1 概述

隨著環(huán)保要求的日益提高，各國越來越重視發(fā)展新能源汽車。自“十二五”確定七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)以來

，國家密集出臺了多項新能源汽車鼓勵政策。相較于目前已形成規(guī)模的電動汽車產業(yè)，氫燃料電池汽車的發(fā)展還處于開始階段。氫燃料電池汽車與燃油車相比，有零排放、高效率等優(yōu)勢；與電動汽車相比，有能量密度大、加注燃料時間短、續(xù)航里程長等優(yōu)點。截至2020年12月底，國內已投入運營的加氫站約101座。作為氫燃料電池汽車的配套設施，加氫站的設置與運營影響著氫燃料電池汽車產業(yè)的發(fā)展。制氫加氫一體化站相較于單一作用的加氫站，可減少高壓氫氣長距離運輸成本，也能避免上游氫源短缺時站內無氫可加的情況出現(xiàn)。

為滿足制氫加氫一體化站連續(xù)生產、銷售的工作需求，本文提出了一套自控系統(tǒng)的設計方案

。此外，分析制氫、加氫裝置中較為重要的控制、聯(lián)鎖方案。

2 工藝流程

2.1 工程概況

某制氫加氫一體化站設置了一套天然氣重整制氫系統(tǒng)

，制氫規(guī)模1 000 kg/d。35 MPa加氫設備兩套，并預留70 MPa加氫能力。站內所需原料天然氣引自本站旁天然氣調壓站。主要工藝裝置包括天然氣重整制氫設備、天然氣變壓吸附設備、儲氫設備、氫氣壓縮機及加氫機等。

2.2 工藝流程[5]

工藝流程見圖1。

原料天然氣通過轉化爐預熱到280 ℃進入脫硫槽，脫硫槽內的氧化錳及氧化鋅脫硫劑將天然氣硫質量濃度降至0.02 mg/m

之下，以滿足后續(xù)反應要求。脫硫后的天然氣與飽和蒸汽混合，進入轉化爐預熱盤管進一步加熱到550 ℃，在轉化爐輻射段發(fā)生轉化反應。轉化反應為：

3.3.3 鄉(xiāng)土植物的挖掘應用 挖掘并應用鄉(xiāng)土植物，利于提高植物栽植的成活率，減少后期養(yǎng)護所需的碳排放。除此之外，鄉(xiāng)土植物的挖掘利用，其施工運輸成本低，碳排放較少。

(1)

建立物流信息系統(tǒng)主要在兩個層面中，一是對系統(tǒng)中的多個基本模塊進行設計，在實際運送過程中，提高訂單的生成效率，通過系統(tǒng)實現(xiàn)訂單的生成、傳遞和接受。更重要的是對系統(tǒng)支持模塊的設計，通過對地圖及倉庫的設計，使其有效的分布與結合，由此組成物流信息系統(tǒng)的基本架構。通過系統(tǒng)基本模塊設計與系統(tǒng)支持模塊設計相互支持，使得物流信息系統(tǒng)與移動互聯(lián)網結合，提高物流信息系統(tǒng)處理訂單的速度，使其更穩(wěn)定運轉。

(2)

轉化后產品氣溫度約為800 ℃，進入廢熱鍋爐及換熱器，給鍋爐用脫鹽水預熱，產品氣降溫至330 ℃后進入中變爐，發(fā)生如下變換反應：

(3)

變換反應為放熱反應，變換后產品氣再次進入廢熱鍋爐及換熱器，與鍋爐用脫鹽水換熱進行降溫。產品氣降溫至50 ℃后進入中變氣冷卻分離器，分離出來的冷凝液可接入脫鹽水系統(tǒng)或通過地溝排放。隨后產品氣進入PSA變壓吸附裝置。本站采用5-1-3/P模式PSA變壓吸附

。經過PSA變壓吸附后的氫氣純度及雜質含量滿足燃料電池汽車用燃料標準。吸附塔再生過程中產生主要組分為甲烷、氫氣、一氧化碳及二氧化碳的解析氣，用作轉化爐的燃料，既可以解決再生尾氣排放問題，又能節(jié)約燃料天然氣的消耗。

（1）試驗用鋼板 試驗采用板厚32mm和50mm的Q500qE鋼板進行，采用熱機械軋制（TMCP）+回火（T）工藝軋制，鋼板的化學成分和力學性能如表1和表2所示，均符合《商合杭鐵路蕪湖長江公鐵大橋鋼板供貨技術條件》要求。鋼板采用超聲波檢測復驗，符合《厚鋼板超聲波檢驗方法》GB/T 2970 —2004 II級要求。

⑥ 高、中、低壓儲氫瓶組控制

3 自控系統(tǒng)設計

3.1 自控系統(tǒng)組成

該站自控系統(tǒng)主要由PLC(可編程邏輯控制器)系統(tǒng)、SIS(安全儀表系統(tǒng))、GDS(氣體檢測報警系統(tǒng))及上位機組成

，自控系統(tǒng)邏輯圖見圖2。其中PLC系統(tǒng)負責站內正常生產過程中，現(xiàn)場儀表、控制閥、壓縮機PLC、加氫機PLC等信號的采集、控制功能的實現(xiàn)。壓縮機及加氫機PLC自帶RS485通信接口，采用MODBUS-RTU協(xié)議與本站PLC系統(tǒng)進行通信。當站內發(fā)生事故，PLC系統(tǒng)失效時，SIS自動介入，將緊急切斷閥聯(lián)鎖置于故障安全位置，對壓縮機及加氫機進行聯(lián)鎖停車，降低事故發(fā)生的可能性。GDS對全站范圍內氫氣泄漏情況進行檢測。當站內發(fā)生氫氣泄漏時，將報警信號傳輸至PLC系統(tǒng)，站內觸發(fā)聲光警報。如氫氣泄漏嚴重，則將報警信號傳輸至SIS，聯(lián)鎖全站設備停車。上述信號均通過儀表電纜進行傳輸。

⑤ 中變氣冷卻分離器液位控制及聯(lián)鎖

天氣實況分析資料來自常規(guī)氣象觀測資料和NCEP/FNL 1°×1°再分析資料。其中常規(guī)觀測資料為地面逐3 h資料,高空逐12 h資料;航空氣象自動觀測資料(以下稱為AWOS)為逐1 min觀測資料,包括風場、氣壓、氣溫、降水量等氣象要素;形勢場分析和中尺度模式WRF模擬資料均采用NCE/FNL 1°×1°逐6 h再分析資料。

3.2 主要控制及聯(lián)鎖方案

① 原料天然氣及飽和蒸汽定比例調節(jié)

原料天然氣需與飽和蒸汽混合后進入轉化爐發(fā)生轉化反應。由于高水碳比可以提高天然氣中甲烷的轉化率，抑制轉化時的析碳副反應

，故將飽和蒸汽與天然氣按照水碳比(物質的量比)為3.5∶1進行混合。為滿足設定的水碳比，系統(tǒng)選用雙閉環(huán)流量比值控制。在原料天然氣管道上設置1臺渦街流量計FT-01，在飽和蒸汽管道上設置1臺孔板流量計FT-02，并在2條管道上分別設置流量調節(jié)閥FV-01、FV-02。將天然氣流量定為主物料流量，飽和蒸汽流量定為從物料流量。當流量計FT-01檢測到主物料流量或流量計FT-02檢測到從物料流量有波動時，通過改變流量調節(jié)閥FV-01或FV-02的開度，對流量進行定值控制，使物料流量始終穩(wěn)定在設定值附近。當主物料流量設定值發(fā)生變化時，通過PLC系統(tǒng)進行比值控制，使從物料流量設定值也發(fā)生變化，從而使飽和蒸汽與天然氣的水碳比一直保持在3.5左右。流量比控制流程見圖3。

② 轉化爐爐膛溫度聯(lián)鎖

④ 解析氣進轉化爐壓力聯(lián)鎖

③ 燃料天然氣進轉化爐壓力聯(lián)鎖

當我們在進行股票運作時，追求的是績優(yōu)股，當我們在購買房產時，追求的是未來的黃金地段，同樣，國有企業(yè)在進行經營時所追求的就是績優(yōu)股、黃金地段，就是資產的良性發(fā)展。油田企業(yè)作為國有企業(yè)的一員，就是要維護國有資產安全，保障企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。從當前企業(yè)審計的要求來看，質量和責任是企業(yè)審計的基礎，績效是企業(yè)審計的方向和目標，就是要發(fā)現(xiàn)企業(yè)是否成為了藍籌股，把投入產出比例如何作為國有資產的組成部分，油田企業(yè)的績效審計越來越被重視，它進一步擴展和深化了油田企業(yè)審計的內涵。

中變氣冷卻分離器液位控制聯(lián)鎖流程見圖5。中變氣冷卻分離器設置1臺差壓液位變送器LT-01及1臺音叉液位開關LS-02，在中變氣冷卻分離器液相口管路設置1臺液位調節(jié)閥LV-01及1臺切斷閥HV-04。通過檢測中變氣冷卻分離器液位來調節(jié)LV-01開度。當LV-01發(fā)生故障，調節(jié)功能失靈導致液位下降，LT-01及LS-02都達到低液位聯(lián)鎖值50 mm時，聯(lián)鎖切斷HV-04，防止冷凝液直排時，混有變換后產品氣的液體直接排入地溝，造成可燃氣體泄漏引發(fā)火災。

轉化爐溫度聯(lián)鎖控制流程見圖4。轉化爐爐膛設置3臺溫度變送器

，采用B型鎧裝熱電偶，測量范圍為0～1 800 ℃。在原料天然氣管道上設置切斷閥HV-01，在燃料天然氣管道上設置切斷閥HV-02，在解析氣管道上設置切斷閥HV-03。如爐管積灰結焦或轉化爐發(fā)生偏燒時，可能導致轉化爐爐膛溫度升高。為兼顧系統(tǒng)安全性及可用性，當3臺熱電偶中有2臺達到高溫聯(lián)鎖值1 150 ℃時，聯(lián)鎖切斷HV-01、HV-02、HV-03，并聯(lián)鎖空氣鼓風機停機，防止爐管超溫損壞。

壓力聯(lián)鎖控制流程見圖4。在解析氣進轉化爐管道上設置1臺壓力變送器PT-02。如PSA變壓吸附裝置發(fā)生故障時，可能導致解析氣壓力升高。當PT-02達到高壓聯(lián)鎖值0.05 MPa時，聯(lián)鎖切斷HV-01、HV-02、HV-03，并聯(lián)鎖空氣鼓風機停機，防止引發(fā)爐內閃爆。

PLC系統(tǒng)、SIS、GDS及上位機等設備通過屏蔽雙絞線接入站內工業(yè)以太網進行信息交流。站內自控系統(tǒng)預留與燃氣總公司監(jiān)控中心的通信接口，可通過4G或5G網絡將站內信息上傳，從而實現(xiàn)裝置的遠程監(jiān)控。

該機組汽封2010年進行了1次改造，高中壓缸葉頂汽封改造為可退讓式汽封；高中壓缸隔板汽封、前后軸封、高中壓間(過橋)汽封改造為鐵素體刀齒蜂窩汽封和鐵素體接觸式蜂窩汽封。2016年機組揭缸檢查發(fā)現(xiàn)汽封已磨損嚴重，調節(jié)余量難以滿足要求，為適應節(jié)能技術的進步、提升機組性能，本次A修決定將高中壓缸隔板汽封、前后軸封、高中壓間(過橋)汽封、高中壓缸葉頂汽封全部進行了更換。經招標，選用汽封結構形式為鐵素體汽封和鐵素體接觸式汽封。

壓力聯(lián)鎖控制流程見圖4。在燃料天然氣(簡稱燃料氣)進轉化爐管道上設置1臺壓力變送器PT-01。當燃料氣供應不足導致氣體壓力下降，PT-01達到低壓聯(lián)鎖值0.03 MPa時，聯(lián)鎖切斷HV-01、HV-02、HV-03，并聯(lián)鎖空氣鼓風機停機，防止轉化爐火焰熄滅，引發(fā)回火。

將2.0 MPa氫氣送至加氫裝置。首先通過儲氫壓縮機將氫氣壓力升至20 MPa，并充入低壓儲氫瓶組中。再通過加氫壓縮機將氫氣進一步升壓至45 MPa，并分別充入高、中、低壓儲氫瓶組。加氫機根據(jù)燃料電池汽車內儲氣瓶壓力情況選擇合適壓力的儲氫瓶組進行供氣。站內設置氫氣充裝卸氣柜一套。當站內生產氫氣大于加氫需求時，可通過氫氣長管拖車將多余氫氣運走。當站內氫氣不能滿足加氫需求時，可用外來氫氣補充。

在保證氫氣充裝速度的同時，為提升氫氣使用效率，該站設置高、中、低壓3種儲氫瓶組。3種儲氫瓶組充滿時的壓力均為45 MPa，給汽車充裝后剩余瓶內氫氣壓力不同。高、中、低壓儲氫瓶組的容積比為4∶3∶2

。目前國內氫燃料電池汽車的氫氣瓶工作壓力一般為35 MPa。當儲氫瓶組均為充滿時，給氫燃料電池汽車加氫，首先使用低壓瓶組進行充氣。當?shù)蛪浩拷M內壓力降為35 MPa時，切換至中壓瓶組進行充氣。當中壓瓶組內壓力也降為35 MPa時，切換至高壓瓶組進行充氣。通過程序控制瓶組出口閥門的自動切換，保證加氫時低壓瓶組與中壓瓶組、中壓瓶組與高壓瓶組之間壓力差為5～10 MPa。當?shù)蛪浩拷M壓力約為16 MPa、中壓瓶組壓力約為26 MPa、高壓瓶組壓力約為36 MPa時，再次啟動壓縮機將3種瓶組充滿氫氣。

橡木桶貯藏后樣品感官得分為 97.68±2.35，4 ℃玻璃瓶密封保存酒樣感官得分為 79.84±1.98。貯藏工藝能夠明顯提高獼猴桃果酒樣品的感官，有助于加速產品成熟。橡木桶貯藏工藝對獼猴桃果酒感官的影響還需進一步進行對照研究。

1.2 云母片插入背光側的尖端下部一半位置 用云母片插入背光側的尖端下部一半位置后，誤認為幼苗會背光生長。而事實是： 幼苗直立生長(圖1)。

⑦ 制氫裝置與加氫裝置之間聯(lián)鎖關系

當制氫裝置停車時，聯(lián)鎖切斷從制氫裝置至加氫裝置的氫氣管道上的緊急切斷閥。加氫可使用儲氫瓶組內氫氣繼續(xù)加注。當儲氫瓶組內壓力不足且制氫裝置仍不滿足開車條件時，加氫裝置停車。

當加氫裝置出現(xiàn)故障停車時，根據(jù)恢復時間對制氫裝置生產過程進行調整。如加氫裝置故障可短時間修復，可將制氫裝置轉化爐調為低負荷工作模式，減少氫氣產量，并將產生的氫氣充入站內儲氫瓶組。如判斷加氫裝置短時間無法恢復工作，則啟動轉化爐停爐程序，并將除儲氫瓶組外工藝管道及設備內氫氣放空，以保障設備及人員安全。

⑧ 全站緊急停車

當站內發(fā)生火災、氫氣泄漏體積分數(shù)達到爆炸下限的25%(即氫氣體積分數(shù)為1%)或其他重大安全事故時，觸發(fā)SIS，緊急停車功能發(fā)揮作用。站內設置的聲光報警器發(fā)出報警信號，將各系統(tǒng)緊急切斷閥聯(lián)鎖置于故障安全位置，將緊急停車信號分別傳輸至加氫機、壓縮機等控制器，聯(lián)鎖停機。

[1] 國務院.國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定[EB/OL].[2010-10-18].http：//www.gov.cn/zwgk/2010-10/18/content_1724848.htm.

[2] 張立芳，張碩.制氫加氫站關鍵技術及系統(tǒng)的研究[C]//北京久安通氫能科技有限公司.第六屆中國智能交通年會暨第七屆國際節(jié)能與新能源汽車創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集.北京：科學技術文獻出版社，2011：199-208.

[3] ASHCROFT A T，CHEETHAM A K.Partial oxidation of methane to synthesis gas using carbon dioxide[J].Nature，1991，352：225-226.

[4] 張云潔，李金英.天然氣制氫工藝現(xiàn)狀及發(fā)展[J].廣州化工，2012(13)：41-42.

[5] 王業(yè)勤，杜雯雯，許興發(fā)，等.小型天然氣水蒸汽重整制氫系統(tǒng)的研發(fā)[J].工廠動力，2008(3)：40-43.

[6] 孫震.變壓吸附單元程控閥應用探討[J].石油化工自動化，2021(4)：82-85.

[7] 畢勝利.加氫站水電解制氫裝置控制系統(tǒng)設計(碩士學位論文)[D].天津：天津大學，2008：27-32.

[8] 周偉民，白尚奎.制氫裝置水碳比影響分析[J].遼寧化工，2021 (9)：1385-1387,1390.

[9] 王劍星，魏小明，于國慶，等.轉化爐高溫熱電偶保護管材料的研究與應用[J].化工自動化及儀表，2020(1)：37-42.

[10] 張奇.加氫站儲氫容器優(yōu)化配置研究[J].化工設計通訊，2021(8)：119-121.