[发明专利]一种长输管道天然气加氢气装置及方法

权利要求书

1.一种长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，包括管路部分、PLC控制器(9)和安全保护部分，管路部分包括主管线(1)、第一管路(15)、第二管线(16)和混合总管线，第二管线(16)与第一管路(15)连接，主管线(1)和第一管路(15)与混合总管线连接，混合总管线上设置有静态混合器(7)，PLC控制器(9)分别与主管线(1)和第一管路(15)连接，根据主管线(1)和第一管路(15)的压力和流量信息调节第一管路(15)的氢气流量，经混合总管线上的静态混合器(7)后输出，安全保护部分包括可燃气体报警控制器和正压防爆控制系统，能够发出声光报警并保护电气装置在爆炸性气体危险环境下安全运行。

2.根据权利要求1所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，第一管路(15)上设置有第二卸压阀(17)，第二卸压阀(17)依次经第二过滤器(18)、第二流量计(19)、调节控制阀(21)、第三截断阀(22)和单向阀(23)后与混合总管线连接，第二流量计(19)和调节控制阀(21)之间设置有第二压力变送器(20)，第二流量计(19)、第二压力变送器(20)和调节控制阀(21)分别通过信号控制线(8)与PLC控制器(9)连接。

3.根据权利要求1或2所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，第二管线(16)上设置有电解水制氢装置(27)，电解水制氢装置(27)的正极与氧气缓冲罐(26)连接，负极依次经氢气缓冲罐(25)和增压压缩机(24)后与第一管路(15)上的第二卸压阀(17)连接。

4.根据权利要求2所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，第二卸压阀(17)和第二过滤器(18)之间连接有氢气回流管线(13)，氢气回流管线(13)上设有第一泄压阀(12)。

5.根据权利要求1所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，主管线(1)上设置有第一截断阀(2)，第一截断阀(2)依次经第一过滤器(3)、第一流量计(5)和第二截断阀(6)后与混合总管线连接，第一过滤器(3)和第一流量计(5)之间设置有第一压力变送器(4)，第一压力变送器(4)和第一流量计(5)分别通过信号控制线(8)与PLC控制器(9)连接。

6.根据权利要求5所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，可燃气体报警控制器与第一截断阀(2)连接。

7.根据权利要求1所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，主管线(1)还连接有旁通管线(11)，通过旁通管线(11)与混合总管线连接，旁通管线(11)上设置有旁通阀(14)。

8.根据权利要求1所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，静态混合器(7)内部设置有扰流网。

9.根据权利要求1所述的长输管道天然气加氢气装置，其特征在于，PLC控制器(9)设置在正压箱内，正压箱内保持空气或氮气正压。

10.一种根据权利要求1所述长输管道天然气加氢气装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

主管线上设置的第一压力变送器和第一流量计以及第一管路上设置的第二流量计和第二压力变送器分别检测天然气管路和氢气管路的压力和流量信息，然后将信息发送至PLC控制器，PLC控制器根据计算的标况流量Q_b设置混配比例n，标准状态下的流量Q_b计算如下：

其中，Q为工况下的流量，m³/h，为介质的绝对压力，MPa，P为标准状态下的压力，P_b为0.101325MPa，T为介质工况下的温度，K，T_b为标准状态下的温度，为293K，F_z为压缩因子；

天然气与氢气实时的混配比例n′如下：

n′＝Q_b1/Q_b2

其中，Q_b1、Q_b2为天然气和氢气的标况流量，在PLC控制器中预设的混配比例为n与n′不相等时，通过第一管线上的调节控制阀调节氢气的流量，实现天然气与氢气的混合；当第一管线的流量过大或压力过高，导致氢气与天然气的比例超过混配比例时，通过第一管线连接的回流管线自动泄压回流；当发现可燃气体泄漏，可燃气体报警控制器发出声光报警，并关断主管线上的第一截断阀。