[实用新型]一种含氢天然气管道停输安全保障的装置系统

说明书

本实用新型提供一种含氢天然气管道停输安全保障的装置系统，所述装置系统包括并联设置的干线系统和支线系统以及分别与干线系统和支线系统相连的监测控制指导系统；所述支线系统包括压缩回收支管和设置在压缩回收支管上的压缩回收装置，监测控制指导系统中的控制系统分析压力监测装置的监测结果，控制及指导压缩回收装置启停及开关干线截断装置。本实用新型所述装置系统采用间隔式压缩转移‑释放平压模式，实现含氢天然气管道的安全停输，并有效避免了管段含氢天然气放空浪费。

技术领域

本实用新型涉及含氢天然气管道安全保障技术领域，尤其涉及一种含氢天然气管道停输安全保障的装置系统。

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、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。随着能源利用效率提高，利用天然气附属产品裂解所制氢气、风电能或水电能电解水所制氢气的技术日益成熟且存在市场需求。产出的氢气加入已建天然气管道进行长距离输送，具有氢气资源远程调度或直接提高天然气清洁度的优点，是一种较为高效的氢气利用手段。这类管道称为含氢天然气管道，其氢气掺混浓度一般低于10％(体积分数)，且大多需要复核并满足已建天然气管道的材质要求。

氢气在钢制管道中高压输送时，氢损伤是管道安全保障的关键控制问题。通过较为准确地氢气浓度、操作压力、操作温度等综合比选分析后，确定管道材料性能，以保障输送安全。对于含氢天然气管道，若以掺混氢气浓度作为管道选材评价依据，在混氢天然气体系流动状态下是可行的。然而，需要注意的是，氢气的摩尔质量远低于天然气，虽然流动过程中可保证体系介质较好混合，但在管道停输时，管道中留存的氢气-天然气介质将发生较为明显的分层现象，这将导致管道局部氢气分压高于设计工况。尤其对于拟掺混氢气输送(原始氢气浓度小于10％)的已建天然气管道，一般采用较高钢级的管材，一旦发生停输后聚集引起的氢气局部浓度过高，可能引起管道氢损伤风险，因此对于停输后氢气聚集的问题应当引起重视。

CN111322521A公开了一种基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统及方法，系统包括干线系统、阀室系统、沿途监测系统和控制系统；该含氢天然气管道安全保障系统在明确管道抗氢损伤能力(材料最低氢损伤分压)和氢气聚集分压安全值的基础上，利用流场分析软件进行典型长直管道介质压力和停输时间对停输后体系氢气聚集浓度的影响规律模拟，制定以局部氢分压达到氢气聚集分压安全值为限的安全停输时间标准，并进一步利用管道配置的阀室系统安装沿程监测系统，以实时测量多点的氢气聚集浓度和计算氢气聚集分压，以从停输时间和实时浓度测量这两个角度控制管道间歇性进行指标超限后的排放，以兼顾管道停输安全和减少持续排放。但是上述方法需要对含氢管道介质进行放空，会造成能源的极大浪费，而且由于含氢介质排放，在放空过程中易出现火灾、爆炸等危险事故。

关于管道停输安全，CN108758349A公开了一种中长距离液体硫磺管道停输和再启动安全泄放系统及方法，系统包括液体硫磺管道停输稳压系统、液体硫磺管道停输泄放系统、硫磺再熔化压力保护系统。该系统通过选择并设置沿途典型低点停输泄放系统和高点稳压系统，能够最大程度将停输后管道内的硫磺利用其余温排放至系统外，降低凝固膨胀和再启动不均匀膨胀对管道系统的威胁；再熔化时，通过设置低点安全泄放系统，辅以管道系统的加热程序，进一步降低低点积聚的凝固硫磺不均匀熔化膨胀风险，主动将硫磺从管道内壁和中空管内侧排出系统，提供了更多膨胀空间。该方法虽然也适用于含氢天然气管道实现安全停输，但需要放空，会造成严重能源浪费，并可能引发安全问题。