时，氢气进入氢气缓冲罐3进行储存缓冲，避免对第一管路的冲击，在电解制氢系统制氢量较小时，氢气缓冲罐3对第一管路内的氢气进行补充，使得第一管路的氢气平稳输出，有利于提高氢气与天然气在天然气掺氢缓冲罐内均匀混合。所述氢气缓冲罐3和所述天然气掺氢缓冲罐17之间还并联连接第二管路，所述第二管路上设置有高压储罐14，所述高压储罐14用于对所述电解制氢系统2的产气进行储存。
20.本实施例中，通过将天然气和氢气进行混合输送终端用户进行使用，提高氢气的消纳效率，利用现有的天然气输运管道，无需任何改造，成本较低。且本技术还设置有第二管路，通过第二管路上的高压储罐，结合下游用户使用用量及制备氢气量，采用高压储罐储存氢气，当上游发电量多时，下游需求量少时，对产出氢气进行储存；当下游需求量增大，上游制氢不能满足产量需求时，使用高压储罐进行气体补充，有效的解决了上有发电与下游终端用户的匹配性，保证了终端用户的用气安全稳定和可再生能源发电调配作作用。
21.所述第二管路上还设置有隔膜压缩机13。隔膜压缩机进行增压，能够对电解制氢系统输出的氢气进行压缩快速充入高压储罐内，方便快捷。
22.一种天然气掺氢控制系统还包括设置于所述氢气缓冲罐3上的第一压力变送器4。第一压力变送器4对氢气缓冲罐3内的氢气压力实时监测，进而监测电解制氢系统的制氢产量。
23.一种天然气掺氢控制系统还包括设置于所述天然气掺氢缓冲罐17上的分析仪16，所述分析仪16用于对所述天然气掺氢缓冲罐17内的天然气浓度进行监测，在天然气浓度出
现偏差时，能够及时进行调整。分析仪可以为天然气浓度检测仪。
24.一种天然气掺氢控制系统还包括可再生能源发电系统1，所述可再生能源发电系统1和所述电解制氢系统2电连接。本实施例中，可再生能源发电系统1包括风能发电系统、太阳能发电系统、水能发电系统等绿色能源至少其中之一，实现能源的可持续利用，且环保无污染。
25.所述氢气缓冲罐3和所述天然气掺氢缓冲罐17之间的第一管路上设置有第一气动阀5、第一减压阀6、第一气动薄膜调节阀7和第一质量流量计8。所述高压储罐14和所述天然气掺氢缓冲罐17之间的第二管路上设置有第二气动阀12、第二减压阀11、第二气动薄膜调节阀10和第二质量流量计9。
26.本实施例中，气动阀用来进行管路的通断控制，减压阀根据预先设置好的压力值进行减压，使其满足充装压力要求，气动薄膜调节阀用来进行气体流量的调节，使其满足预设的天然气浓度，质量流量计用来进行气体流量的监测。
27.所述天然气管路上设置有第三气动薄膜调节阀18和第三质量流量计19。本实施例中，第三气动薄膜调节阀18用来调节天然气的流量，使其与通入的氢气浓度比例符合预设值，第三质量流量计用来进行监测，确保天然气流量符合要求。
28.一种天然气掺氢控制系统还包括设置于所述高压储罐14上的第二压力变送器15。第二压力变送器15用来监测高压储罐内的气体压力，避免高压储罐14充装压力过高，存在安全隐患。
29.一种天然气掺氢控制系统的控制方法，应用于上述的天然气掺氢控制系统，包括如下步骤，
30.根据第一压力变送器4监测氢气缓冲罐3的压力，当所述氢气缓冲罐3的压力高于预设压力值时，开启隔膜压缩机13向高压储罐14充入氢气；当所述氢气缓冲罐3的压力低于预设压力值时，开启高压储罐14和第二气动阀13向天然气掺氢缓冲罐17补入氢气；根据分析仪16监测天然气掺氢缓冲罐17内的天然气浓度，当然气掺氢缓冲罐17内的天然气浓度偏离预设浓度值时，调节第一气动薄膜调节阀7、第二气动薄膜气动调节阀10和第三气动薄膜调节阀18的开度。
31.本实施例中，预设压力值可以根据电解制氢系统常态下的制氢功率进行设定，预设浓度值可以根据用户的使用反馈效果进行设定，使其具有较高的燃烧效率。
32.本系统全部采用plc控制，可实现远程和自动控制。可再生能源发电系统1发出“绿电”后，为电解制氢系统2进行供电，电解制氢系统2根据可再生能源发电系统1的发电量自动调节制氢负荷，产出氢气经过氢气缓冲罐3，氢气缓冲罐3设有第一压力变送器4监测氢气缓冲罐压力，第一气动阀5开启，氢气经过第一气动阀5，进入已根据下游用户设定好压力的第一减压阀6，经第一气动薄膜调节阀7和第一质量流量计8进入天然气掺氢缓冲罐17，与天然气掺氢混合后进入下游用户。时时监测氢气缓冲罐3罐体的第一压力变送器4，当监测压力低于设定压力值时，系统默认可再生能源发电系统、电解制氢系统产量不能满足下游用户使用需求，储存备用的高压储罐14启动使用，第二气动阀12自动开启，进入已根据下游用户设定好压力的第二减压阀11，经第二气动薄膜调节阀10调节流量，经第二质量流量计9进入天然气掺氢缓冲罐17；当监测氢气缓冲罐3压力高于设定压力值时，系统默认可再生能源发电系统、电解制氢系统2产量高于下游用户使用需求，此时氢气隔膜压缩机13自动启动，
为高压储罐14补充、储存氢气，当第二压力变送器15的压力数值达到高压储罐压力上限时，氢气隔膜压缩机13关闭，高压储罐14作为能源储备备用。天然气经过第三气动薄膜调节阀18，调节流量，进入第三质量流量计19后进入天然气掺氢缓冲罐17。天然气掺氢缓冲罐17中设有天然气分析仪，时时监测储罐天然气与氢气浓度比例，当天然气掺氢缓冲罐17中的氢气与天然气浓度指标偏差时，系统控制第一气动薄膜调节阀7、第二气动薄膜调节阀10、第三气动薄膜调节阀18进行系统pid调节，提高或降低输出气体流量，从而起到调节浓度比例的作用。本技术克服了可再生能源波动性，避免了在天然气掺氢领域因可再生能源产氢的波动性影响用户的使用安全，同时，根据电力的波动性，在电力充足的时间对氢气进行了储存，减少了能源的浪费，在发电量较低的时间段，使用备用氢气供应，保障了用户的用气供应，同时还提供了一种的天然气掺氢的控制系统方法，有效的保证了氢气与天然气比例的调节安全供应。
33.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
35.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
36.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。