[發明專利]一種氫氣天然氣混輸與分離工藝控制參數計算方法及系統

在審

• 申請號: 202210368006.9
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114859827A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 余華杰;尹建云
• 申請（專利權）人: 廣東省氫一能源科技有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G06F17/10
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

1.一種氫氣天然氣混輸與分離工藝控制參數計算方法，其特征在于：氫氣天然氣混輸與分離工藝控制過程涉及膨脹機、分離系統、甲烷壓縮機和氫氣壓縮機四種設備，控制參數計算方法具體包括：

步驟1，根據產能負荷與進料流量的線性關系計算出原料總流量，進而得到原料日用量與小時用量；

步驟2，根據步驟1獲得的原料總流量，分別計算膨脹機、分離系統、甲烷壓縮機、氫氣壓縮機的控制參數，每種設備的控制參數包括流量、壓力、溫度和出氣組成；

步驟3，根據步驟1獲得的原料日用量和小時用量以及步驟2獲得的四種設備的流量、壓力、溫度和出氣組成，生成控制參數計算結果。

2.根據權利要求1所述的一種氫氣天然氣混輸與分離工藝控制參數計算方法，其特征在于：所述產能負荷m與原料總流量Q₁關系曲線的表達式為：Q₁＝a₁m+b₁，其中m∈產能負荷適用區間，a₁、b₁為擬合系數。

3.根據權利要求1所述的一種氫氣天然氣混輸與分離工藝控制參數計算方法，其特征在于：所述步驟2中，將氫氣天然氣混輸與分離工藝控制過程劃分為設備穩態運行工況、設備開機階段工況和設備關機階段工況，膨脹機、分離系統、甲烷壓縮機和氫氣壓縮機控制參數的計算過程包括：

(1)計算設備穩態運行工況下每種設備的控制參數：

(1-1)建立膨脹機功率與進料函數關系、膨脹機出氣流量與進料流量函數關系、膨脹機出氣溫度與膨脹機進出氣壓差的函數關系，其依次是：P₁＝a₂×Q₁、Q₂＝a₃×Q₁、T₁＝a₄×(p₂-p₁)³+a₅×(p₂-p₁)²+a₆×(p₂-p₁)+a₇，其中P₁為膨脹機軸功率，Q₂為膨脹機排氣流量，T₁為膨脹機出氣溫度，p₁、p₂分別為膨脹機進氣和出氣壓力，a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇為擬合系數，根據以上關系可根據進料的流量和壓差計算出膨脹機的功率、出氣溫度、出氣流量，膨脹機的出氣組成同原料組成；

(1-2)建立分離系統進出氣流量與原料流量的函數關系，其中，分離系統進氣流量為Q₃＝a₈×Q₁，富氣出氣流量為Q₄＝a₉×Q₁，貧氣出氣流量為Q₅＝a₁₀×Q₁，以上關系式中：a₈、a₉、a₁₀為擬合系數；分離系統的進氣溫度T₂≈富氣溫度≈貧氣溫度；分離系統進氣壓力p₃＝p₂，貧氣壓力p₄＝a₁₁×p₃，富氣壓力p₅＝a₁₂×p₃，其中a₁₁、a₁₂為擬合系數；分離系統的進氣組成與原料組成相同，出氣組成為：富氣的甲烷百分含量F_1CH4＝F_CH4×Q₁×a₁₃/Q₄，富氣的氫氣百分含量F_1H2＝F_H2×Q₁×a₁₄/Q₄，貧氣的甲烷百分含量F_2CH4＝F_CH4×Q₁×a₁₅/Q₅，富氣的氫氣百分含量F_2H2＝F_H2×Q₁×a₁₆/Q₅，以上關系式中：F_CH4為原料甲烷百分含量，F_H2為原料氫氣百分含量，a₁₃、a₁₄、a₁₅、a₁₆為擬合系數；

(1-3)甲烷壓縮機的進氣流量Q₆＝Q₅，甲烷壓縮機出氣流量Q₇＝a₁₇×Q₆，甲烷壓縮機出氣溫度T₃＝a₁₈×p₁²+a₁₉×p₁+a₂₀，甲烷壓縮機出氣壓力p₆＝a₂₁×p₁²+a₂₂×p₁+a₂₃，甲烷壓縮機軸功率P₂＝a₂₄×Q₁，以上關系式中，a₁₇、a₁₈、a₁₉、a₂₀、a₂₁、a₂₂、a₂₃、a₂₄為擬合系數；

(1-4)氫氣壓縮機進氣流量Q₈＝Q₄，氫氣壓縮機出氣流量Q₉＝a₂₅×Q₈，氫氣壓縮機出氣壓力p₇＝p₆，氫氣壓縮機出氣溫度(絕熱壓縮)T₄＝a₂₆×(p₇-p₅)³+a₂₇×(p₇-p₅)²+a₂₈×(p₇-p₅)+a₂₉，以上關系式中，a₂₅、a₂₆、a₂₇、a₂₈、a₂₉為擬合系數；

(2)計算設備開機階段工況下甲烷壓縮機和膨脹機的控制參數：

(2-1)甲烷壓縮機進氣流量Q₁₀＝b₁×Q₅，甲烷壓縮機出氣流量Q₁₁＝b₂×e^(b3×P2)，甲烷壓縮機出氣溫度T₃＝b₄×P₂+b₅，甲烷壓縮機出氣壓力p₈＝b₆×e^(b7×P2)，其中，b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆、b₇為擬合系數，甲烷壓縮機氣體組成與原料氣相同；

(2-2)建立膨脹機進氣流量、出氣流量、出氣溫度與膨脹機功率的函數關系，分別是：Q₁₂＝b₈×e^(b9×P1)，Q₁₃＝b₁₀×P₁²+b₁₁×P₁+b₁₂，T₄＝b₁₃×P₁+b₁₄，其中，Q₁₂為膨脹機進氣流量，Q₁₃為膨脹機出氣流量，T₄為膨脹機出氣溫度，b₈、b₉、b₁₀、b₁₁、b₁₂、b₁₃、b₁₄為擬合系數；

(3)計算設備關機階段工況下的控制參數：膨脹機、甲烷壓縮機、氫氣壓縮機的瞬時控制參數計算與穩態運行時相同，隨后甲烷壓縮機、膨脹機、氫氣壓縮機依次停止運行。