本發(fā)明屬于氫氣供氣，具體涉及一種分析用氫集中供氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、我司因高精度監(jiān)控化工裝置生產(chǎn)過程質(zhì)量的需求，在主要化工裝置現(xiàn)場建設(shè)有在線分析小屋，這也是當前化工廠的常規(guī)配置。分析小屋內(nèi)設(shè)有在線分析專有設(shè)備，往往以色譜類居多，對檢測氣持續(xù)的需求之外，我司裝置具有大型化特點，生產(chǎn)質(zhì)量如出現(xiàn)偏差具有損失大的特點，并且較多工序因物流組成變化較快且操作質(zhì)量控制對組成又較敏感故其在線分析頻率往往以分鐘計，這就導(dǎo)致對載氣需求量較大。

2、常規(guī)載氣一般為氮氣、氫氣和氦氣，載氣用于將進樣口中的樣品化合物傳送到分離柱，其中氫氣與氮氣因價格較低運用更廣泛。我司各個裝置分析小屋載氣氫氣和氮氣用量較大，結(jié)合為鋼瓶存儲和更換周期，人力和運輸成本較高。

3、與此同時，我司擁有自產(chǎn)的高純度氮氣和高純度氫氣，并且所述氮氣和氫氣擁有不同壓力等級，具有純度高壓力高的特點，申請人具備自產(chǎn)氣體管道輸送取代鋼瓶采購的條件。但是經(jīng)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，分析載氣對氣體純度要求較敏感，并且分析儀器價格較高，分析結(jié)果對載氣壓力穩(wěn)定性有較高要求，流量較低卻對持續(xù)性流動需求較大，若采用管輸則需要建立大口徑管網(wǎng)，投資較大，另一情況也需要重視的是目前我司氮氣和氫氣管網(wǎng)為下游生產(chǎn)裝置的原料或輔料，存在生產(chǎn)波動工況，例如：用氣量突增或者突降的工況，從而公司可能會考慮優(yōu)化用能關(guān)閉或者降低氮氣和氫氣產(chǎn)量負荷的情況。

4、申請人通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)分析用氣集中供應(yīng)的研究主要集中在實驗室，例如龍海洋發(fā)布的《高校實驗室集中供氣系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用》，其主要描述了多種氣體管路的梳理與集中擺放，并未從本質(zhì)上解決大量用氣工況的穩(wěn)定供氣方案，楊銳明在《集中供氣系統(tǒng)在提升高校力工實驗室本質(zhì)安全的應(yīng)用》一文中提到了集中供氣相較于分散供氣存在較大的安全優(yōu)勢，并且提高了供氣連續(xù)性和穩(wěn)定性。但其描述的內(nèi)容并不適用于化工廠的分析小屋分散的情況的應(yīng)用，未能有效整合自有產(chǎn)出氣體可能性的情況，同樣的情況存在于朱倩發(fā)布的《石油化工實驗室集中供氣系統(tǒng)標準化設(shè)計》。如何充分利用我司現(xiàn)有優(yōu)勢合理降低對外依存度，即有效降低分析載氣的用量，而增加分析用氣供應(yīng)穩(wěn)定性，針對以上技術(shù)難點，我司開展了一系列的研究，經(jīng)過多次實踐，終于取得了一定的成效。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新的技術(shù)方案，本方法通過設(shè)計二級儲氣以及蓄能裝置實現(xiàn)了穩(wěn)定供應(yīng)分析用氣，可以替代傳統(tǒng)鋼瓶供氣，使用本裝置可基本停止外采分析氣體鋼瓶，降低了頻繁裝卸氣體鋼瓶的工況，節(jié)約了人力，并且本裝置還具有施工成本低、抗干擾能力強等諸多優(yōu)勢，具體如下：

2、當供氣裝置距離近總管容量較大的工況，此時支線直連供氣總管即可，

3、蓄能罐的設(shè)定保證了在供氣中斷，單向閥b止逆生效，此時氣源中斷，分析小屋仍能繼續(xù)為裝置分析樣品，保證了化工裝置持續(xù)有監(jiān)測結(jié)果。

4、一種分析用氫集中供氣系統(tǒng)，包括高壓氫氣管線和擴展供應(yīng)氣管線，其特征在于，高壓氫氣通過管線與分析小屋相連通，相應(yīng)管線上依次設(shè)有手閥a、單向閥a、調(diào)節(jié)閥a、手閥c、取樣器a、單向閥b、手閥x和取樣器b；

5、手閥a和手閥c兩端管線上并接手閥b；

6、單向閥b和手閥x之間接有去火炬管線，

7、去火炬管線分為兩路，分別為管線a和管線b，

8、管線a上依次設(shè)有手閥v、蓄能罐a、安全閥d和手閥p；

9、管線b上依次設(shè)有手閥w、蓄能罐b、安全閥e和手閥q；

10、管線a和管線b之間依次設(shè)有針閥a、針閥b，針閥a、針閥b之間設(shè)有壓力表d和針閥c。

11、當氣源距離較遠，氣體需求量低的工況，可以采用以下技術(shù)方案進行，具體如下：

12、一種分析用氫集中供氣系統(tǒng)，包括高壓氫氣管線和擴展供應(yīng)氣管線，其特征在于，高壓氫氣通過管線與分析小屋相連通，相應(yīng)管線上依次設(shè)有手閥a、單向閥a、調(diào)節(jié)閥a、手閥c、取樣器a、單向閥b、手閥x和取樣器b；

13、手閥a和手閥c兩端管線上并接手閥b；

14、單向閥b和手閥x之間接有去火炬管線，

15、去火炬管線分為兩路，分別為管線a和管線b，

16、管線a上依次設(shè)有手閥v、蓄能罐a、安全閥d和手閥p；

17、管線b上依次設(shè)有手閥w、蓄能罐b、安全閥e和手閥q；

18、管線a和管線b之間依次設(shè)有針閥a、針閥b，針閥a、針閥b之間設(shè)有壓力表d和針閥c；

19、所述的取樣器a與單向閥b之間依次設(shè)有儲氣罐、調(diào)節(jié)閥c、手閥g、手閥k、手閥j、壓力表b、二級儲氣罐a和手閥t；

20、儲氣罐通過管線d與火炬相連通，管線d上依次設(shè)有壓力表a、調(diào)節(jié)閥b和手閥d；

21、擴展供應(yīng)氣管線通過管線與儲氣罐相連；

22、手閥j和壓力表b之間開設(shè)有管線c，管線c與管線a相連通，管線c上設(shè)有手閥r、安全閥b和手閥n；

23、儲氣罐的下部通過管線e與去火炬管線相連，管線e上設(shè)有壓力表b、手閥h和手閥i；

24、管線d與管線e之間接有管線f，管線f上設(shè)有手閥e、安全閥a和手閥f。

25、此法可以降低施工管道直徑，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)二級儲氣，二級儲氣罐邊進邊出，動態(tài)補氣供氣，結(jié)合色譜間歇性分析頻率可較好完成供氣需求，供氣裝置穩(wěn)定性能較高。

26、蓄能罐的設(shè)定保證了在供氣中斷單向閥b止逆生效，此時氣源中斷，分析小屋仍能繼續(xù)為裝置分析樣品，保證了化工裝置持續(xù)有監(jiān)測結(jié)果。

27、當氣源距離較遠，氣體需求量較多的工況，采用的技術(shù)方案如下：

28、一種分析用氫集中供氣系統(tǒng)，包括高壓氫氣管線和擴展供應(yīng)氣管線，其特征在于，高壓氫氣通過管線與分析小屋相連通，相應(yīng)管線上依次設(shè)有手閥a、單向閥a、調(diào)節(jié)閥a、手閥c、取樣器a、單向閥b、手閥x和取樣器b；

29、手閥a和手閥c兩端管線上并接手閥b；

30、單向閥b和手閥x之間接有去火炬管線，

31、去火炬管線分為兩路，分別為管線a和管線b，

32、管線a上依次設(shè)有手閥v、蓄能罐a、安全閥d和手閥p；

33、管線b上依次設(shè)有手閥w、蓄能罐b、安全閥e和手閥q；

34、管線a和管線b之間依次設(shè)有針閥a、針閥b，針閥a、針閥b之間設(shè)有壓力表d和針閥c；

35、所述的取樣器a與單向閥b之間依次設(shè)有儲氣罐、調(diào)節(jié)閥c、手閥g、手閥k、手閥j、壓力表b、二級儲氣罐a和手閥t；

36、儲氣罐通過管線d與火炬相連通，管線d上依次設(shè)有壓力表a、調(diào)節(jié)閥b和手閥d；

37、擴展供應(yīng)氣管線通過管線與儲氣罐相連；

38、手閥j和壓力表b之間開設(shè)有管線c，管線c與管線a相連通，管線c上設(shè)有手閥r、安全閥b和手閥n；

39、儲氣罐的下部通過管線e與去火炬管線相連，管線e上設(shè)有壓力表b、手閥h和手閥i；

40、管線d與管線e之間接有管線f，管線f上設(shè)有手閥e、安全閥a和手閥f；

41、手閥j與壓力表b之間設(shè)有電磁閥a，二級儲氣罐a與手閥t之間設(shè)有電磁閥c；

42、二級儲氣罐a邊上并聯(lián)一條管線g，管線g上分別設(shè)有手閥l、手閥m、電磁閥b、壓力表c、二級儲氣罐b、電磁閥d和手閥u；

43、壓力表c和電磁閥b之間接有管線h，管線h與管線a相連通，管線h上依次設(shè)有手閥s、安全閥c和手閥o。

44、此法可以降低施工管道直徑，一二級儲氣互補壓力，雙二級儲氣罐，可電磁閥plc自控補氣，實現(xiàn)單進單出連續(xù)供氣裝置穩(wěn)定性能高，甚至適合廠區(qū)內(nèi)不產(chǎn)生氣體的裝置，高壓氫氣管線可連接卸車設(shè)施，自廠區(qū)外集中槽車采氣一級儲氣，保證氣源穩(wěn)定的同時可直接降低小型鋼瓶供氣的頻繁裝卸，進一步保證了分析小屋氣體供應(yīng)連續(xù)性，從而保證了分析結(jié)果的穩(wěn)定性。

45、蓄能罐的設(shè)定保證了在供氣中斷的情況下，單向閥b止逆生效，蓄能罐內(nèi)預(yù)留氣體進行補充氣體管網(wǎng)，給分析小屋精密設(shè)備繼續(xù)運作留下了充足時間繼續(xù)服務(wù)化工裝置中間/終端產(chǎn)品樣品的穩(wěn)定分析需求。

46、結(jié)合化工裝置現(xiàn)場擁有齊備的壓力釋放火炬系統(tǒng)以及完備的gds系統(tǒng)，本裝置尤其適合在大型化工裝置較多的廠區(qū)內(nèi)設(shè)置，相比于傳統(tǒng)氣體鋼瓶供氣具有安全性高，操作頻率低，人工維護成本低的顯著優(yōu)勢，并且減少了危險氣體充裝頻率，更利于現(xiàn)代化工巨型園區(qū)化的穩(wěn)定運行。

47、本發(fā)明的詳細工作原理如下：

48、本裝置設(shè)置的單向閥a可以在外界h-1氫氣中斷的情況，及時止回，保留氫氣不外輸，在外界氫氣中斷工況下，儲氣罐再結(jié)合單向閥a從而可以實現(xiàn)平穩(wěn)過渡突發(fā)情況；進一步設(shè)置單向閥b可以在二級儲氣罐氣量中斷時，及時止回，給蓄能罐釋放存量氫氣，此時與分析小屋進行聯(lián)動停機，從而給精密分析儀器降溫的時間，從而保障高價值分析儀器的穩(wěn)定過渡。并且儲氣、二級儲氣及蓄能三段的供氣設(shè)計，有效保障了分析用氣，理論上在儲氣罐單向閥a止回起作用時，操作員能及時發(fā)現(xiàn)氣體的異常供應(yīng)波動，從而主動增加氣體鋼瓶連接，其中針閥c預(yù)留接口補充分析氣，可以實現(xiàn)氣源中斷，分析連續(xù)的最佳結(jié)果；

49、本裝置儲氣罐罐頂為單測點兩回路控制，壓力表a與調(diào)節(jié)閥b組成了主動泄壓流程，主要為操作人員提供了微量超壓主動泄放的控制，尤其是在氫氣總管壓力異常增大的時候，壓力表a會進行實時壓力檢測和報警，從而主動泄放超壓的部分，從而最大降低異常壓力增加工況的擾動；壓力表a與調(diào)節(jié)閥c組成了調(diào)壓供氣回路，主要完成15-18mpa降至12-5mpa的調(diào)整；

50、高壓氫氣管線為我司自產(chǎn)氫氣增壓后總管，壓力為15mpa-18mpa，常溫；所述裝置中去火炬管線為我司現(xiàn)有裝置管道，為有效承接不合格尾氣及超壓釋放氣，設(shè)定為微正壓，約10-30kpa；所述裝置中的擴展供應(yīng)氣管線為去下一分析小屋穩(wěn)壓裝置的擴展線，從而實現(xiàn)本發(fā)明涉及技術(shù)的多單體供氣裝置的串聯(lián)擴展應(yīng)用；分析小屋接口應(yīng)當注意的是此處接口的供氣條件為12mpa-5mpa，應(yīng)當注意的是與本裝置相連的分析小屋應(yīng)設(shè)置減壓裝置，進一步提高供氣壓力穩(wěn)定性。

51、優(yōu)選地，所述裝置中安全閥a、安全閥b、安全閥c、安全閥d、安全閥e在裝置潛在憋壓位置設(shè)置，將較大改善憋壓爆炸的發(fā)生的可能性，進一步提高了裝置的安全性；安全閥b、安全閥c、安全閥d、安全閥e檢修將與設(shè)備二級儲氣罐a/b以及蓄能罐a/b進行同步進行，因此節(jié)省了安全閥前手閥，進一步減少了密封泄漏點，提高了裝置整體運行平穩(wěn)性；

52、本裝置在二級儲氣罐上下設(shè)置了電磁閥，結(jié)合plc面板，可以設(shè)定儲氣罐的儲氣/供氣切換時間，將電磁閥a、電磁閥b、電磁閥c、電磁閥d的開關(guān)狀態(tài)、速度進行批控編程，直接實現(xiàn)二級儲氣罐的補氣與供氣自動切換，合理的批控時間可以較好地實現(xiàn)壓力波動最小化；具體為默認檢修隔離用手閥k、手閥l、手閥t、手閥u處于全開狀態(tài)，二級儲氣罐一處于供氣狀態(tài)，即電磁閥a關(guān)閉，電磁閥c打開，電磁閥b與電磁閥d處于保壓狀態(tài)，則需要執(zhí)行電磁閥c進行二級儲氣罐a/b并行階段，然后執(zhí)行電磁閥c關(guān)閉，電磁閥a打開的，二級儲氣罐一補氣，二級儲氣罐二供氣的階段。電磁閥a、電磁閥b、電磁閥c、電磁閥d閥門全開全關(guān)可以在1s內(nèi)完成。

53、本發(fā)明具有以下有益效果：

54、以我司2023年運行數(shù)據(jù)測算，①直接收益：僅計入分析用氫氣鋼瓶，約1200瓶(規(guī)格：40l、12mpa、99999純度)，此規(guī)格氫氣鋼瓶滿瓶市場單價110元，此規(guī)格氫氣儲量4.5nm3，而氫氣市場價格2.5元/nm3，核減純氫市場價格，在不考慮運輸費用的情況下，投用本項目將年節(jié)省11.8萬元；②間接人工成本：經(jīng)測算將減少2人工/年，合計15萬元/年，此處工時主要為氣瓶與分析設(shè)備的拆卸、氣瓶搬運、氣瓶日常維護等；③社會效益：將減少了危險氣體的運輸/充裝環(huán)節(jié)，化繁為簡，降低了社會潛在的公共風險。

55、以我司工廠20年設(shè)計計算將可以帶來536萬元的總和收益，項目投用時間越早，越早收益。并且具有潛在的全國推廣價值，可有效提高當前化工進園集約一體化進程，進一步壓減集中上下游一體化產(chǎn)業(yè)鏈式企業(yè)生產(chǎn)成本。