一种分析用氢集中供气系统的制作方法

本发明属于氢气供气，具体涉及一种分析用氢集中供气系统。

背景技术：

1、我司因高精度监控化工装置生产过程质量的需求，在主要化工装置现场建设有在线分析小屋，这也是当前化工厂的常规配置。分析小屋内设有在线分析专有设备，往往以色谱类居多，对检测气持续的需求之外，我司装置具有大型化特点，生产质量如出现偏差具有损失大的特点，并且较多工序因物流组成变化较快且操作质量控制对组成又较敏感故其在线分析频率往往以分钟计，这就导致对载气需求量较大。

2、常规载气一般为氮气、氢气和氦气，载气用于将进样口中的样品化合物传送到分离柱，其中氢气与氮气因价格较低运用更广泛。我司各个装置分析小屋载气氢气和氮气用量较大，结合为钢瓶存储和更换周期，人力和运输成本较高。

3、与此同时，我司拥有自产的高纯度氮气和高纯度氢气，并且所述氮气和氢气拥有不同压力等级，具有纯度高压力高的特点，申请人具备自产气体管道输送取代钢瓶采购的条件。但是经系统研究发现，分析载气对气体纯度要求较敏感，并且分析仪器价格较高，分析结果对载气压力稳定性有较高要求，流量较低却对持续性流动需求较大，若采用管输则需要建立大口径管网，投资较大，另一情况也需要重视的是目前我司氮气和氢气管网为下游生产装置的原料或辅料，存在生产波动工况，例如：用气量突增或者突降的工况，从而公司可能会考虑优化用能关闭或者降低氮气和氢气产量负荷的情况。

4、申请人通过查阅文献发现分析用气集中供应的研究主要集中在实验室，例如龙海洋发布的《高校实验室集中供气系统的建设与应用》，其主要描述了多种气体管路的梳理与集中摆放，并未从本质上解决大量用气工况的稳定供气方案，杨锐明在《集中供气系统在提升高校力工实验室本质安全的应用》一文中提到了集中供气相较于分散供气存在较大的安全优势，并且提高了供气连续性和稳定性。但其描述的内容并不适用于化工厂的分析小屋分散的情况的应用，未能有效整合自有产出气体可能性的情况，同样的情况存在于朱倩发布的《石油化工实验室集中供气系统标准化设计》。如何充分利用我司现有优势合理降低对外依存度，即有效降低分析载气的用量，而增加分析用气供应稳定性，针对以上技术难点，我司开展了一系列的研究，经过多次实践，终于取得了一定的成效。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种新的技术方案，本方法通过设计二级储气以及蓄能装置实现了稳定供应分析用气，可以替代传统钢瓶供气，使用本装置可基本停止外采分析气体钢瓶，降低了频繁装卸气体钢瓶的工况，节约了人力，并且本装置还具有施工成本低、抗干扰能力强等诸多优势，具体如下：

2、当供气装置距离近总管容量较大的工况，此时支线直连供气总管即可，

3、蓄能罐的设定保证了在供气中断，单向阀b止逆生效，此时气源中断，分析小屋仍能继续为装置分析样品，保证了化工装置持续有监测结果。

4、一种分析用氢集中供气系统，包括高压氢气管线和扩展供应气管线，其特征在于，高压氢气通过管线与分析小屋相连通，相应管线上依次设有手阀a、单向阀a、调节阀a、手阀c、取样器a、单向阀b、手阀x和取样器b；

5、手阀a和手阀c两端管线上并接手阀b；

6、单向阀b和手阀x之间接有去火炬管线，

7、去火炬管线分为两路，分别为管线a和管线b，

8、管线a上依次设有手阀v、蓄能罐a、安全阀d和手阀p；

9、管线b上依次设有手阀w、蓄能罐b、安全阀e和手阀q；

10、管线a和管线b之间依次设有针阀a、针阀b，针阀a、针阀b之间设有压力表d和针阀c。

11、当气源距离较远，气体需求量低的工况，可以采用以下技术方案进行，具体如下：

12、一种分析用氢集中供气系统，包括高压氢气管线和扩展供应气管线，其特征在于，高压氢气通过管线与分析小屋相连通，相应管线上依次设有手阀a、单向阀a、调节阀a、手阀c、取样器a、单向阀b、手阀x和取样器b；

13、手阀a和手阀c两端管线上并接手阀b；

14、单向阀b和手阀x之间接有去火炬管线，

15、去火炬管线分为两路，分别为管线a和管线b，

16、管线a上依次设有手阀v、蓄能罐a、安全阀d和手阀p；

17、管线b上依次设有手阀w、蓄能罐b、安全阀e和手阀q；

18、管线a和管线b之间依次设有针阀a、针阀b，针阀a、针阀b之间设有压力表d和针阀c；

19、所述的取样器a与单向阀b之间依次设有储气罐、调节阀c、手阀g、手阀k、手阀j、压力表b、二级储气罐a和手阀t；

20、储气罐通过管线d与火炬相连通，管线d上依次设有压力表a、调节阀b和手阀d；

21、扩展供应气管线通过管线与储气罐相连；

22、手阀j和压力表b之间开设有管线c，管线c与管线a相连通，管线c上设有手阀r、安全阀b和手阀n；

23、储气罐的下部通过管线e与去火炬管线相连，管线e上设有压力表b、手阀h和手阀i；

24、管线d与管线e之间接有管线f，管线f上设有手阀e、安全阀a和手阀f。

25、此法可以降低施工管道直径，结构简单，实现二级储气，二级储气罐边进边出，动态补气供气，结合色谱间歇性分析频率可较好完成供气需求，供气装置稳定性能较高。

26、蓄能罐的设定保证了在供气中断单向阀b止逆生效，此时气源中断，分析小屋仍能继续为装置分析样品，保证了化工装置持续有监测结果。

27、当气源距离较远，气体需求量较多的工况，采用的技术方案如下：

28、一种分析用氢集中供气系统，包括高压氢气管线和扩展供应气管线，其特征在于，高压氢气通过管线与分析小屋相连通，相应管线上依次设有手阀a、单向阀a、调节阀a、手阀c、取样器a、单向阀b、手阀x和取样器b；

29、手阀a和手阀c两端管线上并接手阀b；

30、单向阀b和手阀x之间接有去火炬管线，

31、去火炬管线分为两路，分别为管线a和管线b，

32、管线a上依次设有手阀v、蓄能罐a、安全阀d和手阀p；

33、管线b上依次设有手阀w、蓄能罐b、安全阀e和手阀q；

34、管线a和管线b之间依次设有针阀a、针阀b，针阀a、针阀b之间设有压力表d和针阀c；

35、所述的取样器a与单向阀b之间依次设有储气罐、调节阀c、手阀g、手阀k、手阀j、压力表b、二级储气罐a和手阀t；

36、储气罐通过管线d与火炬相连通，管线d上依次设有压力表a、调节阀b和手阀d；

37、扩展供应气管线通过管线与储气罐相连；

38、手阀j和压力表b之间开设有管线c，管线c与管线a相连通，管线c上设有手阀r、安全阀b和手阀n；

39、储气罐的下部通过管线e与去火炬管线相连，管线e上设有压力表b、手阀h和手阀i；

40、管线d与管线e之间接有管线f，管线f上设有手阀e、安全阀a和手阀f；

41、手阀j与压力表b之间设有电磁阀a，二级储气罐a与手阀t之间设有电磁阀c；

42、二级储气罐a边上并联一条管线g，管线g上分别设有手阀l、手阀m、电磁阀b、压力表c、二级储气罐b、电磁阀d和手阀u；

43、压力表c和电磁阀b之间接有管线h，管线h与管线a相连通，管线h上依次设有手阀s、安全阀c和手阀o。

44、此法可以降低施工管道直径，一二级储气互补压力，双二级储气罐，可电磁阀plc自控补气，实现单进单出连续供气装置稳定性能高，甚至适合厂区内不产生气体的装置，高压氢气管线可连接卸车设施，自厂区外集中槽车采气一级储气，保证气源稳定的同时可直接降低小型钢瓶供气的频繁装卸，进一步保证了分析小屋气体供应连续性，从而保证了分析结果的稳定性。

45、蓄能罐的设定保证了在供气中断的情况下，单向阀b止逆生效，蓄能罐内预留气体进行补充气体管网，给分析小屋精密设备继续运作留下了充足时间继续服务化工装置中间/终端产品样品的稳定分析需求。

46、结合化工装置现场拥有齐备的压力释放火炬系统以及完备的gds系统，本装置尤其适合在大型化工装置较多的厂区内设置，相比于传统气体钢瓶供气具有安全性高，操作频率低，人工维护成本低的显著优势，并且减少了危险气体充装频率，更利于现代化工巨型园区化的稳定运行。

47、本发明的详细工作原理如下：

48、本装置设置的单向阀a可以在外界h-1氢气中断的情况，及时止回，保留氢气不外输，在外界氢气中断工况下，储气罐再结合单向阀a从而可以实现平稳过渡突发情况；进一步设置单向阀b可以在二级储气罐气量中断时，及时止回，给蓄能罐释放存量氢气，此时与分析小屋进行联动停机，从而给精密分析仪器降温的时间，从而保障高价值分析仪器的稳定过渡。并且储气、二级储气及蓄能三段的供气设计，有效保障了分析用气，理论上在储气罐单向阀a止回起作用时，操作员能及时发现气体的异常供应波动，从而主动增加气体钢瓶连接，其中针阀c预留接口补充分析气，可以实现气源中断，分析连续的最佳结果；

49、本装置储气罐罐顶为单测点两回路控制，压力表a与调节阀b组成了主动泄压流程，主要为操作人员提供了微量超压主动泄放的控制，尤其是在氢气总管压力异常增大的时候，压力表a会进行实时压力检测和报警，从而主动泄放超压的部分，从而最大降低异常压力增加工况的扰动；压力表a与调节阀c组成了调压供气回路，主要完成15-18mpa降至12-5mpa的调整；

50、高压氢气管线为我司自产氢气增压后总管，压力为15mpa-18mpa，常温；所述装置中去火炬管线为我司现有装置管道，为有效承接不合格尾气及超压释放气，设定为微正压，约10-30kpa；所述装置中的扩展供应气管线为去下一分析小屋稳压装置的扩展线，从而实现本发明涉及技术的多单体供气装置的串联扩展应用；分析小屋接口应当注意的是此处接口的供气条件为12mpa-5mpa，应当注意的是与本装置相连的分析小屋应设置减压装置，进一步提高供气压力稳定性。

51、优选地，所述装置中安全阀a、安全阀b、安全阀c、安全阀d、安全阀e在装置潜在憋压位置设置，将较大改善憋压爆炸的发生的可能性，进一步提高了装置的安全性；安全阀b、安全阀c、安全阀d、安全阀e检修将与设备二级储气罐a/b以及蓄能罐a/b进行同步进行，因此节省了安全阀前手阀，进一步减少了密封泄漏点，提高了装置整体运行平稳性；

52、本装置在二级储气罐上下设置了电磁阀，结合plc面板，可以设定储气罐的储气/供气切换时间，将电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d的开关状态、速度进行批控编程，直接实现二级储气罐的补气与供气自动切换，合理的批控时间可以较好地实现压力波动最小化；具体为默认检修隔离用手阀k、手阀l、手阀t、手阀u处于全开状态，二级储气罐一处于供气状态，即电磁阀a关闭，电磁阀c打开，电磁阀b与电磁阀d处于保压状态，则需要执行电磁阀c进行二级储气罐a/b并行阶段，然后执行电磁阀c关闭，电磁阀a打开的，二级储气罐一补气，二级储气罐二供气的阶段。电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d阀门全开全关可以在1s内完成。

53、本发明具有以下有益效果：

54、以我司2023年运行数据测算，①直接收益：仅计入分析用氢气钢瓶，约1200瓶(规格：40l、12mpa、99999纯度)，此规格氢气钢瓶满瓶市场单价110元，此规格氢气储量4.5nm3，而氢气市场价格2.5元/nm3，核减纯氢市场价格，在不考虑运输费用的情况下，投用本项目将年节省11.8万元；②间接人工成本：经测算将减少2人工/年，合计15万元/年，此处工时主要为气瓶与分析设备的拆卸、气瓶搬运、气瓶日常维护等；③社会效益：将减少了危险气体的运输/充装环节，化繁为简，降低了社会潜在的公共风险。

55、以我司工厂20年设计计算将可以带来536万元的总和收益，项目投用时间越早，越早收益。并且具有潜在的全国推广价值，可有效提高当前化工进园集约一体化进程，进一步压减集中上下游一体化产业链式企业生产成本。