一种天然气掺氢系统

技术领域

本发明涉及一种天然气掺氢系统，属于能源技术领域。

背景技术

可再生能源制氢是解决我国风、光等绿色电力消纳难题的有效途径，但由于产消负荷的地理不匹配性，又存在氢气的大规模运输问题，天然气掺氢是解决大规模氢气长距离运输的可行途径之一。天然气掺氢技术是将氢气以一定体积比例掺入天然气中形成掺氢天然气(HCNG)，通过现有天然气管道进行输送，并可直接替代天然气进行使用的一种能源技术。该技术的突破及应用，将有助于我国绿色能源发展战略的顺利实施，保障和促进我国清洁能源行业的健康发展。

另外，我国天然气进口量逐年提高，对外依存度已达45％，这对于我国的能源安全是一个重大威胁。利用可再生能源制取绿色氢能，并通过天然气掺氢加以利用，这对我国的天然气缺口是一个有效补充。据统计，仅利用我国三北及西南地区的弃风、弃光、弃水电力制氢，每年的制氢量即可达100亿立方米以上，约为我国天然气进口量的10％。因此，天然气掺氢技术的突破及应用，对于保障我国的能源安全也有重要的战略意义。

天然气掺氢推广应用的关键是掺氢比的稳定控制。从天然气掺氢全过程来看，用户端尤其是工业用户的HCNG用气设备一般会针对一定的掺氢比进行参数设定，实际供应的HCNG掺氢比可在一定范围波动。若上游供应的HCNG掺氢体积比超出范围，则可能带来安全风险，或导致能源利用效率的下降，因此必须保持HCNG掺氢比例的基本稳定。天然气管道的天然气流量一般会在一定范围内波动，若不能及时根据天然气流量调整掺氢量，则可能导致掺氢比超出控制范围，给整个输气系统及下游用户带来安全风险。

发明内容

针对天然气在输送过程中流量存在波动问题，本发明提供了一种天然气掺氢系统，该系统能根据天然气的流量对氢气的流量进行调控，确保掺氢比在目标比例范围内，避免给整个输气系统及下游用户带来安全风险。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种天然气掺氢系统，所述系统包括天然气管路、天然气流量计、缓冲罐、氢气储罐、氢气流量控制器、氢气流量计以及控制模块；

天然气流量计安装在天然气管路上，天然气流量计用于实时监测天然气管路内的天然气流量；氢气管路的前端与氢气储罐连接，氢气储罐用于储存氢气，并为系统提供稳定的氢源；氢气管路的末端以及天然气管路的末端分别与缓冲罐连接，缓冲罐作为氢气和天然气的混合场所，可以提高混气均匀性；氢气流量控制器和氢气流量计安装在氢气管路上，且氢气流量控制器位于氢气流量计和氢气储罐之间，氢气流量计对调整后的氢气流量进行监测，不仅起到实时监测氢气管路内氢气流量的作用，还起到检验调控效果的作用；控制系统的信号输入端分别与氢气流量计和天然气流量计连接，控制系统的信号输出端与氢气流量控制器连接，控制模块一方面用于采集、处理天然气流量计和氢气流量计的监测结果，另一方面用于控制氢气流量控制器内部的阀门开度以调节氢气管路内氢气的流量，从而实现掺氢比在目标比例范围内。

进一步地，天然气流量计和氢气流量计均选用质量流量计，相应地，氢气流量控制器选用质量流量控制器，监测精度高，结果更准确。

进一步地，对中高压天然气进行掺氢时，所述系统还包括氢气压缩机，氢气压缩机安装在氢气管路上，用于提高氢气储罐输出的氢气压力，实现与中高压天然气的有效混合。

进一步地，缓冲罐内填充陶瓷填料(如SiO

进一步地，陶瓷填料的形状优选蜂窝状，填充的陶瓷填料为缓冲罐容积的20％～30％。

进一步地，所述系统还包括气体报警器，用于监测整个系统是否存在氢气或/和天然气泄漏问题，提高整个系统的安全性。

有益效果：

(1)质量流量计的监测精度高，结果准配，配合质量流量控制器能够实现对氢气流量的精确调控，确保掺氢比在目标范围内。

(2)在氢气压缩机的配合作用下，能够提高氢气的压力，实现与中高压天然气的有效混合，拓宽所述系统的适用范围；

(3)缓冲罐内填充的填料能够促进氢气和天然气混合均匀，而且能控制较低的气体压降，有利于掺氢天然气向下游用户的输送；

(4)设置的气体报警器，能够监测整个系统是否存在气体泄漏问题，提高整个系统的安全性；

本发明所述系统结构简单，安全性高，能够实现天然气与氢气的有效混合，而且天然气掺氢比波动范围小，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为实施例中所述天然气掺氢系统的结构示意图。

其中，1-氢气储罐，2-氢气质量流量控制器，3-氢气质量流量计，4-天然气质量流量计，5-缓冲罐，6-控制模块，7-天然气管路，8-天然气管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种天然气掺氢系统，所述系统包括天然气管路8、天然气质量流量计4、缓冲罐5、氢气储罐1、氢气质量流量控制器2、氢气质量流量计3以及控制模块6；

天然气质量流量计4安装在天然气管路8上，用于实时监测天然气管路8内的天然气流量；氢气储罐1安装在氢气管路7的前端，用于储存氢气，并为所述系统提供稳定的氢源；氢气管路7的末端以及天然气管路8的末端分别与缓冲罐5连接，缓冲罐5作为氢气和天然气的混合场所，可以提高混气均匀性；氢气质量流量控制器2和氢气质量流量计3安装在氢气管路7上，且氢气质量流量控制器2位于氢气质量流量计3和氢气储罐1之间，氢气质量流量计3对调整后的氢气流量进行监测，不仅起到实时监测氢气管路7内氢气流量的作用，还起到检验调控效果的作用；控制系统6的信号输入端分别与氢气质量流量计3和天然气质量流量计4连接，控制系统6的信号输出端与氢气质量流量控制器2连接，控制模块6一方面用于采集、处理天然气质量流量计4和氢气质量流量计3的监测结果，另一方面用于控制氢气质量流量控制器2内部的阀门开度以调节氢气管路7内氢气的流量，从而实现掺氢比在目标比例范围内。

进一步地，所述系统用于对中高压天然气进行掺氢时，所述系统还包括氢气压缩机，氢气压缩机安装在氢气管路7上，可以安装在氢气质量流量计3与缓冲罐5之间，用于提高氢气储罐1输出的氢气压力，实现与中高压天然气的有效混合。

进一步地，所述缓冲罐5内可以填充蜂窝状的陶瓷填料(如SiO

进一步地，所述系统还可以设置气体报警器，用于监测整个系统是否存在氢气或/和天然气泄漏问题，提高整个系统的安全性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。