一种高压氢储存与管道输送安全系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压氢储存与管道输送安全系统，包含高压氢输送管道，在高压氢输送管道上串联的多个电控截止阀，并联在每一个电控截止阀两端的管道上的逆向氢气流感应器，布置在高压氢输送管道上的管道断裂点信号采集器；高压储氢罐连接高压氢输送管道；控制系统计算机与逆向氢气流感应器和管道断裂点信号采集器连接，与控制系统计算机连接的用户信息接收与处理计算系统。本发明专利技术针对高压氢管道输送可能的、影响较大的事故，通过对事故信息的收集，处理；在意外事故导致管道破裂等重大安全事故时，能及时关电控截止阀，防止氢气的持续大量泄漏泄露，有利于控制事故时态进一步发展，提高了管道系统的安全性。

A safety system for high pressure hydrogen storage and pipeline transportation

【技术实现步骤摘要】
一种高压氢储存与管道输送安全系统
本专利技术属于氢能能源应用领域。具体涉及一种高压氢储存与管道输送安全系统。
技术介绍
当今以化石能源为主要消费形式的广泛应用，推动着人类社会快速发展，但同时也造成了以CO2排放导致的地球变暖为主要表现形式的地球环境不可逆影响，使得能源的低碳化转型发展成为中国应对外部新挑战、内部发展产业转型升级的共同需求。氢能在能源、交通、工业、建筑等领域具有广阔的应用前景，尤其以燃料电池汽车为代表的交通领域是氢能初期应用的突破口与主要市场。化石能源的低碳化制氢是未来氢能领域制氢的主要方向之一。经过几十年的发展，氢能源应用的安全问题基本解决，但是在大规模氢的应用，一些典型事故条件下氢的安全问题还重视不够，本质安全技术存在空白，特别需要解决低概率安全事故(例如天灾、人为事故等因素)引发的氢安全问题，因为这些问题可能造成重大的人员伤亡、生命财产损失和严重的不利社会影响。在高压、大规模储气罐储氢、管道输送氢系统的本质安全方面，存在的主要问题包括：①制造高压氢输送的管道金属材料的氢脆导致材料力学性能下降问题。金属材料在氢作用下由于存在氢脆效应，随着使用时间延长，其力学性能会出现明显不利变化，影响高压氢的安全包容能力。在环境不良因素共同作用下可能引起脆性断裂等事故。②对于一些典型的事故模式，意外事故可能导致高压储氢罐、高压氢输送管道破裂，从而导致氢的大量持续释放，氢爆等事故可能造成重大人员伤亡和财产损失，并影响社会的稳定。在高压氢气的输送过程中，若规定氢从高压氢源端向低压用户端的流向为正向气流，则从用户端向相反方向的氢气流则命名为逆向气流。对于大量氢从用户端流向的逆向气流泄漏情景，目前广泛使用的氢单向安全阀能够很好地解决问题，一旦发生管道内气体流的逆向流动，单向安全阀内的阀芯在反向流体的推力下会自主实现阀门关闭，实现反向气体流的截断。但这种单向阀不能自主截断正向氢气流，不能避免事故条件下正向氢气流持续外泄，从而可能引起大的氢爆安全事故。当今社会，以人工智能为标志的信息收集、存贮，以及利用这些信息对各种用户终端进行自动控制、显示的相关技术已经高达发达和成熟。本专利技术专利在详细分析意外事故场景条件下，通过发展一定方法感应得到事故或事故预警相关信息，则可以利用这些信息作为事故预警或控制依据，发展出满足本质安全性高的新型高压氢高压罐储存、管道安全输送系统技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种设计合理、技术可行、制造成本低、本质安全性好，且满足未来大规模制氢、储氢、大规模管道输送氢对安全提升的要求，满足大规模氢气输送、储存过程中可能的事故应急处置、安全监视与监管的需求。为实现上述目的，本专利技术提供一种高压氢储存与管道输送安全系统，包含高压氢输送管道，在高压氢输送管道上串联的多个电控截止阀，并联在每一个电控截止阀两端的管道上的逆向氢气流感应器，设置在高压氢输送管道上的管道断裂点信号采集器；高压储氢罐连接高压氢输送管道；控制系统计算机与逆向氢气流感应器和管道断裂点信号采集器连接，与控制系统计算机连接的用户信息接收与处理计算系统。上述高压氢输送管道由内到外包含内衬铝管、钢质外管和外套管，外套管上设有氢传感器，氢传感器连接控制系统计算机；高压氢输送管道左端设法兰，右端设法兰，在法兰的径向方向开有一个排气孔。上述逆向氢气流感应器包含气缸，和与气缸相配合的圆柱体活塞，在气缸外部装配有金属导体感应线圈；气缸的进气口、排气口分别与电控截止阀两端的管道连通。上述管道断裂点信号采集器包含信号线和断路信号接收处理器。上述高压储氢罐包含内容器-外容器组合件、顶端的密封法兰、内容器-外容器组合件外侧的外包套；在内容器-外容器组合件上缠绕有钢丝缠绕层，在外包套上安装有氢传感器；在罐体上安装有罐体径向应力应变传感测量装置；氢传感器和罐体径向应力应变传感测量装置连接控制系统计算机。上述内容器-外容器组合件包含铝制的内容器、排气法兰、钢制的外容器上段和外容器下段；外容器上段和外容器下段焊接为一体，并在两者之间设有拉杆。上述罐体径向应力应变传感测量装置包含刚性安装环，布置在安装环上的预紧螺栓和滑块，在滑块上安装有应力应变传感器。进一步的，控制系统计算机接受所有传感器和感应器信号，并根据预设的指令控制电控截止阀或者发出预警信号。进一步的，逆向氢气流感应器中，活塞由永磁材料制造，气缸由低磁性钢制造。进一步的，钢丝缠绕层是在内容器-外容器组合件外表面密实缠绕的多层钢丝层，缠绕的层数取决于钢丝的尺寸、容器壁承受的压力和钢丝的抗拉强度。进一步的，拉杆为沿轴向方向的长杆螺栓结构。优选的，高压氢输送管道和高压储氢罐使用钢-铝热等静压复合法制造。本专利技术的有益技术效果为：1、采用抗氢脆良好的铝材作为高压氢输送管道内胆材料，解决了高压管道长期在高压氢环境下材料氢脆带来的材料力学性能下降所带来的安全性问题；2、通过在电控截止阀门的进气口和出气口两端布置一个逆流气体感应器，能自动感应高压氢输送管道内的逆向气体流动，感应信号可靠。用此信息判断管道发生了泄漏，理念先进、可靠；3、通过在高压氢输送管道上布置管道断点感应与识别线及其配套传感器，通过感应意外事故对高压氢输送管道上布置的管道断点感应与识别线的影响信息，判断意外事故对高压氢输送管道的影响，理念先进、可靠；4、本专利技术利用逆流气体感应器、管道断点感应与识别线及其配套传感器收集的信息，作为电控截止阀控制依据，设计了对高压氢可能的意外事故及时响应的管道断点侦测及安全阀门控制系统的信号检测、自动控制、信息存储与传输等功能齐全，技术可靠。总之，本专利技术针对高压氢管道输送可能的、影响较大的事故，通过对事故信息的收集，处理；在意外事故导致管道破裂等重大安全事故时，能及时关电控截止阀，防止氢气的持续大量泄漏泄露，有利于控制事故时态进一步发展，提高了管道系统的安全性。附图说明图1为本专利技术高压氢储存与管道输送安全系统的组成和连接示意图。图2为高压氢输送管道结构示意图。图3为高压氢输送管道制造示意图。图4为逆向氢气流感应器结构示意图。图5为管道断裂点信号采集器连接示意图。图6为高压储氢罐结构示意图。图7为内容器-外容器组合件结构示意图。图8为高压储氢罐制造示意图。图9为罐体径向应力应变传感测量装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的一种高压氢储存与管道输送安全系统如附图1所示，包含高压氢输送管道1，在高压氢输送管道1上串联的多个电控截止阀2(附图1中所示F1、F2、F3、F4，电控截止阀之间的间距可根据安全设计总要求确定，例如阀门之间的间距可确定为1km或2km)，并联在每一个电控截止阀2两端的管道上的逆向氢气流感应器3，布置在高压氢输送管道1上的管道断裂点信号采集器4；高压储氢罐5连接高压氢输送管道1；控制系统计算机6与逆向氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压氢储存与管道输送安全系统，其特征在于，包含高压氢输送管道(1)，在高压氢输送管道(1)上串联的多个电控截止阀(2)，并联在每一个电控截止阀(2)两端的管道上的逆向氢气流感应器(3)，设置在高压氢输送管道(1)上的管道断裂点信号采集器(4)；高压储氢罐(5)连接高压氢输送管道(1)；控制系统计算机(6)与逆向氢气流感应器(3)和管道断裂点信号采集器(4)连接，与控制系统计算机(6)连接的用户信息接收与处理计算系统(7)；/n所述高压氢输送管道(1)由内到外包含内衬铝管(13)、钢质外管(12)和外套管(15)，外套管(15)上设有氢传感器(14)，氢传感器(14)连接控制系统计算机(6)；所述高压氢输送管道(1)左端设法兰(11)，右端设法兰(16)，在法兰(16)的径向方向开有一个排气孔；/n所述逆向氢气流感应器(3)包含气缸(31)，和与气缸(31)相配合的圆柱体活塞(32)，在气缸(31)外部装配有金属导体感应线圈(33)；气缸(31)的进气口(34)、排气口(35)分别与电控截止阀(2)两端的管道连通；/n所述管道断裂点信号采集器(4)包含信号线(42)和断路信号接收处理器(41)；/n所述高压储氢罐(5)包含内容器-外容器组合件(52)、顶端的密封法兰(51)、内容器-外容器组合件(52)外侧的外包套(53)；在内容器-外容器组合件(52)上缠绕有钢丝缠绕层(56)，在外包套(53)上安装有氢传感器(55)；在罐体上安装有罐体径向应力应变传感测量装置(57)；所述氢传感器(55)和罐体径向应力应变传感测量装置(57)连接控制系统计算机(6)；/n所述内容器-外容器组合件(52)包含铝制的内容器(523)、排气法兰(521)、钢制的外容器上段(522)和外容器下段(524)；所述外容器上段(522)和外容器下段(524)焊接为一体，并在两者之间设有拉杆(54)；/n所述罐体径向应力应变传感测量装置(57)包含刚性安装环(572)，布置在安装环(572)上的预紧螺栓(571)和滑块(573)，在滑块(573)上安装有应力应变传感器(574)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高压氢储存与管道输送安全系统，其特征在于，包含高压氢输送管道(1)，在高压氢输送管道(1)上串联的多个电控截止阀(2)，并联在每一个电控截止阀(2)两端的管道上的逆向氢气流感应器(3)，设置在高压氢输送管道(1)上的管道断裂点信号采集器(4)；高压储氢罐(5)连接高压氢输送管道(1)；控制系统计算机(6)与逆向氢气流感应器(3)和管道断裂点信号采集器(4)连接，与控制系统计算机(6)连接的用户信息接收与处理计算系统(7)；
所述高压氢输送管道(1)由内到外包含内衬铝管(13)、钢质外管(12)和外套管(15)，外套管(15)上设有氢传感器(14)，氢传感器(14)连接控制系统计算机(6)；所述高压氢输送管道(1)左端设法兰(11)，右端设法兰(16)，在法兰(16)的径向方向开有一个排气孔；
所述逆向氢气流感应器(3)包含气缸(31)，和与气缸(31)相配合的圆柱体活塞(32)，在气缸(31)外部装配有金属导体感应线圈(33)；气缸(31)的进气口(34)、排气口(35)分别与电控截止阀(2)两端的管道连通；
所述管道断裂点信号采集器(4)包含信号线(42)和断路信号接收处理器(41)；
所述高压储氢罐(5)包含内容器-外容器组合件(52)、顶端的密封法兰(51)、内容器-外容器组合件(52)外侧的外包套(53)；在内容器-外容器组合件(52)上缠绕有钢丝缠绕层(56)，在外包套(53)上安装有氢传感器(55)；在罐体上安装有罐体径向应力应变传感测量装置(57)；所述氢传感器(55)和罐体径向应力应变传感测量装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰，
申请(专利权)人：绵阳科大久创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51