掺氢天然气管道的分层现象

将氢气掺入现役天然气管道中混输是实现氢气大规模、长距离、低成本储运的有效方法,然而随着氢气的掺入,在氢气-天然气密度差的作用下掺氢天然气会呈现体积分数非均匀分布,造成管道局部氢分压和体积分数升高,进而导致管材失效引起泄漏。为降低掺氢天然气管道的安全风险,采用计算流体动力学方法,建立掺氢天然气混合模型,模拟储气瓶静置、管道停输和管道流动工况的氢气体积分数变化,研究掺氢天然气体积分数分布规律。结果表明:掺氢天然气在储气瓶存储和管道停输等静置过程中,氢气逐渐上浮到顶部,甲烷下沉到底部,出现明显的分层现象,且随着压力、掺氢比增大,温度和管径减小,管道重力方向的氢气体积分数梯度增大;掺氢天然气管道以非常小的流速运行时,氢气随着流动逐渐向管道顶部偏移,出现分层现象,且在低温、高压下更易分层;掺氢天然气管道适宜低压高速运行。

非金属管材临氢环境下相容性研究进展

非金属聚合物材料已被大规模用作中、低压燃气管道管材,其临氢环境下与氢的相容性研究对于掺氢天然气输送的发展具有重要意义。为此,综述了现有的非金属聚合物管材在氢环境中的气体渗透性能以及力学性能劣化研究,分析了温度、氢压、材料微观结构等因素对非金属管材渗透性能以及力学性能的影响,指出了目前研究存在的不足并对未来研究方向进行了展望。研究结果表明:(1)低氢压下,非金属管材的渗透性能与力学性能几乎不受氢环境影响,随温度升高,非金属管材的渗透系数增大,力学性能降低;(2)氢气分子在非金属材料中的渗透系数大于甲烷分子,各气体间的渗透系数相互独立,材料结晶度等微观结构参数能够影响材料在临氢环境下的渗透性能和力学性能;(3)气体泄漏是影响非金属管材运行安全的主要因素,其主要途径以及泄漏速率可以作为评价临氢环境下非金属管材适用性的主要指标;(4)和热塑性管材相比,弹性体密封件氢渗透性能更差,容易发生溶胀而导致其物性变化,直接影响掺氢非金属管道的安全运行。结论认为:(1)后续需开展多因素耦合条件下非金属氢管道寿命预测模型、非金属管材临氢服役性能评价准则、密封件及密封材料临氢适用性评价技术方法与评价准则等方面的研究工作;(2)建议建立掺氢环境下非金属管道建设与运行的相关规范以及安全评价方法,形成相关标准规范,以期为非金属管道掺氢输送的发展和大规模应用奠定基础。

氢能产业链及储运技术研究现状与发展趋势

在积极应对全球气候变化、加快绿色低碳发展的大背景下,氢能作为能源载体和潜在燃料而备受关注,其与化石燃料不同,可以真正实现碳中和。围绕氢能输送与应用,分析氢能全产业链:制备、储存、输送、加注以及终端应用一系列工艺的研究现状,梳理氢能输送及应用涉及的关键技术问题,明确未来发展趋势并提出建议。分析表明:国内外针对氢能应用相关技术的研究已取得一定进展,但受限于技术成本及安全性等瓶颈因素,氢能暂未得到大规模应用。未来,应针对氢能产业链关键环节开展核心技术攻关,加速氢能产业发展,实现经济、安全、高效的氢能供给。