阅读说明：本技术 加氢站储氢容器降温系统及方法 (Cooling system and method for hydrogen storage container of hydrogen filling station ) 是由 周亮 李明昕 黄景龙 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种加氢站储氢容器降温系统及方法,旨在解决储气容器在使用过程中温度过高、温升过快及泄漏气体易燃而引发的安全问题。该降温系统主要包括同时配置的喷雾机构、喷淋机构及控制单元；其通过采集储气容器的温度、罐区环境的温度、罐区火焰探测器的信号和相关的按钮的号,逻辑处理后自动控制喷雾或喷淋,从而实现储氢容器的降温冷却功能。本发明能够有效解决储氢容器在使用过程中温度过高及温升过快的问题,以消除安全隐患；且当储氢容器区管线发生氢泄漏燃烧时对储氢容器喷淋冷却,防止储氢容器失效而发生爆炸的风险。(The invention discloses a cooling system and a cooling method for a hydrogen storage container of a hydrogen station, and aims to solve the safety problems caused by overhigh temperature, overhigh temperature rise and inflammable leaked gas in the use process of a gas storage container. The cooling system mainly comprises a spraying mechanism, a spraying mechanism and a control unit which are configured at the same time; the temperature of the gas storage container, the temperature of the tank area environment, the signal of the tank area flame detector and the number of the related button are collected, and spraying or sprinkling is automatically controlled after logic processing, so that the cooling function of the hydrogen storage container is realized. The invention can effectively solve the problems of overhigh temperature and over-quick temperature rise of the hydrogen storage container in the using process so as to eliminate potential safety hazard; and when the pipeline in the hydrogen storage container area generates hydrogen leakage and combustion, the hydrogen storage container is sprayed and cooled, so that the risk of explosion caused by failure of the hydrogen storage container is prevented.)

加氢站储氢容器降温系统及方法

技术领域

本发明涉及可燃气体安全加注技术领域，具体涉及一种加氢站储氢容器降温系统及方法。

背景技术

加氢站的储氢容器（如罐或瓶组）储存氢气的压力一般分为20MPa、45MPa和90MPa，其使用温度不能超过85℃。氢气的压缩或减压均会放出热量，在储氢容器充装过程中容器内氢气温升过快，会发生超过容器使用温度范围的风险，存在使用安全隐患。

储氢容器是加氢站内重要的加氢设施，处于易燃易爆的危险场所，且储氢压力高，另外氢气易泄露、易燃烧；因此，对储氢容器采取预冷或降温措施可有效提高其安全使用性能，对加氢站安全可靠运行尤为重要。而在天然气加气站也面临着同样的问题。

发明内容

本发明提供一种加氢站储氢容器降温系统及方法，旨在解决储氢容器在使用过程中温度过高、温升过快及氢泄漏燃烧而引发的安全问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种加氢站储氢容器降温预冷系统，包括：

喷雾机构，包括用于设置在对应储氢容器上方的雾化布水腔、连通该雾化布水腔的多个雾化喷嘴，所述雾化布水腔在安装使用时经由对应的供水管及喷雾控制阀连通至对应的冷却水源；

喷淋机构，包括用于设置在对应储氢容器上方的喷淋布水腔、连通该喷淋布水腔的多个喷淋孔/嘴，所述喷淋布水腔在安装使用时经由对应的供水管及喷淋控制阀连通至对应的冷却水源；

控制单元，包括PLC、用于采集储氢容器区域环境温度的环境温度变送器、采集所述储氢容器温度的温度传感器、用于监测所述储氢容器区域的火焰探测器，所述PLC接收所述各变送器、传感器或/和探测器所采集的信号，并经设定的逻辑处理后发出控制信号，以实现对所述喷雾或/和喷淋控制阀的启闭控制。

所述雾化布水腔和喷淋布水腔上下平行设置，所述多个雾化喷嘴对应布设于雾化布水腔的上侧或/和左、右两侧，所述多个喷淋孔/嘴对应布设于雾化布水腔下侧或/和左、右两侧。

所述温度传感器包括用于贴片安装在所述储氢容器上的至少两个本安型温度传感器，其通过安全栅电连接于所述PLC。

所述控制单元还包括设于对应的防爆操作柱上的急停按钮，用于向PLC发送急停信息，且由PLC控制所述喷雾或/和喷淋控制阀的关闭，同时生成和发出报警信息。

所述控制单元还包括对应电连接于所述PLC的喷雾或/和喷淋手动开关，用以实现对所述喷雾或/和喷淋控制阀启闭的手动控制。

所述控制单元还包括电连接于所述PLC的RS485通讯接口，用于将降温系统相关数据、运行状态或/和报警信息上传于加氢站PLC站控系统，以实现与对应的加氢站整站控制系统联锁联动控制。

所述加氢站储氢容器降温系统还包括为所述控制单元供电的UPS电源。

设计一种加氢站储氢容器降温方法，基于布设有所述加氢站储氢容器降温系统而实施，包括如下自动控制步骤：

（1）当环境温度变送器采集的温度≥30℃，或者储氢容器温度传感器采集的温度≥40℃，或者储氢容器的温升≥3℃/min时，所述PLC控制喷雾控制阀开启，实现自动喷雾；

自动喷雾状态下，当环境温度变送器采集的温度≤25℃，且储氢容器温度传感器采集的温度≤35℃，且满足判断条件持续5分钟后，所述PLC控制关闭喷雾控制阀，停止喷雾功。

（2）当火焰探测器检测到氢气管线泄漏着火，或者储氢容器温度传感器采集的温度≥50℃，或者储氢容器的温升≥8℃/min时，所述PLC控制喷淋控制阀开启，实现自动喷淋；

自动喷淋状态下，当火焰探测器检测到火焰熄灭，且储氢容器温度传感器采集的温度≤45℃，且满足判断条件持续5分钟后，所述PLC控制喷淋控制阀关闭，停止喷淋。

进一步的，基于所述控制单元设有喷雾或/和喷淋手动开关，还包括如下手动控制步骤：

打开所述喷雾/喷淋手动开关，PLC控制开启所述喷雾/喷淋控制阀，实现喷雾/喷淋的手动控制；关闭所述喷雾/喷淋手动开关，由所述控制单元自动控制。

进一步的，基于所述控制单元设有RS485通讯接口，包括如下步骤：

所述控制单元以MODBUS RTU协议将相关数据、运行状态或/和报警信息上传于加氢站PLC站控系统，并与加氢站整站控制系统联锁联动控制。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

本发明能够有效解决储氢容器在使用过程中温度过高及温升过快的问题，以消除安全隐患，保证氢气在压缩储存和减压取气过程中，储氢容器的使用温度不超限；同时，当储氢容器区管线发生氢气泄露燃烧时，会释放大量的热量，对储氢容器安全存储造成巨大威胁，通过对储氢容器喷淋冷却，防止其因为温度过高导致压力过高（排放不及时）造成储氢容器失效而发生爆炸的风险。

本发明适用于加氢站、加气站等的储气装置的降温冷却，也可用于其它罐体、瓶组和防水设备的降温使用。

附图说明

图1为本发明加氢站储氢容器降温系统的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图。

图4为本发明加氢站储氢容器降温系统中的防爆操作柱的操作界面示意图。

图5为本发明加氢站储氢容器降温系统中的喷雾喷淋双腔结构示意图；

图6为本发明加氢站储氢容器降温系统中的双腔结构的截面示意图。

图7为本发明加氢站储氢容器降温系统的电气框图。

图8为本发明加氢站储氢容器降温方法中的喷雾控制逻辑流程图。

图9为本发明加氢站储氢容器降温方法中的喷淋控制逻辑流程图。

图中，1为喷雾喷淋双腔结构，2为火焰探测器，3为储氢罐，4为本安型温度传感器，5为稳压供水系统，6为环境温度变送器，7为防爆操作柱，8为防爆操作柱安装支架，9为急停按钮，10为喷雾旋钮，11为喷淋旋钮，13为方管，14为C型槽，15为雾化喷嘴，16为喷淋孔，17为堵板，18为连接板，19为管接头，20为雾化布水腔，21为喷淋布水腔，22为防爆控制盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

以下实施例中所涉及的单元模块或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

实施例1：一种加氢站储氢容器降温系统，参见图1至图7，包括：

喷雾机构，包括设置在储氢罐3上方的雾化布水腔20、连通该雾化布水腔的多个雾化喷嘴15，所述雾化布水腔20在安装使用时经由对应的供水管及喷雾电动球阀连通至对应的稳压供水系统5；

喷淋机构，包括用于设置在储氢罐3上方的喷淋布水腔21、连通该喷淋布水腔21的多个喷淋孔16，所述喷淋布水腔21经由对应的供水管及喷淋电动球阀连通至所述稳压供水系统5；所述雾化布水腔20和喷淋布水腔21为一体化的喷雾喷淋双腔结构1，参见图5、图6，其由方管13和平行对接于该方管下方的C型槽14围设而成，所述多个雾化喷嘴15对应布设于方管13上侧和左、右两侧，所述多个喷淋孔16对应布设于C型槽14的下侧。

控制单元，参见图7，包括PLC（CPU ST20 DC/DC/DC）、用于采集储氢罐区域环境温度的环境温度变送器BT（ST-WZPB14T2）、贴片安装在储氢罐上的两个本安型温度传感器RT01、RT02（TR50）（一用一备，互为校验，其经由对应的安全栅SB1、SB2（GS8071-Ex）和模拟量输入模块AI（EM AE04）电连接于所述PLC）、用于监测储氢罐区域的火焰探测器FSA（FD10-UVIR2）、用于向PLC发送急停信息的急停按钮、经由PLC控制喷雾电动球阀YV01（YXR730FL3-16P DN25）和喷淋喷雾电动球阀YV02（YXR730FL3-16P DN25）启闭的喷雾旋钮开关SA01和喷淋旋钮开关SA02、RS485通讯接口（用于将预冷系统相关数据、运行状态和报警信息上传于加氢站PLC站控系统，实现与对应的加氢站整站控制系统联锁联动控制），所述PLC接收所述各变送器、传感器、探测器所采集的信号，并经设定的逻辑处理后发出控制信号，以实现对所述喷雾和喷淋电动球阀的启闭控制。所述PLC、模拟量输入模块AI、安全栅SB1、SB2、开关电源等设置于防爆控制盒22内。防爆操作柱7（BZC8050-A1K2G1/M20×1.5，含1个急停按钮，2个开关旋钮）安装于稳压供水系统5旁边，可以就近实现设备的紧急停车，以及喷雾和喷淋功能的手动操作。控制单元使用UPS进行供电。

实施例2一种加氢站储氢容器降温方法，基于布设有实施例1所述储氢气容器降温系统而实施，参见图8、图9，包括如下步骤：

（1）紧急停车控制

按下急停按钮STP，降温系统处于紧急停车状态，系统自动关闭喷雾电动球阀YV01和喷淋电动球阀YV02，并生成报警信息同时发出报警信号。旋转急停按钮STP并自动弹出，急停按钮STP处于复位状态，降温系统进入自动运行状态。

（2）喷雾控制

参见图8，打开防爆操作柱上的喷雾旋钮开关SA01，控制单元控制打开喷雾电动球阀YV01，冷却水流入雾化布水腔，实现降温系统的手动喷雾控制；关闭防爆操作柱上的喷雾旋钮开关SA01，降温系统进入自动喷雾控制状态。

当环境温度变送器BT采集的温度大于30℃，或者储氢罐温度传感器RT01、RT02采集的环境温度大于40℃，或者储氢容器的温升大于3℃/min时，控制单元控制开启喷雾电动球阀YV01，实现自动喷雾控制；自动喷雾状态下，当环境温度变送器BT采集的温度小于25℃，且储氢罐上的温度传感器RT01、RT02采集的温度小于35℃，且满足判断条件连续5分钟后，系统自动关闭喷雾电动球阀YV01，停止喷雾。

（3）喷淋功能

参见图9，打开防爆操作柱上的喷淋旋钮开关SA02，控制单元开启喷淋电动球阀YV02，冷却水流入喷淋布水腔，实现降温系统喷淋的手动控制；关闭防爆操作柱上的喷淋旋钮开关SA02，降温系统进入自动喷淋控制状态。

当储氢容器区火焰探测器FSA检测到氢气管线泄漏着火，或者储氢罐上的温度传感器RT01、RT02采集的温度大于50℃，或者储氢罐的温升大于8℃/min时，控制单元自动打开喷淋电动球阀YV02，实现自动喷淋控制；自动喷淋控制状态下，当火焰探测器FSA检测到氢气火焰熄灭，且储氢罐上的温度传感器RT01、RT02采集的温度小于45℃，且满足判断条件连续5分钟后，系统自动关闭喷淋电动球阀YV02，停止喷淋。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。