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CN112628594A - 一种基于浸入式氢系统的安全加氢站 - Google Patents

一种基于浸入式氢系统的安全加氢站 Download PDF

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CN112628594A
CN112628594A CN202011490301.9A CN202011490301A CN112628594A CN 112628594 A CN112628594 A CN 112628594A CN 202011490301 A CN202011490301 A CN 202011490301A CN 112628594 A CN112628594 A CN 112628594A
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CN
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hydrogen
hydrogenation
water
pipeline
conveying
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Application number
CN202011490301.9A
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梁波
刘亚青
崔磊
谌睿
欧阳友
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Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Original Assignee
Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
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Publication date
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Abstract

一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，包括储氢系统，储氢系统通过输氢系统与加氢机连接，加氢机上设置有末端加氢系统；储氢系统包括氢气罐，氢气罐设置在集成箱体内，氢气罐和集成箱体之间有液体介质；输氢系统包含输氢管道，输氢管道设置在存水管道内，输氢管道和存水管道之间有液体介质；末端加氢系统包括输氢软管，输氢软管一端和加氢机连接，另一端和加氢枪连接，输氢软管设置在输水软管内，氢软管和输水软管之间有液体介质。本发明通过将加氢站内全部含氢装置，全部全浸于水下或水中，从而对加氢内所有含氢设备从起点到终端进行全部的水隔离防护，彻底改进加氢站的安全性。

Description

一种基于浸入式氢系统的安全加氢站
技术领域
本发明属于清洁能源应用领域，更具体地说是一种基于浸入式氢 系统的安全加氢站。
背景技术
根据氢气来源，加氢站有内外两种供给方式，第一类是站内制氢 加氢站；第二类是外供氢加氢站。目前，全球各地加氢站均主要为外 供氢加氢站。外供氢加氢站上游接收氢气方式主要有三种，分别为气 态氢燃料拖车运输、液态氢燃料拖车运输氢气和气态氢燃料管道运 输。此外还有一种比较有前景的运输方式，有机液体氢载体运输 (LOHC)，又称氢油运输，但因其目前运输成本、脱氢设备成本高及 耗能高，暂时很少作为加氢站供氢方式。
加氢站是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施。目前，为 了支持燃料电池汽车的发展，各国正在积极建设氢能源燃料电池汽车 配套设施。据规划显示，到2020年中国将建成100座加氢站，到2030 年将建成1000座加氢站。
目前，除了上游氢燃料运输和供电的成本压力，是限制氢能进一 步发展的因素之外；加氢站的安全问题也是限制氢能大规模应用的重 要限制因素。
虽然目前未见报道加氢站的安全事故，但是各个投入运行的加氢 站，显然采取了很高的安全防护措施，根据《GB/T 34583-2017加氢 站用储氢装置安全技术要求》、《GB/T34584-2017加氢站安全技术规 范》、《GB 50516-2010加氢站技术规范》等相关规范，加氢站在防火、 防爆、防静电等方面有较高的要求。特别是防静电方面，以某投运的 加氢站为例，其具体的加氢操作为：车辆开进加氢站，先要熄火进入 待检区。工作人员对车身外观、加氢气瓶、车身温度等进行检查，确 保无异常，车辆才以电动模式驶入加氢区。加氢前，工作人员还要用 测漏仪检测车内无泄漏，再释放静电、加氢。加氢员衣帽均防静电， 且操作前要用手先摸下加氢站四周布设的接地金属球；完成以上操作 后，加氢员将持特制加氢枪插入加氢孔，加氢过程中，车身始终夹着 卡钳，用电线接地。为了释放车身静电需要10分钟至20分钟，而实 际氢燃料加注过程仅需要3分钟。加氢过程中的安全操作时间过长， 也是限制氢能应用的一个重要方面。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于浸入式氢系统的安全加氢 站，利用水的防护、隔离作用，解决现在加氢站内储氢装置、加氢管 路、加氢机(岛)、加氢枪静电防护措施繁琐、放静电时间长、氢气 微小泄漏不易检测等安全防护问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：包括储氢系 统，所述储氢系统通过输氢系统与加氢机连接，所述加氢机上设置有 末端加氢系统；
所述储氢系统包括氢气罐，所述氢气罐设置在集成箱体内，所述 氢气罐和集成箱体之间充满液体介质；
所述输氢系统包含输氢管道，所述输氢管道设置在存水管道内， 所述输氢管道和存水管道之间充满液体介质；
所述末端加氢系统包括输氢软管，所述输氢软管一端和加氢机连 接，另一端和加氢枪连接，所述输氢软管设置在输水软管内，所述氢 软管和输水软管之间充满液体介质。
进一步的，所述集成箱体顶部设置有贮气间，所述贮气间顶部透 明，所述贮气间上设置排气阀。
进一步的，在所述集成箱体内侧壁上高于氢气罐的位置设置水下 图像监控设备。
进一步的，所述集成箱体顶部设置有补水阀，所述集成箱体底部 设置有漏水阀。
进一步的，所述存水管道顶部设置有气体观察窗，所述气体观察 窗与排氢装置连接；在气体所述观察窗上方设置有图像监控设备。
进一步的，所述存水管道内设置水隔仓，用于将输氢管道分段隔 离。
进一步的，所述存水管道与输氢管道偏心度不超过5％。
进一步的，所述液体介质为水。
本发明的有益效果为：
其一，本发明通过将加氢站内全部含氢装置，包括氢气罐、输氢 管道、输氢软管全浸于水中，从而对加氢内所有含氢设备从起点到终 端进行全部的水隔离防护，有效降低了明火、静电等相关危险，提升 了加氢站的安全性。
其二，当储氢系统或输氢管道发生氢气泄漏时，泄漏氢气可以先 汇聚到贮气间或气体观察窗后再排出，避免氢气立即泄漏到空气中， 进一步提高了加氢站的安全性。
其三：通过图像监控设备可以实现可视化监测气体泄漏，方便工 作人员快速发现泄露段，提高检修效率。
附图说明
图1为一种基于浸入式氢系统的安全加氢站典型布置示意图。
图2为图1中地面型储氢系统结构示意图。
图3为图1中输氢系统结构示意图。
图4为图1中末端加氢系统结构示意图。
图5为输氢软管和输水软管的截面示意图。
其中：储氢系统1；氢气管沟2；输氢系统3；加氢机4；末端加 氢系统5，加氢站管理楼7，液体介质8；
氢气罐101，集成箱体102，氢气阀门103，补水阀104，排气阀 105，观察窗106，贮气间107，水下图像监控设备108，漏水阀109；
输氢管道301，存水管道302，水隔仓303，阀304，法兰305， 气体观察窗306，排空阀307，排氢装置308，图像监控设备309；
输氢软管501，输水软管502，水封端头503，氢气端头504，加 氢枪505。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于 清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，包括储氢系 统1，所述储氢系统1通过输氢系统3与加氢机4连接，所述加氢机 4上设置有末端加氢系统5。
储氢系统1可地面放置也可地下放置，将氢气隔绝于外界，彻底 隔绝静电、明火等相关危险源。如图2所示，所述储氢系统1包括氢 气罐101，所述氢气罐101设置在集成箱体102内，所述氢气罐101 和集成箱体102之间充满液体介质8，所述液体介质8为水。
所述集成箱体102顶部设置有贮气间107，用于短时存储泄漏的 氢气；所述贮气间107顶部透明，用于观察氢气罐101泄露情况；所 述贮气间107上设置排气阀105，用于向室外排出氢气；在集成箱体 102内侧壁上高于氢气罐101的位置设置水下图像监控设备108，用 于监测集成箱体内的气体信号。所述集成箱体102顶部设置有补水阀 104，用于向集成箱内补水；所述集成箱体102底部设置有漏水阀109， 用于排水。所述集成箱体102四周设置透明观察窗106，用于观察氢 气罐101的气体泄漏情况。
所述氢气罐101上设置有氢气阀门103，用于向氢气罐输入或输 出氢气。
氢气罐101为常规中高压气态存储装置，可用于长管拖车的氢气 运输。氢气罐101采用金属材质或新型轻质复合材料，相关要求需满 足GB 4962-2008《氢气使用安全技术规程》等相关标准、规范规定。
集成箱体102由常规长管拖车运输用储氢框架改装而成。外壳与 常规集装箱外壳材质相同，壳体具备水密/气密条件。
所述输氢系统3用于将输氢过程中的管道至于水中，隔绝氢气运 输过程中的相关危险源。输氢系统3设置在氢气管沟2内。如图3所 示，所述输氢系统3包含输氢管道301，所述输氢管道301设置在存 水管道302内，所述输氢管道301和存水管道302之间充满水。
所述存水管道302顶部设置有气体观察窗306，所述气体观察窗 306与排氢装置308连接；所述排氢装置8上设置有排空阀7
在气体观察窗306上方设置有图像监控设备309，用于监测气体 观察窗306内的气体信号，使得气体泄漏可监测、可观测。
所述存水管道302内设置水隔仓303，用于将输氢管道301分段 隔离。所述存水管道302与输氢管道301为同心装置或偏心度不超过 5％。
输氢管道301为常规中压/高压输氢管道，用于输送氢气。输氢 管道301采用金属管材，相关要求需满足GB 4962-2008《氢气使用 安全技术规程》等相关标准、规范规定。输氢管道301上设置阀304， 阀304为常用输氢管道的球阀、截止阀等。不同输氢管道301之间法 兰305连接。
存水管道302可采用金属管材、PVC管材或其他透明管材，但需 保障存水管道中的水不溢漏。
水隔仓303用于隔断不同阀、法兰或其他管道连接、调节结构的 水隔舱室。主要作用有：a)避免存水管道过长导致的存水管和输氢 管道的同心度无法保证，利用水隔仓保障不同段的存水管和输氢管道 的同心度；b)防治输水管道过长导致输水管道可靠性低，进而影响 整个系统的可靠性；c)控制泄漏氢气的集散，降低泄漏规模，提高 监测灵敏度。
气体观察窗306采用透明可见的管材，如有机玻璃、亚克力等。 与存水管道紧密连接。其主要作用有：1)汇集对应段输氢管道的氢 气泄漏；2)观测对应段管道、阀或法兰的氢气泄漏；3)与排空阀共 同作用，排空泄漏氢气；4)为图像监控设备提供视频监测窗口。
加氢机4类似加油机装置，用于计量和收费。
末端加氢系统5用于联通加氢机4和加注氢气车辆，其结构如图 4所示。所述末端加氢系统5包括输氢软管501，所述输氢软管501 设置在输水软管502内，所述氢软管501和输水软管502之间充满水。 所述输氢软管501一端通过氢气端接头504和加氢机4连接，另一端 通过氢气端接头504和加氢枪505连接；所述输水软管502一端通过 水封端接头503和加氢机4连接，另一端通过水封端接头503和加氢 枪505连接。
输氢软管501用于末端输送氢气。输水软管502用于末端存水， 其管壳采用透明材质，以实时观测氢气泄漏情况。当输水软管502里 面有气泡时，则发生了末端氢气泄漏，需要更换末端加氢系统5。水 封端接头503用于密封住输水软管502内水，必要时可拆卸下来，用 于检修维护。氢气端接头504用于连接加氢枪505、加氢机4。加氢 枪505用于向车辆加注氢气。
当氢气罐101内氢气泄漏时，泄漏氢气形成气泡，水下图像监控 设备108第一时间发现气泡运动轨迹，发出警报。泄漏氢气将集中到 贮气间107，当贮气间压强逐渐增大后，此时排气阀105打开。当氢 气持续泄漏，导致单纯通过排气阀无法有效泄散氢气时，此时漏水阀109打开，排泄集成箱体102内水。
当输氢管道301发生氢气泄漏时，泄漏气体汇聚在气体观察窗 306，泄漏氢气在水中形成一连串气泡，图像监控设备309检测到水 下气泡运动轨迹，提醒运维人员注意设备状态。经过一段时间后，排 空阀307打开，排氢装置308将泄漏氢气排出。
当输水软管502里面有气泡时，则发生了末端氢气泄漏，需要更 换末端加氢系统5。
采用上述系统构成，整个加氢站内，储氢、输氢完全浸入水中。 有效降低了明火、静电等相关危险源对加氢站的影响，减少了车辆和 人员放静电时间，大大缩短加氢时间。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的 现有技术。

Claims (8)

1.一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：包括储氢系统(1)，所述储氢系统(1)通过输氢系统(3)与加氢机(4)连接，所述加氢机(4)上设置有末端加氢系统(5)；
所述储氢系统(1)包括氢气罐(101)，所述氢气罐(101)设置在集成箱体(102)内，所述氢气罐(101)和集成箱体(102)之间充满液体介质(8)；
所述输氢系统(3)包含输氢管道(301)，所述输氢管道(301)设置在存水管道(302)内，所述输氢管道(301)和存水管道(302)之间充满液体介质(8)；
所述末端加氢系统(5)包括输氢软管(501)，所述输氢软管(501)一端和加氢机(4)连接，另一端和加氢枪(505)连接，所述输氢软管(501)设置在输水软管(502)内，所述氢软管(501)和输水软管(502)之间充满液体介质(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：所述集成箱体(102)顶部设置有贮气间(107)，所述贮气间(107)顶部透明，所述贮气间(107)上设置排气阀(105)。
3.根据权利要求2所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：在所述集成箱体(102)内侧壁上高于氢气罐(101)的位置设置水下图像监控设备(108)。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：所述集成箱体(102)顶部设置有补水阀(104)，所述集成箱体(102)底部设置有漏水阀(109)。
5.根据权利要求1所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：所述存水管道(302)顶部设置有气体观察窗(306)，所述气体观察窗(306)与排氢装置(308)连接；在气体所述观察窗(306)上方设置有图像监控设备(309)。
6.根据权利要求5所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：所述存水管道(302)内设置水隔仓(303)，用于将输氢管道(301)分段隔离。
7.根据权利要求6所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：所述存水管道(302)与输氢管道(301)偏心度不超过5％。
8.根据权利要求1所述的一种基于浸入式氢系统的安全加氢站，其特征在于：所述液体介质(8)为水。
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