一种制氢加氢一体化设备及其控制方法

技术领域：

本发明涉及氢气相关设备设计领域，尤其是指一种制氢加氢一体化设备及其控制方法。

背景技术：

在“碳达峰、碳中和”的发展目标下，减少化石能源的使用是重要的发展路径，因为现有的二氧化碳排放主要是来自于化石能源的广泛使用，因此，如何发展并使用新型清洁能源成为了重中之重。氢能作为一种燃烧热值高、使用过程无污染的新型能源，可以成为化石能源的主要替代能源。

目前，制氢后将氢气加入用氢设备之间，需要完成对氢气品质的监测，并根据监测结果调整加氢的具体工作状态，不同的工作状态又需要控制不同的节点设备，上述的过程在现有技术中并没有一套完整可靠的设备。

所以亟需一种制氢加氢一体化设备，有助于解决现有技术中缺乏一种完整可靠的设备，对制氢后的加氢过程进行实时监控，并根据不同的工作状态调整不同节点上设备的技术问题。

发明内容：

在一实施例中，本发明提供了一种制氢加氢一体化设备，通过氢气纯度检测装置以及对不同开关阀的控制，有助于解决现有技术中缺乏一种完整可靠的设备，对制氢后的加氢过程进行实时监控，并根据不同的工作状态调整不同节点上设备的技术问题。

所述制氢加氢一体化设备包括第一氢气管路和氢气纯度检测装置，以及第一开关阀、第一放空管路、第二开关阀、第二氢气管路、吹扫进气管、第三开关阀、第二放空管路、第四开关阀、第三氢气管路、第五开关阀、第六开关阀；

所述第一氢气管路的第一端连接气源，其中，所述气源为氢气气源；

所述氢气纯度检测装置的检测端连接在所述第一氢气管路上以检测所述气源的氢气纯度；

所述第一开关阀串联在所述第一氢气管路上；

所述第一放空管路的第二端连接在所述第一氢气管路上；

所述第二开关阀串联在所述第一放空管路上；

所述第二氢气管路的第三端与所述第一氢气管路的第四端连接，所述第二氢气管路的第五端连接加氢装备；

所述吹扫进气管的第六端连接在所述第二氢气管路上，所述吹扫进气管的第七端连接吹扫装置，以使所述吹扫装置通过所述吹扫进气管实现设备内部管路的吹扫；

所述第三开关阀串联在所述吹扫进气管上；

所述第二放空管路的第八端连接在所述第二氢气管路上，且所述第八端位于所述第六端与所述加氢装备之间；

所述第四开关阀串联在所述第二放空管路上；

所述第三氢气管路的第九端连接在所述第二氢气管路上，且所述第九端位于所述第八端与所述加氢装备之间，所述第三氢气管路的第十端连接在所述第二放空管路上，且所述第十端位于所述第四开关阀与所述第二放空管路的第十一端之间；

所述第五开关阀串联在所述第三氢气管路上；

所述第六开关阀串联在所述第二氢气管路上，所述第六开关阀位于所述第三端与所述第六端之间。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括第七开关阀；

所述第七开关阀串联在所述第二氢气管路上，所述第七开关阀位于所述第六开关阀与所述第六端之间。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括第八开关阀；

所述第八开关阀串联在所述第二氢气管路上，所述第八开关阀位于所述第七开关阀与所述第六端之间。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括压力采集管路和压力测量装置；

所述压力采集管路的第十二端连接在所述第二氢气管路上；

所述压力测量装置连接在所述压力采集管路的第十三端。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括压力变送器；

所述压力变送器连接在所述压力采集管路上，所述压力变送器的采集端位于所述第十二端与所述压力测量装置之间。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括加氢指示灯；

当所述氢气纯度检测装置判断所述气源输入的氢气符合预定纯度要求时，所述加氢指示灯处于常亮状态，当所述第二氢气管路处于流动符合纯度要求氢气时，则处于闪烁状态，当所述第二氢气管路停止流动氢气时，则所述加氢指示灯处于熄灭状态。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括吹扫指示灯；

所述吹扫指示灯常亮表示吹扫装置准备就绪，所述吹扫指示灯闪烁表示吹扫装置正在吹扫过程中，所述吹扫指示灯熄灭表示吹扫完成。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括压缩机，所述压缩机对氢气加压达到预定压力设定值。

在一实施例中，所述第一开关阀为气动薄膜阀，所述第二开关阀为气动球阀。

在一实施例中，本发明还提供了一种制氢加氢一体化设备的控制方法，基于所述的制氢加氢一体化设备，所述控制方法包括：

通过所述氢气纯度检测装置判断所述气源的氢气纯度，如果所述气源的氢气纯度符合预定纯度标准，则关闭所述第二开关阀，并打开所述第六开关阀；

判断压缩机是否处于待工作状态，如果是，则对所述第二氢气管路通过所述吹扫装置实现额定次数的吹扫工作流程，所述压缩机为气源的氢气提供气压；

所述气源对所述加氢装备提供符合所述预定纯度标准的氢气。

附图说明：

图1为本发明一实施例中制氢加氢一体化设备的管路结构示意图；

图2为本发明另一实施例中制氢加氢一体化设备的控制架构示意图；

图3为本发明另一实施例中制氢加氢一体化设备控制方法流程示意图。

附图标记：

第一氢气管路          1

第一端                101

氢气纯度检测装置      2

第一开关阀            3

第一放空管路          4

第二端                401

第二开关阀            5

第二氢气管路          6

第三端                601

加氢装备              7

吹扫进气管            8

第六端                801

第七端                802

吹扫装置              9

第三开关阀            10

第八端                1101

第十一端              1102

第二放空管路          11

第四开关阀            12

第三氢气管路          13

第九端                1301

第十端                1302

气源                  100

第五开关阀            14

第六开关阀            15

第七开关阀            16

第八开关阀            17

压力采集管路          18

第十二端              1801

第十三端              1802

压力测量装置          19

压力变送器            20

加氢指示灯            21

吹扫指示灯            22

压缩机                23

水电解制氢系统        24

控制系统              25

具体实施方式：

图1为本发明一实施例中制氢加氢一体化设备的管路结构示意图。如图1所示，在氢气加入到加氢设备7之前，需要对气源100中的氢气纯度进行监测，确保加入加氢设备7时达到预定纯度标准，除此之外，还需要对氢气纯度监测时的管路内氢气进行其他调整，并对管路进行处理，比如吹扫等操作。

在一实施例中，本发明提供了一种制氢加氢一体化设备，所述制氢加氢一体化设备包括第一氢气管路1和氢气纯度检测装置2、第一开关阀3、第一放空管路4、第二开关阀5、第二氢气管路6、加氢装备7、吹扫进气管8、吹扫装置9、第三开关阀10、第二放空管路11、第四开关阀12、第三氢气管路13、第五开关阀14、第六开关阀15；

第一氢气管路1的第一端101连接气源100，其中，气源100为氢气气源；

氢气纯度检测装置2的检测端连接在第一氢气管路1上以检测气源100的氢气纯度；

第一开关阀3串联在第一氢气管路1上；

第一放空管路4的第二端401连接在第一氢气管路1上；

第二开关阀5串联在第一放空管路4上；

第二氢气管路6的第三端601与第一氢气管路1的第四端102连接，第二氢气管路6的第五端602连接加氢装备7；

吹扫进气管8的第六端801连接在第二氢气管路6上，吹扫进气管8的第七端802连接吹扫装置9，以使吹扫装置9通过吹扫进气管8实现设备内部管路的吹扫；

第三开关阀10串联在吹扫进气管8上；

第二放空管路11的第八端1101连接在第二氢气管路6上，且第八端1101位于第六端801与加氢装备7之间；

第四开关阀12串联在第二放空管路11上；

第三氢气管路13的第九端1301连接在第二氢气管路6上，且第九端1301位于第八端1101与加氢装备7之间，第三氢气管路13的第十端1302连接在第二放空管路11上，且第十端1302位于第四开关阀12与第二放空管路11的第十一端1102之间；

第五开关阀14串联在第三氢气管路13上；

第六开关阀15串联在第二氢气管路6上，第六开关阀15位于第三端601与第六端801之间。

在本实施例中提供了一种制氢加氢一体化设备的具体实施方式。氢气纯度检测装置2用于监测氢气纯度，由于需要进行监测氢气纯度，所以需要通过第一氢气管路1和第二氢气管路6，以及第三氢气管路13进行氢气的监测、开关等功能，由于这些管路的存在，所以除了上述功能外，还需要对管路中的氢气浓度进行控制，比如吹扫等操作。所述制氢加氢一体化设备提供了一种管路管理的设计方式，具体而言，要控制气源100的氢气浓度外，还要考虑管路中氢气纯度状况，最终达到进入加氢装备7的氢气浓度必须达到所需的氢气纯度。

吹扫操作是指使用氮气对管路进行吹扫，吹扫操作是为了防止空气进入加氢管路，进而对管路内部氢气完全排出，以及对下一次加入管路氢气之前所做的预处理，在实际工作过程中，首先，第二开关阀5处于常开状态，在此状态下，第一放空管路4处于放空状态，也就是说其中的氢气可以排放到外界，气源100对第一氢气管路1充气，氢气纯度检测装置2此时对第一氢气管路1中的氢气纯度进行监测，除此之外，还可以通过露点仪检测氢气的含水量，通过微量氧分析仪检测氢气中的含氧量等等，当发现上述监测或者检测的指标均符合标准时，第六开关阀15打开，第二开关阀5关闭，此时符合标准的氢气便从第一氢气管路1进入第二氢气管路6，第一开关阀3用于通过自身的阀门开度来控制氢气的出气量，第三开关阀10是吹扫的开关阀，吹扫装置9可以向第二氢气管路6吹入氮气，这个过程就称之为“吹扫”。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括第七开关阀16；

第七开关阀16串联在第二氢气管路6上，第七开关阀16位于第六开关阀15与第六端801之间。

在本实施例中提供了一种在第二氢气管路6串联第七开关阀16的具体实施方式，增加一个可手动的开关阀门，控制第二氢气管路6中氢气进入。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括第八开关阀17；

第八开关阀17串联在第二氢气管路6上，第八开关阀17位于第七开关阀16与第六端801之间。

在本实施例中提供了一种在第二氢气管路6上设置第八开关阀17的具体实施方式，第八开关阀17为气动球阀，用于控制氢气是否进入第二氢气管路6的后段。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括压力采集管路18和压力测量装置19；

压力采集管路18第十二端1801连接在第二氢气管路6上；

压力测量装置19连接在压力采集管路18的第十三端1802。

在本实施例中提供了一种在所述制氢加氢一体化设备增加压力测量装置19的具体实施方式，除了上面提到的氢气纯度、含水量、含氧量外，还需要对进入加氢装置7的氢气进行压力检测，当氢气压力达到预定要求时，代表加氢完成，其中，压力测量装置19为压力表。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括压力变送器20；

压力变送器20连接在压力采集管路18上，压力变送器20的采集端位于第十二端1801与压力测量装置19之间。

在本实施例中提供了一种在压力采集管路18上连接压力变送器20，以便将压力数据信号传送至外部的控制系统25，具体外部的控制系统25如何进行信号控制，后文会具体描述，在此就不再赘述了。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括加氢指示灯21；

当氢气纯度检测装置2判断气源100输入的氢气符合预定纯度要求，并待加氢机工作完成后恢复工作状态时，加氢指示灯21处于常亮状态，当第二氢气管路6处于流动符合纯度要求氢气时，则处于闪烁状态，当第二氢气管路6停止流动氢气且压力变送器20达到设定加氢压力时，则加氢指示灯21处于熄灭状态。

在本实施例中提供了一种增加加氢指示灯21的具体实施方式，加氢指示灯21用于表示加氢时的不同工作状态。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括吹扫指示灯22；

吹扫指示灯22常亮表示吹扫装置9准备就绪，吹扫指示灯22闪烁表示吹扫装置9正在吹扫过程中，吹扫指示灯22熄灭表示吹扫完成。

在本实施例中提供了一种吹扫指示灯22用于表示不同吹扫工作状态的具体实施方式。

在一实施例中，所述制氢加氢一体化设备还包括压缩机23，压缩机23对氢气加压达到预定压力设定值。

在本实施例中提供了一种通过压缩机23将氢气加压至预定压力预定值，通过管路最终通入加氢装置7的具体实施方式。

在一实施例中，第一开关阀3为气动薄膜阀，第二开关阀5为气动球阀。

在本实施例中提供了一种第一开关阀3和第二开关阀5采用不同类型阀体的具体实施方式，其中，所述气动薄膜阀可以控制其开度，进而控制氢气的进气量，所述气动球阀主要是负责开关两个状态。

图2为本发明另一实施例中制氢加氢一体化设备的控制架构示意图，图3为本发明另一实施例中制氢加氢一体化设备控制方法流程示意图。如图2和图3所示，在一实施例中，本发明还提供了一种制氢加氢一体化设备的控制方法，基于所述的制氢加氢一体化设备，所述控制方法包括：

S101，通过氢气纯度检测装置2判断气源100的氢气纯度，如果气源100的氢气纯度符合预定纯度标准，则关闭第二开关阀5，并打开第六开关阀15。

在本步骤中提供了一种通过氢气纯度检测装置2判断氢气纯度的具体步骤。

S102，判断压缩机23是否处于待工作状态，如果是，则对第二氢气管路6通过吹扫装置9实现额定次数的吹扫工作流程，其中，压缩机23为气源100的氢气提供气压；。

在本步骤中提供了一种进行加入氢气前的所述压缩机23状态判断，以及第二氢气管路6进行预先吹扫的具体步骤，其中，所述额定次数为三次。

S103，气源100对加氢装备7提供符合所述预定纯度标准的氢气。

在本步骤中提供了一种对加氢装备7进行提供氢气的具体步骤。

在本实施例中提供了一种所述制氢加氢一体化设备的控制方法，除了本实施例中的最基本控制方法外，基于上述的技术特征，可以细化其控制方法：

所述制氢加氢一体化设备还包括上述的压缩机23，以及控制系统25；

控制系统25，用于接收压力变送器20的压力信号，并控制开关阀的开合，且控制系统25上设置有加氢指示灯21和吹扫指示灯22。

另外，控制系统25还用于控制吹扫装置9的开启或关闭。

控制系统25是通过时间序列和压力两个方面来判断吹扫和加氢的工作状态，进而完成加氢的全过程，气源100的氢气来源于水电解制氢系统24，水电解制氢系统24采用气液处理框架，利用水通过电解槽实现氢气和氧气分离，然后再将其中的氢气进行冷却、干燥、过滤，最终作为气源100。刚分离出的氢气由于原料氢气温度高且富有大量的水分，所以要进行冷却、干燥、过滤的处理。主要是设备是气体的冷却器用于冷却，干燥塔吸附氢气中的水分，最终通过过滤器去除氢气中含有的杂质。

在加氢过程中，首先上述的气源100提供了氢气后，氢气会进入第一氢气管路1中，并且在上述制氢的过程中，第二开关阀5处于打开状态，第一氢气管路1的氢气此时处于放空状态，第一开关阀3用于控制氢气的气量，第八开关阀17处于关闭状态，控制氢气暂时不进入第二氢气管路6后半段；

氢气纯度检测装置2检测第一氢气管路1中的氢气纯度是否符合预定纯度标准，如果符合，也是就是此时的气源100提供的高浓度氢气已经灌满第一氢气管路1，另外，还可以对第一氢气管路1中的氢气含水量和含氧量进行评测，不合格的话，可以继续进行第一氢气管路1的放空工作流程。

此时，开启第三开关阀10，并可以通过控制系统25上的第一按钮启动吹扫装置9，与此同时，第五开关阀14处于打开状态，吹扫装置9将氮气充入第二氢气管路6，利用第二放空管路11将第二氢气管路6中的氢气排出，将吹扫装置9重复吹扫三次，然后关闭第五开关阀14第三开关阀10。

氢气检测符合预定要求后，控制系统25通过第二按钮关闭第二开关阀5、开启第八开关阀17，氢气检测符合预定要求可以作为判断条件，将第六开关阀15打开，最后启动加氢装置7。

压力测量装置19此时会显示当前压力值，而压力变送器20会将所述当前压力值发送至控制系统25，如果当前压力值大于预定值时，则控制系统25会将第八开关阀17关闭，如果当前压力值符合预定值，则直到完成加氢工作。

完成加氢工作后，为了确保工作环境中不存留氢气，进而确保安全性和可靠性，则需要进行二次吹扫，此时控制系统25在完成加氢工作预定时间后，先后打开第三开关阀10和第五开关阀14再次完成吹扫工作，吹扫过程需要重复三次。

如果在加氢过程中，压力变送器20检测的所述当前压力值不够，则需要控制系统25启动压缩机23，增加气源100的氢气压力达到所述预定值后，则控制系统25关闭压缩机23。

为了保护压缩机23的使用寿命，压缩机23在工作一次后需要停机半小时，之后方可进行下次加氢工作。

加氢指示灯21和吹扫指示灯22按照上文的描述，根据吹扫和加氢两个工作过程进行显示。

另外，吹扫指示灯22处于常亮状态，还可以表示压缩机23处于可工作的待机状态，放空氢气一般时长为3秒。