[发明专利]基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统及方法

权利要求书

1.一种基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统，其特征在于：包括干线系统、阀室系统、沿途监测系统和控制系统，其中：

所述干线系统包括连接上游站场和下游站场的干线管道；所述干线管道为等径含氢天然气管道输送干线，埋地敷设，一端连接上游首站，一端连接下游末站，在干线管道上设置至少两个截断阀室；

所述阀室系统为设置在干线管道上的至少两个截断阀室，每个阀室包括干线截断阀和设置在干线截断阀上下游的干线旁路，以及放空管路，在两个干线旁路上均设置有压力变送器和旁路截断阀，在放空管路上设置有放空阀；所述干线截断阀为电动控制球阀；两个干线旁路分别从干线截断阀的上、下游管道顶部引出，材质与干线管道一致；旁路截断阀为远程电动控制球阀；放空阀为远程电动控制调节阀，放空管道埋地敷设，用于将放空介质引入远端放空火炬；

所述沿途监测系统设置在阀室内，包括取样管路和设置在取样管路上的两个取样截断阀，以及在两个取样截断阀之间设置的气体取样分析设备；

所述控制系统为基于氢分压与分压安全值或停输时间与安全停输时间比对，对沿线阀室系统放空阀开关联锁的控制系统。

2.根据权利要求1所述的基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统，其特征在于：所述取样管路连接阀室上下游的两个干线旁路，取样截断阀为电动控制球阀，气体取样分析设备为氢气在线色谱检测仪及配套系统。

3.一种利用权利要求1所述的基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、确定管道材料最低氢损伤分压和氢气聚集分压安全值，开展对应管径的长直管道内氢气-天然气体系在不同停输压力下的氢气聚集至分压安全值所需时间的模拟，获取基于停输压力和安全停输时间的二维版图；

步骤二、在全线各处阀室设置沿途监测系统；

步骤三、当含氢天然气管道干线需要检修时，远程关闭该段干线上游和下游的临近阀室的干线截断阀；或当混氢天然气管道干线发生泄漏后，系统自动关闭泄漏位置所在干线上游和下游的临近阀室的干线截断阀，同时保持旁路截断阀关闭；

步骤四、对被截断且停输的干线管道，开启上、下游阀室的两个相邻取样截断阀，启动沿途监测系统，连续进行介质取样分析；当某次取样测试浓度折算的氢分压高于分压安全值或系统停输时间超过模拟的安全停输时间后，开启靠近两个相邻取样截断阀的旁路截断阀，并开启上、下游阀室的放空阀，对位于上、下游阀室之间的干线首尾同时进行压力泄放，直至降压至原停输压力的95％时关闭泄放系统；

步骤五、基于步骤四的泄放后系统压力，利用步骤一模拟的数据，拟合该种工况下的安全停输时间；

步骤六、循环进行步骤四和步骤五，至管道重新启动或管道停运工况下无氢气聚集损伤风险为止。

4.根据权利要求3所述的基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统的方法，其特征在于：步骤一所述确定氢气聚集分压安全值的方法为：基于设计条件和干线管道所选材料性能，进行管道材料最高氢分压适应性评估，确定材料最低氢损伤分压，并按照80％的材料最低氢损伤分压确定分压安全值。

5.根据权利要求4所述的基于氢气积聚控制的含氢天然气管道安全保障系统的 方法，其特征在于：所述设计条件包括组分、压力、温度、氢气掺混浓度。