一种液态储氢加氢站的安全放散系统及方法与流程

1.本发明涉及危险气体排放技术领域，具体涉及一种液态储氢加氢站的安全放散系统及方法。


背景技术：

2.氢是一种易燃易爆物质，其安全排放是从事氢能源规模化应用中遇到的重要问题之一。在液态储氢加氢站，氢主要有高压氢气、低压液氢两种存储形式。当液态储氢站需要进行氢排放时，就会面临两种存储形式的氢如何排放的问题。首先高压低压不能串联排放，避免高压反流进入低压系统，造成工艺设备安全隐患。再者，高压氢气和低压液氢的排放流速相差较大，根据氢汽化潜热小，粘度小等物理特性，两者同时排放，会形成流体的剧烈扰动，容易引起静电积累及流速不稳定，甚至会起火爆炸，存在较大的安全隐患，因此需要提供一种安全的放散系统，满足加氢站不同形式的氢介质排放，为加氢站安全运营提供保障。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于当液态储氢加氢站需要进行氢排放时，如果将两种存储形式的氢同时排放，则容易起火爆炸，存在较大的安全隐患，从而提供一种液态储氢加氢站的安全放散系统及方法。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
5.本发明提供一种液态储氢加氢站的安全放散系统，至少包括：放空模块，包括相互独立设置的第一放空单元与第二放空单元，所述第一放空单元适于低压液氢的放空，所述第二放空单元适于高压氢气的放空；安全防控模块，包括火焰监测单元与灭火单元，所述火焰监测单元位于所述放空模块的出口，适于监测火焰信号；所述灭火单元与所述放空模块相连，适于在所述火焰监测单元监测到火焰信号后，对所述放空模块进行灭火。
6.进一步地，所述第一放空单元包括排放总管、排放支管、放空管以及放空接口；所述排放支管的一端与待放空的储氢设备相连，另一端与所述排放总管相连通；所述排放总管与所述放空管相连通；所述放空接口设置在所述放空管的出口处。
7.进一步地，所述放空接口包括连接部与放空部；所述连接部的一端与所述放空管相连，另一端与所述放空部相连；所述放空部呈h型结构，包括四个出气口，每个所述出气口处均设置有滤网；每个所述出气口均向下倾斜预设角度，所述预设角度的范围为10
°
－15
°
。
8.进一步地，所述第一放空单元还包括气封管路与置换管路；所述气封管路的一端与气封气源相连，另一端与所述放空管靠近所述放空接口的一端相连；所述置换管路的一端与置换气源相连，另一端与所述放空管远离所述放空接口的一端相连。
9.进一步地，所述放空管远离所述放空接口的一端为密封结构，所述密封结构处设置有排水阀。
10.进一步地，所述第二放空单元与所述第一放空单元的结构相同。
11.进一步地，所述火焰监测单元为火焰探测器；所述灭火单元包括灭火气体管路与
阻火器；所述灭火气体管路的一端与灭火气源相连，另一端与所述放空管靠近所述放空接口的一端相连；所述阻火器设置在所述放空管上，且位于所述放空管靠近所述放空接口的一端。
12.进一步地，液态储氢加氢站的安全放散系统还包括远程辅助配气模块；所述远程辅助配气模块包括信号连接的配气台与控制台；所述配气台与所述放空模块连通，适于为所述放空模块提供气封气源与置换气源；所述配气台与所述灭火单元连通，适于为所述灭火单元提供灭火气源。
13.进一步地，所述远程辅助配气模块还包括控制阀；所述气封气源的出口、所述置换气源的出口以及所述灭火气源的出口均设置有所述控制阀；每个所述控制阀均与所述控制台电连接。
14.进一步地，该液态储氢加氢站的安全放散系统还包括接地件，一端与放空管相连，另一端适于与加氢站的接地网相连。本发明还提供一种液态储氢加氢站的放散方法，包括以下步骤：对放空管中的气体进行置换处理；对待放空的储氢设备进行放空，其中，在低压液氢的放空间隙期内，对放空管进行气封处理；对放空管的火焰信号进行监测，当监测到火焰信号时，暂停待放空的储氢设备的放空，同时，对放空管进行灭火处理。
15.进一步地，该放散方法还包括：根据各个待放空的储氢设备的总排放总量对放空管的尺寸进行设计，其中，放空管内的气体流速不超过150m/s。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.本发明提供的液态储氢加氢站的安全放散系统，包括两个相互独立的第一放空单元与第二放空单元，将高压氢气与低压液氢分开排放，可以降低两者混合排放所带来的安全隐患；同时，设置有火焰监测单元与灭火单元，以便在排放过程中起火时，可以及时灭火，提高了排放过程的可靠性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统的结构示意图；
20.图2为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中放空接口的主视图；
21.图3为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中放空接口的侧视图；
22.图4为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中放空接口的俯视图；
23.图5为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中远程辅助配气模块的示意图；图6为本发明实施例中的液态储氢加氢站的放散方法的流程图。
24.附图标记说明：
25.1、排放支管；
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2、排放总管；
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3、放空管；
26.4、置换管路；
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5、灭火气体管路；
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6、气封管路；
27.7、阻火器；
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8、放空接口；
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9、火焰探测器；
28.10、排水阀；
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11、放空部；
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12、连接部；
29.13、滤网；
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14、接地件；
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15、控制台；
30.16、配气台。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.图1为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统的结构示意图；如图1所示，本实施例提供一种液态储氢加氢站的安全放散系统，至少包括：放空模块，包括相互独立设置的第一放空单元与第二放空单元，第一放空单元适于低压液氢的放空，第二放空单元适于高压氢气的放空；例如，第二放空单元与第一放空单元的结构可以相同。
36.安全防控模块，包括火焰监测单元与灭火单元，火焰监测单元位于放空模块的出口，适于监测火焰信号；例如，第一放空单元的出口以及第二放空单元的出口处均设置有火焰监测单元。
37.灭火单元与放空模块相连，适于在火焰监测单元监测到火焰信号后，对放空模块进行灭火。同理，第一放空单元以及第二放空单元均设置有灭火单元。当火焰监测单元监测到火焰信号时，可以及时启动灭火单元进行灭火。
38.本发明提供的液态储氢加氢站的安全放散系统，包括两个相互独立的第一放空单元与第二放空单元，将高压氢气与低压液氢分开排放，可以降低两者混合排放所带来的安全隐患；同时，设置有火焰监测单元与灭火单元，以便在排放过程中起火时，可以及时灭火，提高了排放过程的可靠性。
39.本实施例中，第一放空单元包括排放总管2、排放支管1、放空管3以及放空接口8；其中，排放支管1可以有多个，每个排放支管1的一端与对应的待放空的储氢设备相连，另一端与排放总管2相连通。其中，加氢站所有的排放口均采用集中方式排放，通过排放支管1汇总进入排放总管2。
40.其中，排放总管2可以水平设置，放空管3可以竖向设置，排放总管2可以与放空管3靠近中下部的位置相连通，避免排放总管直接与放空管底部连接，这样设置，可以在放空管
3由于特殊原因进水且来不及通过排水阀10排水时，避免水直接进入排放总管2。放空接口8设置在放空管3的顶部出口处。其中，可以根据各个排放支管1的排放总量来设计排放总管2以及放空管3的尺寸，放空管3中氢气的最大流速不超过150m/s。
41.图2为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中放空接口的主视图；图3为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中放空接口的侧视图；图4为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中放空接口的俯视图；如图2、图3以及图4所示，本实施例中，放空接口8包括连接部12与放空部11；连接部12为一段直管，连接部12的一端与放空管3相连，另一端与放空部11相连；放空部11呈h型结构，连接部12与h型结构两平行管之间的连接管相连，放空部11包括四个出气口，每个出气口处均设置有滤网13，例如，滤网13的网孔不超过1cm
×
1cm；每个出气口均向下倾斜预设角度，预设角度的范围为10
°
－15
°
，例如，倾斜角度可以为12
°
。如此设置，可以防止雨水从放空接口8倒灌流入放空管3内。
42.本实施例中，第一放空单元还包括气封管路6与置换管路4；例如，气封管路6的一端与气封气源相连，另一端与放空管3靠近放空接口8的一端相连；例如，置换管路4的一端与置换气源相连，另一端与放空管3远离放空接口8的一端相连。例如，排放总管2与放空管3的连接处的高度介于置换管路4与气封管路6之间。如此设置，有利于对放空管3内的空气进行充分置换，提高置换效果。同时，也可以使气封管路6将排放总管2内的氢气与外部空气更好的隔离。液氢排放与气氢物理性能不同，液氢排放还将面临低温液体排放时，导致排放管道结霜，甚至会有大量固态空气或液化空气出现。气封管路6在液氢的排放间隙使用，可以防止该过程的固态空气、液化空气、水汽倒吸进入排放腔内，也可以避免由此产生的对设备及管道造成不同程度的伤害。其中，气封气源可以为氢气或者氦气。置换气源可以为氮气。其中，对于第二放空单元来说，可以取消气封管路6，不会影响其排放。
43.本实施例中，放空管3远离放空接口8的一端为密封结构，密封结构处设置有排水阀10。例如，放空管3的底端可以进行封堵，最低处接上排水阀10。如此设置，使得放空管3的底部可以盛装由于天气等原因进入放空管内的积水。而且，必要时可以打开排水阀10，将积水排出。
44.本实施例中，火焰监测单元为火焰探测器9；由于，氢气火焰为淡蓝色，肉眼很难发现，因此可以借助火焰探测器9及时捕捉到火焰信号，并且发出报警，同时可以将火焰信号发送至控制台，控制台可以控制灭火单元进行灭火。
45.其中，灭火单元包括灭火气体管路5与阻火器7；灭火气体管路5的一端与灭火气源相连，另一端与放空管3靠近放空接口8的一端相连；其中，灭火气体管路5与放空管3的连接处的位置可以高于排放总管2与放空管3的连接处的位置。其中，灭火气源可以为高压氮气。
46.其中，阻火器7可以通过法兰安装在放空管3上，且位于放空管3靠近放空接口8的一端。如此设置，可以阻止火焰倒吸进入放空管3，而高压氮气可以迅速稀释放空口周边空气，从而达到灭火的目的，防止火焰飘散引起其它部位的火灾。
47.图5为本发明实施例中的液态储氢加氢站的安全放散系统中远程辅助配气模块的示意图；如图5所示，本实施例中，该液态储氢加氢站的安全放散系统还包括远程辅助配气模块；远程辅助配气模块包括信号连接的配气台16与控制台15；配气台16与放空模块连通，适于为放空模块提供气封气源与置换气源；配气台16与灭火单元连通，适于为灭火单元提供灭火气源。
48.其中，配气台16可以放置在加氢站内远离放空模块的位置。配气台16主要包括若干组配气管路，每组配气管路用于氮气配气或用于氢气配气。每一组配气管路主要包括气源管路、手动阀门、过滤器、减压器、远控阀件以及传感器等部件。例如，其中一组配气管路的出气端与置换管路连通，可以提供置换所需的氮气。例如，其中一组配气管路的出气端与气封管路连通，可以提供气封所需的氢气。
49.例如，其中一组配气管路的出气端与灭火气体管路连通，可以提供灭火所需的氮气。当接到报警信号时，可以通过控制台远程控制配气台，使氮气进入到灭火气体管路中，不可燃的气体大量从放空口排出，可以瞬间隔绝可燃气体与空气中氧的接触，达到灭火目的。同时，大量不可燃气体也可以降低周边空气中的氢浓度，避免氢积聚，引起附近其它物质的起火。
50.其中，控制台15可以包括测量设备和控制设备。测量设备和控制设备的主机可以均位于加氢站测控间，通过线缆与配气台16相连。测量设备利用配气台16内的传感器可以远程监测配气台16的状态参数。控制设备可以通过线缆远程控制配气台16内的远控阀件的工作状态。
51.本实施例中，该液态储氢加氢站的安全放散系统还包括控制阀；气封气源的出口、置换气源的出口以及灭火气源的出口均设置有控制阀；每个控制阀均与控制台电连接。其中，控制台可以根据情况控制各个控制阀的工作状态，以调节气体的流出速度。如此设置，可以通过控制台对系统进行远程操作，实现人机隔离，更加安全和便捷。
52.本实施例中，液态储氢加氢站的安全放散系统还包括接地件14，该接地件14包括接口与接地扁钢，接地扁钢通过接口将放空管与加氢站的接地网相连，确保接地电阻值满足要求，避免排放过程中的由于静电积累而导致电火花引燃的情况发生。
53.图6为本发明实施例中的液态储氢加氢站的放散方法的流程图，如图6所示，另一个实施例中还提供一种液态储氢加氢站的放散方法，包括以下步骤：对放空管3中的气体进行置换处理；对待放空的储氢设备进行放空，其中，在低压液氢的放空间隙期内，对放空管3进行气封处理；对放空管3的火焰信号进行监测，当监测到火焰信号时，暂停待放空的储氢设备的放空，同时，对放空管3进行灭火处理。
54.本实施例中，该放散方法还包括：根据各个待放空的储氢设备的总排放总量对放空管3的尺寸进行设计，其中，放空管3内的气体流速不超过150m/s。
55.使用时，首先确保控制阀、气封气源、置换气源以及灭火气源均具备正常工作状态。在加氢站各待放空储氢设备排空前，预先用置换管路4的氮气对放空管3及排放总管2进行置换，置换口压力可以为0.2mpa－0.5mpa，置换时间可以为2min－5min，具体的压力与时间可以根据放空管3的管径和排放高度适当调整。
56.之后，待置换结束后，各排放支路可以正常进行低压的低温液氢或高压氢气的排放。排放过程中火焰监测单元始终需要处于工作状态。
57.其中，低温液氢排放结束或者间歇时，需要打开气封管路6，气封管路6介质需为氢气或氦气，当管道复温后气封管路6停止气封。气封管路6的氢气排放需要控制氢气流量，确保放空管3的管口处氢气流速处于安全流速范围内。
58.本实施例中，低压的低温液氢的排放，主要包括液氢贮箱排放、管道排放等液氢介质的排放。高压氢气的排放主要包括，加氢站内所有高压氢的排放，包括管道置换、安全阀
放散、管道放气等。
59.本实施例中，根据加氢站的建设规模，需要对各氢气排放支路的排放流量、压力、温度等参数进行统计和分类。将所有可能同时发生的排放量进行累加，以此作为安全放散装置的总排放量，进行排放总管2和放空管3的设计。
60.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。