掺氢天然气输送管道阀室泄漏扩散规律研究 被引量：12

1

作者 贾文龙 温川贤 +3 位作者 杨明 黄军 吴瑕 李长俊 《油气与新能源》 2021年第6期75-82,共8页

在天然气管道中掺入氢气是长距离、大规模输送氢气的有效途径,但氢气密度、最小点火能低于甲烷,而爆炸极限范围远大于甲烷,使掺氢天然气的泄漏扩散行为有别于一般天然气,影响泄漏后可燃气体检测及事故后果。为了表征氢气与天然气的扩散... 在天然气管道中掺入氢气是长距离、大规模输送氢气的有效途径,但氢气密度、最小点火能低于甲烷,而爆炸极限范围远大于甲烷,使掺氢天然气的泄漏扩散行为有别于一般天然气,影响泄漏后可燃气体检测及事故后果。为了表征氢气与天然气的扩散行为差异,基于Fuller模型与Fick扩散定律,建立了氢气体积含量0~15%的掺氢天然气多组分非理想气体扩散系数模型;修正了标准k-ε湍流模型中的组分输运方程,构建了掺氢天然气阀室泄漏扩散数值模型。以西气东输管道某典型阀室为例,分析了不同氢气体积浓度、风速、泄漏口径及泄漏口方向下掺氢天然气在阀室内的泄漏扩散规律。结果表明:掺氢天然气沿着泄漏口的朝向,在阀室内按照先边界后中心的顺序扩散。氢气体积含量小于15%时,现有的甲烷可燃气体检测器可在氢气浓度达到爆炸极限前检测到气体泄漏并报警。阀室的可燃气气体检测器可保持现状;若必须进行氢气检测,可燃气体检测器安装位置建议为贴近房顶0.1~0.2 m处的四周墙壁上。 展开更多

关键词 掺氢天然气 管道 阀室 泄漏扩散 数值模拟

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混氢天然气输气站场泄漏扩散数值模拟 被引量：7

2

作者 俞进 张皓 +2 位作者 贾文龙 谢萍 李长俊 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期153-161,共9页

将氢气混入天然气管网是目前世界上实现氢气大规模输送的最有效方式。氢气爆炸极限为4.0%~75.6%,上下限范围宽,且分子直径比甲烷小,极易泄漏,给输气站场带来很大隐患。针对多组分物系混氢天然气的泄漏,基于修正的二元扩散系数及热力学... 将氢气混入天然气管网是目前世界上实现氢气大规模输送的最有效方式。氢气爆炸极限为4.0%~75.6%,上下限范围宽,且分子直径比甲烷小,极易泄漏,给输气站场带来很大隐患。针对多组分物系混氢天然气的泄漏,基于修正的二元扩散系数及热力学因子计算方法,计算了混氢天然气三物系Fick扩散系数矩阵,用来描述混氢天然气中各组分分子间相互运动的传质过程,以FLUENT为平台进行了CFD数值模拟分析,研究发现,混氢天然气泄漏后其扩散受到障碍物及风速等因素的影响;同体积混氢天然气与不含氢天然气泄漏,混氢天然气爆炸下限扩散半径更小;较低含氢量的混氢天然气泄漏后氢气组分爆炸区域仅限于泄漏点附近。研究结果可为站场内发生混氢天然气泄漏扩散提供预警和防护指导。 展开更多

关键词 混氢天然气 多组分物系 输气站场 Fick扩散矩阵 数值模拟

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氢泵法分离氢气技术研究现状分析及优化建议 被引量：1

3

作者 董杰 孙进 +3 位作者 时振堂 董翠翠 刘维功 王美威 《当代化工》 CAS 2022年第3期703-706,共4页

混氢天然气输送技术是近年发达国家提出的氢气输送新方案,该技术利用现有的天然气管道设施,有效避免了大规模输氢管网的建设投资,可以解决氢气规模化长距离运输的难题。电化学氢泵作为一种创新形式的氢气分离提纯装置,相较于传统的氢气... 混氢天然气输送技术是近年发达国家提出的氢气输送新方案,该技术利用现有的天然气管道设施,有效避免了大规模输氢管网的建设投资,可以解决氢气规模化长距离运输的难题。电化学氢泵作为一种创新形式的氢气分离提纯装置,相较于传统的氢气分离手段,它对于长距离混输天然气下游用户分离氢气具有较大优势,剩余甲烷等气体可作燃料气继续使用。通过氢泵法分离得到高纯度产品氢气的同时可以对氢气进行压缩输出,进而一步实现氢气的提纯和压缩。 展开更多

关键词 混氢天然气输送技术 氢气分离 电化学氢泵 氢气压缩

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混氢天然气管道输送技术研究进展 被引量：82

4

作者 谢萍 伍奕 +3 位作者 李长俊 贾文龙 张皓 吴瑕 《油气储运》 CAS 北大核心 2021年第4期361-370,共10页

氢能是公认的清洁能源,将氢气掺入天然气管道进行输送,是大规模输送氢气的有效途径。氢气的物性与天然气差异大,天然气中掺入氢气后天然气气质会发生改变。综述了世界各国在天然气管输系统混氢输送过程中混氢天然气的互换性、天然气管... 氢能是公认的清洁能源,将氢气掺入天然气管道进行输送,是大规模输送氢气的有效途径。氢气的物性与天然气差异大,天然气中掺入氢气后天然气气质会发生改变。综述了世界各国在天然气管输系统混氢输送过程中混氢天然气的互换性、天然气管道混氢工艺系统适应性、管道设备安全性等研究进展。结合中国输气管网的实际情况,建议:(1)研究不同地区、不同类型燃具对混氢天然气燃气互换性的要求,评估混氢天然气对民用、工业用户等终端用户的潜在影响;(2)分析不同输量、季节、混氢量下管道运行参数,并探讨不同型号压缩机工况点变化规律及燃气轮机的适应性;(3)考虑含氢量、氢气-甲烷分层流等因素,改进气体组分在线/离线色谱分析系统;(4)结合CFD模拟及实验等方法,开展计量设备修正研究;(5)揭示混氢天然气泄漏扩散特性规律,针对不同泄漏场景优化燃气泄漏检测设备空间布置及安装方式,完善应急预案;(6)开展高钢级管道混氢输送适应性分析,保障管道本体安全。 展开更多

关键词 混氢天然气 管网 工艺适应性 安全

原文传递

关于天然气管网安全掺氢比10%的商榷 被引量：14

5

作者 陈伟锋 尚娟 +3 位作者 邢百汇 魏皓天 顾超华 花争立 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1487-1493,共7页

大力发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。将氢气掺入现有天然气管网利于实现氢能经济高效、大规模输送与应用。安全掺氢比是掺氢天然气管输系统有待解决的关键问题之一。有观点提出当掺氢天然气中的掺氢比在10%以下时... 大力发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。将氢气掺入现有天然气管网利于实现氢能经济高效、大规模输送与应用。安全掺氢比是掺氢天然气管输系统有待解决的关键问题之一。有观点提出当掺氢天然气中的掺氢比在10%以下时,可无需加以验证地直接通过天然气管网输送。本文提出从目前来看,该观点不成立。文章从管网系统掺氢适应性、示范项目掺氢比探讨和标准规范3个方面阐述了个中缘由。文中指出,掺氢天然气管输技术正处于起步阶段,其安全保障还面临诸多挑战,任何结论都需要经过反复论证和验证,以稳步推动氢能产业发展。 展开更多

关键词 氢能 掺氢天然气 氢安全 管道输送 掺氢比

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混氢天然气在终端管网中应用的研究进展 被引量：6

6

作者 李茜璐 唐柳怡 《油气储运》 CAS 北大核心 2022年第4期381-390,共10页

氢能是碳中和目标下新能源重要发展方向之一。中国对于天然气长输管道混氢输送的适应性研究较多,但在终端管网中应用尚缺乏全面系统的分析。调研了国内外混氢天然气在终端应用的互换性、设备材料适配性、安全性等方面的研究现状,结果表... 氢能是碳中和目标下新能源重要发展方向之一。中国对于天然气长输管道混氢输送的适应性研究较多,但在终端管网中应用尚缺乏全面系统的分析。调研了国内外混氢天然气在终端应用的互换性、设备材料适配性、安全性等方面的研究现状,结果表明:混氢天然气对民用燃具、终端管道材料有较好的适配性,但面向终端用户使用还需要在互换性、介质分层、泄漏检测、加臭、计量等方面进一步开展研究。根据终端管网特点及供气需求,提出相关建议:①结合具体天然气组分、燃具工况,对混氢天然气进行互换性分析;②提高输送压力,消除高层建筑物立管附加压力的影响,并开展极限工况下介质分层研究;③对连接件密封性能进行全面分析,结合氢气泄漏扩散特性,优化泄漏检测设备及加臭剂的布置;④亟待建立终端混氢天然气计量标准体系;⑤加快终端管网氢气分离装置及技术的适应性调整。研究结果可为混氢天然气在终端管网中的应用及氢能产业链的发展提供参考。 展开更多

关键词 混氢天然气 终端 燃气管网 燃气互换性 泄漏检测

原文传递

混氢天然气管道放空自燃过程数值模拟分析 被引量：3

7

作者 朱红钧 李佳男 +2 位作者 陈俊文 粟华忠 唐堂 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期149-161,共13页

天然气掺氢输送是实现大规模、远距离氢能转运的主要手段之一,但混氢天然气在放空过程中存在爆轰或爆燃的风险,对放空管壁施加的超压过大还会造成管壁破裂。因此,亟需明晰混氢天然气放空自燃与流场演化过程,进而量化放空管壁的一次超压... 天然气掺氢输送是实现大规模、远距离氢能转运的主要手段之一,但混氢天然气在放空过程中存在爆轰或爆燃的风险,对放空管壁施加的超压过大还会造成管壁破裂。因此,亟需明晰混氢天然气放空自燃与流场演化过程,进而量化放空管壁的一次超压。为此,利用计算流体力学方法数值模拟了混氢天然气管道放空自燃过程,对比分析了不同掺氢浓度条件下对自燃及压力波传播的影响规律,揭示了混氢天然气在阀门通道和放空管中的爆燃机制。研究结果表明:①高压气体在阀门通道内以压力波形式传播并不断地碰撞反射与叠加,形成马赫环结构,加热气体使温度升至自燃点,并触发自燃;②在阀门通道和放空管内均出现了爆燃现象,但压力波在放空管内能量迅速衰减,一段距离后温度大幅降低,气体不再燃烧;③掺氢比越大,压力波传递速度越快,自燃触发的时间越短,对放空管壁产生的一次超压也越大。结论认为,在确定的泄放压力与阀门开度工况下,降低掺氢浓度可有效减轻爆燃风险和减小壁面超压,实际工程中需结合输送经济成本和安全风险控制掺氢量在合理的浓度范围。混氢天然气管道放空自燃过程数值模拟分析取得的新认识有助于指导掺氢天然气管道的安全运行,将助力于绿色氢能的大规模混合输运。 展开更多

关键词 混氢天然气 放空 爆燃 超压 自燃 数值模拟

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掺氢比对天然气管道泄漏扩散影响的模拟研究

8

作者 张准顺 潘振 +2 位作者 包瑞新 李洋 马贵阳 《辽宁石油化工大学学报》 CAS 2024年第4期44-50,共7页

为了研究掺氢比对天然气管道泄漏的影响,基于计算流体力学理论,采用数值模拟方法,建立了直埋高压掺氢天然气管道泄漏扩散的数学模型,分析了掺氢比不同时掺氢天然气的泄漏状况、体积分数分布状况,以及管道周围土壤压力与气体泄漏速度的... 为了研究掺氢比对天然气管道泄漏的影响,基于计算流体力学理论,采用数值模拟方法,建立了直埋高压掺氢天然气管道泄漏扩散的数学模型,分析了掺氢比不同时掺氢天然气的泄漏状况、体积分数分布状况,以及管道周围土壤压力与气体泄漏速度的分布情况。结果表明,随着掺氢比的增加,大气中掺氢天然气的爆炸半径逐渐减小,管道周围高压区域范围逐渐减小,而泄漏口处的气体泄漏速度逐渐增大;当掺氢比为30%(体积分数)时,大气中的爆炸半径相较于纯天然气的爆炸半径减小了43%,泄漏口处气体泄漏速度增大68%。研究结果可为掺氢天然气管道的安全抢修提供理论参考依据,对推动掺氢天然气的大规模应用具有重要的实际意义。 展开更多

关键词 掺氢天然气 泄漏 扩散 数值模拟 安全

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混氢天然气对流量计安装条件的适应性分析 被引量：1

9

作者 张雯琴 李长俊 +1 位作者 贾文龙 王国云 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期98-103,109,共7页

目的 将氢气混入天然气中后会改变流体的性质和流动状态,从而影响流量计的计量准确度,采用ANSYS Fluent模拟弯头后混氢天然气的速度分布,分析现行的孔板流量计和超声流量计安装条件标准是否适用于混氢天然气管道。方法 模拟单90°... 目的 将氢气混入天然气中后会改变流体的性质和流动状态,从而影响流量计的计量准确度,采用ANSYS Fluent模拟弯头后混氢天然气的速度分布,分析现行的孔板流量计和超声流量计安装条件标准是否适用于混氢天然气管道。方法 模拟单90°弯头和双90°弯头后混氢天然气的速度场,分析现行标准中规定的流量计安装位置是否能使混氢天然气速度达到对称分布,从而说明是否需要延长现行标准中规定的弯头后流量计安装位置前直管段长度。结果 (1)在单90°弯头后44D和50D截面处,掺氢量(摩尔分数,下同)为10%~30%时,气体流速未恢复到对称速度分布;(2)在双90°弯头后44D截面和50D截面处,掺氢量为10%时,气体流速已恢复到对称速度分布,掺氢量为20%~30%时的流速未恢复到对称速度分布;(3)在双90°弯头后30D截面处,掺氢量为10%时的流速未恢复到对称速度分布。结论 (1)对于混氢天然气,应适当延长现行标准中规定的单弯头后流量计前直管段长度;(2)当掺氢量达到20%~30%时,应适当延长双弯头后流量计前直管段长度;(3)当掺氢量达到10%且孔板孔径比减小时,应适当延长孔板流量计前直管段长度。 展开更多

关键词 混氢天然气 弯头 对称速度分布 流量计 安装条件 仿真

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掺氢天然气管道气-电耦合系统风险模型研究

10

作者 黄璜 赵智慧 +4 位作者 张安安 杨威 李茜 曾山 彭高强 《电力电容器与无功补偿》 2023年第6期1-11,共11页

针对掺氢天然气管网与电网耦合过程中电-氢-电复杂能量转换风险量化问题,提出一种面向掺氢天然气管网气-电耦合风险评估方法,构建掺氢天然气管道三阶段风险评估模型,评估不同时期管道的风险;并提出计及气电耦合的物质—能量的风险传递模... 针对掺氢天然气管网与电网耦合过程中电-氢-电复杂能量转换风险量化问题,提出一种面向掺氢天然气管网气-电耦合风险评估方法,构建掺氢天然气管道三阶段风险评估模型,评估不同时期管道的风险;并提出计及气电耦合的物质—能量的风险传递模型,用于刻画掺氢天然气管道风险在气-电网之间传递的过程;通过构建不同掺氢比天然气管网气-电耦合风险运行算例验证了模型的有效性,为该系统接入电网提供了安全理论支持,为氢能高效利用提供了新的思路与保障。 展开更多

关键词 气-电耦合 天然气掺氢 物质-能量风险模型 风险传递

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掺氢天然气输送管道放空系统适应性分析 被引量：3

11

作者 胡鑫怡 刘洪志 《辽宁化工》 CAS 2022年第8期1045-1048,1053,共5页

针对天然气掺入氢气后其物性参数发生改变,放空过程的温度压力等变化规律也会因此发生改变的问题,采用TGNET软件建立掺氢天然气输送管道放空管路模型,分析放空过程中放空口温度、压力、泄放流量等参数的变化规律,并对比不同掺氢量、管... 针对天然气掺入氢气后其物性参数发生改变,放空过程的温度压力等变化规律也会因此发生改变的问题,采用TGNET软件建立掺氢天然气输送管道放空管路模型,分析放空过程中放空口温度、压力、泄放流量等参数的变化规律,并对比不同掺氢量、管内温度、管内压力情况下的放空过程。结果表明:紧急放空方式下,掺氢量对于放空过程影响很小;计划放空方式,放空阀后温度随掺氢量增大呈线性升高,0掺氢量和30%掺氢量温度相差达20℃,当掺氢量小于25%时,不满足放空阀设计要求;不同管内压力下,阀后最低温度随管内压力升高而降低,但掺氢量越大变化幅度越小,泄放流量随压力升高而升高;不同管内温度下,阀后温度随管内温度升高而升高,泄放流量随温度升高而降低,但均对放空过程影响较小。合理控制放空管压力和温度,能够保障不同掺氢条件下放空系统正常运行,无需调整放空系统。研究成果可为后续的掺氢天然气输送管道的放空作业提供设计参考。 展开更多

关键词 掺氢天然气 放空系统 放空时间 阀后温度

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在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性评估

12

作者 贾文龙 温川贤 +3 位作者 李金凤 谢萍 杨帆 李长俊 《油气储运》 CAS 北大核心 2023年第2期161-168,205,共9页

天然气掺氢输送是长距离、大规模输送氢气的有效途径,但氢气换热物性有别于天然气,在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性尚不明确。为评估天然气掺氢后空冷器的换热性能,建立在役水平鼓风式空冷器仿真模型,基于BWRS方程计算7~10 MPa... 天然气掺氢输送是长距离、大规模输送氢气的有效途径,但氢气换热物性有别于天然气,在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性尚不明确。为评估天然气掺氢后空冷器的换热性能,建立在役水平鼓风式空冷器仿真模型,基于BWRS方程计算7~10 MPa、60~80℃、0~25%掺氢比下天然气的比热容及导热系数,并采用CFD技术分析不同工况下空冷器前后气体温差。结果表明:①掺入氢气将增大天然气的比热容及导热系数;②降低管输压力和空冷器日处理量、升高天然气初始温度、掺入氢气都将提高空冷器前后温差;③仅掺入氢气,在25%掺氢比以内,现有空冷器不经结构改造即可满足天然气的冷却需求;④掺氢输送时,可增大管输压力以稳定空冷器出口温度并提升管道输送能力。(图12,表2,参21) 展开更多

关键词 掺氢天然气 空冷式换热器 数值模拟 FLUENT 换热性能

原文传递

混氢天然气管道输送技术及难点研究

13

作者 魏星 《上海煤气》 2022年第5期4-7,18,共5页

混氢天然气管道输送可解决氢气远距离、大规模输送的难题,但是其中涉及到诸多的安全、材料适应性、渗漏与聚集等问题,需要不断研究和突破。攻克混氢天然气管道输送关键技术及难点、完善技术标准规范,有助于混氢天然气管道输送的产业化应... 混氢天然气管道输送可解决氢气远距离、大规模输送的难题,但是其中涉及到诸多的安全、材料适应性、渗漏与聚集等问题,需要不断研究和突破。攻克混氢天然气管道输送关键技术及难点、完善技术标准规范,有助于混氢天然气管道输送的产业化应用,从而扩大氢的规模化利用。 展开更多

关键词 混氢天然气 管道输送 技术 难点

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考虑输气功率的掺氢天然气管道运行优化研究

14

作者 周军 管恩勇 +2 位作者 梁光川 彭井宏 赵云翔 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期569-577,共9页

将氢气掺混入天然气并利用现有天然气管道基础设施输送是实现氢气长距离、大规模、低成本输送的有效方式,但氢气的掺入会对原有天然气管道基础设施的运行产生影响。为此,文章建立了掺氢天然气管道运行能耗优化模型,以压气站最小能耗为... 将氢气掺混入天然气并利用现有天然气管道基础设施输送是实现氢气长距离、大规模、低成本输送的有效方式,但氢气的掺入会对原有天然气管道基础设施的运行产生影响。为此,文章建立了掺氢天然气管道运行能耗优化模型,以压气站最小能耗为目标函数,压缩机开机台数和压缩机转速为决策变量,在掺氢比不同的工况下,分别对保持掺氢天然气的体积输量恒定和输气功率恒定的两种情况进行优化求解分析,对不同掺氢比下管道系统优化后的工况进行分析讨论。研究结果表明:在保证天然气掺氢输送的热值供应的基础上,当掺氢比超过15%时,现有天然气管道设施已无法满足最优工况的平稳运行,可以通过增设压缩机站的方式提高管段压力,以保证现有天然气管道输气功率的稳定,或在下游建设储气调峰设施,以平衡管存气体能量下降的影响。 展开更多

关键词 天然气掺氢 管道输运 掺氢比 运行优化 输气功率

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