[發明專利]基于氫氣積聚控制的含氫天然氣管道安全保障系統及方法

有效

• 申請號: 202010096000.1
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111322521B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 陳俊文;湯曉勇;郭成華;諶貴宇;姜放;郭艷林;李天雷;楊帆;施岱艷;陳靜;李科;楊宇航
• 申請（專利權）人: 中國石油集團工程股份有限公司;中國石油工程建設有限公司;中國石油天然氣集團有限公司
• 主分類號: F17D1/02
• 分類號: F17D1/02;F17D3/01;F17D5/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

1.一種基于氫氣積聚控制的含氫天然氣管道安全保障系統，其特征在于：包括干線系統、閥室系統、沿途監測系統和控制系統，其中：

所述干線系統包括連接上游站場和下游站場的干線管道；所述干線管道為等徑含氫天然氣管道輸送干線，埋地敷設，一端連接上游首站，一端連接下游末站，在干線管道上設置至少兩個截斷閥室；

所述閥室系統為設置在干線管道上的至少兩個截斷閥室，每個閥室包括干線截斷閥和設置在干線截斷閥上下游的干線旁路，以及放空管路，在兩個干線旁路上均設置有壓力變送器和旁路截斷閥，在放空管路上設置有放空閥；所述干線截斷閥為電動控制球閥；兩個干線旁路分別從干線截斷閥的上、下游管道頂部引出，材質與干線管道一致；旁路截斷閥為遠程電動控制球閥；放空閥為遠程電動控制調節閥，放空管道埋地敷設，用于將放空介質引入遠端放空火炬；

所述沿途監測系統設置在閥室內，包括取樣管路和設置在取樣管路上的兩個取樣截斷閥，以及在兩個取樣截斷閥之間設置的氣體取樣分析設備；

所述控制系統為基于氫分壓與分壓安全值或停輸時間與安全停輸時間比對，對沿線閥室系統放空閥開關聯鎖的控制系統。

2.根據權利要求1所述的基于氫氣積聚控制的含氫天然氣管道安全保障系統，其特征在于：所述取樣管路連接閥室上下游的兩個干線旁路，取樣截斷閥為電動控制球閥，氣體取樣分析設備為氫氣在線色譜檢測儀及配套系統。

3.一種利用權利要求1所述的基于氫氣積聚控制的含氫天然氣管道安全保障系統的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、確定管道材料最低氫損傷分壓和氫氣聚集分壓安全值，開展對應管徑的長直管道內氫氣-天然氣體系在不同停輸壓力下的氫氣聚集至分壓安全值所需時間的模擬，獲取基于停輸壓力和安全停輸時間的二維版圖；

步驟二、在全線各處閥室設置沿途監測系統；

步驟三、當含氫天然氣管道干線需要檢修時，遠程關閉該段干線上游和下游的臨近閥室的干線截斷閥；或當混氫天然氣管道干線發生泄漏后，系統自動關閉泄漏位置所在干線上游和下游的臨近閥室的干線截斷閥，同時保持旁路截斷閥關閉；

步驟四、對被截斷且停輸的干線管道，開啟上、下游閥室的兩個相鄰取樣截斷閥，啟動沿途監測系統，連續進行介質取樣分析；當某次取樣測試濃度折算的氫分壓高于分壓安全值或系統停輸時間超過模擬的安全停輸時間后，開啟靠近兩個相鄰取樣截斷閥的旁路截斷閥，并開啟上、下游閥室的放空閥，對位于上、下游閥室之間的干線首尾同時進行壓力泄放，直至降壓至原停輸壓力的95％時關閉泄放系統；

步驟五、基于步驟四的泄放后系統壓力，利用步驟一模擬的數據，擬合該種工況下的安全停輸時間；

步驟六、循環進行步驟四和步驟五，至管道重新啟動或管道停運工況下無氫氣聚集損傷風險為止。

4.根據權利要求3所述的基于氫氣積聚控制的含氫天然氣管道安全保障系統的方法，其特征在于：步驟一所述確定氫氣聚集分壓安全值的方法為：基于設計條件和干線管道所選材料性能，進行管道材料最高氫分壓適應性評估，確定材料最低氫損傷分壓，并按照80％的材料最低氫損傷分壓確定分壓安全值。

5.根據權利要求4所述的基于氫氣積聚控制的含氫天然氣管道安全保障系統的 方法，其特征在于：所述設計條件包括組分、壓力、溫度、氫氣摻混濃度。