[发明专利]一种混氢天然气管道阀室安全放空系统及方法

说明书

本发明公开了一种混氢天然气管道阀室安全放空系统及方法，系统包括干线截断系统、放空及放空补偿系统和空气置换系统。本发明通过设置临时空气置换系统排尽初始放空时放空管道内空气，从本质上保障初始放空阶段的安全操作；采用放空速率补偿系统，防止放空中后期管道内压力降低而造成介质流速过小，进而引起放空管压力降低的问题；同时，设置阻火器进一步提高系统防回火性能。通过本发明，实现混氢天然气管道的阀室安全放空。本发明一方面省去了设置运行期隔离放空系统中空气进入的设施，另一方面通过设置严谨的置换和补偿放空功能，避免了混氢天然气在阀室泄放中的安全问题。

技术领域

本发明涉及一种混氢天然气管道阀室安全放空系统及方法。

背景技术

氢气作为新能源重要发展方向之一，与传统化石燃料相比，其具有热值高、燃烧产物不污染环境、来源广泛、可再生的显著优势，被称为未来的清洁能源，将成为人类未来解决日益严峻的能源和环境问题的一条新途径。氢气运输是氢能利用的重要环节，采用可靠的管道输送方式连接氢气气源与目标用户，是优化能源消耗、推动氢能利用的关键。相比于高纯氢管道(氢气含量高于99％)直接铺向天然气干线管道(用于混合后，利用天然气干线长距离外输)或用户，混氢天然气管道具有资源调配灵活、管道利用率高的特点，可将上游氢气产品掺混进入临近的天然气支线管道，到达用户或天然气干线混合站，实现同管中远程输送，或用于将乙烷裂解生成的甲烷氢输送至用户或天然气干线混合站，这将成为未来较为热门的氢气资源长距离中继运输和利用途径。然而，氢气易于泄漏，且爆炸极限宽(4％～75％)；同时，氢气泄放后极有可能产生自燃(燃烧)，燃烧机理主要包括了扩散自燃、摩擦自燃和点火燃烧，且极易发展为管道内部的爆燃或爆炸。进一步地，掺混不同比例天然气后，氢气-天然气体系特性更为复杂。

混氢天然气输送管道系统的放空系统是其安全保障系统的核心之一，用于在超压、检修等工况下对管道中介质进行泄放。相比于管道首站和末站这类可依托大型泄放设施的场站，管道沿线阀室的放空系统安全配置问题需要综合考虑可行性、安全性和经济性等问题。对于混氢天然气体系，，在泄放初始阶段，有可能发生介质大量进入放空管道而引起的无点火源扩散自燃，也可能发生介质与管道剧烈摩擦引起的摩擦自燃，亦可能介质离开放空立管时在管口附近受外界点火引起燃烧；当密闭管道内发生燃烧后，极易诱发爆燃或爆炸。同时，受氢气燃烧特性影响，在放空管道内可能产生强于天然气泄放的回火。因此，对于放空依托条件较好的大型站场，混氢天然气通过火炬系统可实现进行安全排放，但对于混氢天然气管道阀室的放空系统，由于依托条件相对较差，应进行放空系统安全、经济配置研究，保障放空安全，以弥补现有技术报道的空白和推动该领域技术进步。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种混氢天然气管道阀室安全放空系统及方法，通过设置临时空气置换系统排尽初始放空时放空管道内空气，从本质上保障初始放空阶段的安全操作；采用放空速率补偿系统，防止放空中后期管道内压力降低而造成介质流速过小，进而引起放空管压力降低的问题；同时，设置阻火器进一步提高系统防回火性能。通过本发明，实现混氢天然气管道的阀室安全放空。

本发明所采用的技术方案是：一种混氢天然气管道阀室安全放空系统，包括干线截断系统、放空及放空补偿系统和空气置换系统，其中：

所述干线截断系统包括干线管道和设置在干线管道上的截断球阀，在截断球阀的上下游设置干线旁路，在干线旁路两端靠近干线的位置均安装旁路截断阀和压力变送器，在两个旁路截断阀之间的干线旁路上安装压力变送器；

所述放空及放空补偿系统包括与干线旁路依次连接的旁路外接管道、高压分支管、放空汇路、放空总管和放空火炬，在高压分支管的两个分支管道上均设置放空截断阀和限流孔板或调节阀；

所述空气置换系统包括在靠近两个旁路截断阀下游的干线旁路上设置的两个置换注气支管，在旁路外接管道和放空总管的起端及末端设置的三个置换排气支管，在两个置换注气支管上均设置有截断阀，在三个置换排气支管上均设置有截断阀和止回阀。