掺氢天然气高压管道小孔泄漏及扩散特性

通过现有的天然气管道运输掺氢天然气,可大幅降低氢气运输成本。为了评估掺氢天然气管道泄漏的风险,综合高压管道小孔泄漏模型和高斯羽流模型,考虑射流初始动量导致的抬升高度,将高斯羽流模型计算结果与已有实验数据进行对比,并分析了掺氢天然气管道发生单个小孔竖直向上喷射泄漏后,掺氢比、管道压力、风速和泄漏孔直径对泄漏气体导致的爆炸危险区域范围的影响规律。结果表明,高斯羽流模型计算结果与实验数据比较吻合;甲烷危险区域最大距离与掺氢比近似呈线性负相关,氢气危险区域最大距离与掺氢比近似呈线性正相关;甲烷和氢气危险区域最大距离与管道压力近似呈线性正相关,与风速近似呈抛物线型负相关,与泄漏孔直径近似呈正相关。

压缩机房掺氢天然气泄漏扩散/积聚特性数值模拟

基于计算流体力学方法,构建了多组分扩散非稳态三维数值模型,用以研究压缩机房室内掺氢天然气泄漏扩散、积聚特性。模拟结果显示,3 MPa压力下,掺氢比从10%增加到20%、30%后,达到报警浓度的时间从490 s降至437 s、397 s,到达燃爆下限的时间从2 859 s降至2 742 s、2 560 s;掺氢比30%情况下,压力从3 MPa升至3.5 MPa、4 MPa,达到报警浓度的时间从397 s降至367 s、348 s,到达燃爆下限的时间从2 560 s降至2 400 s、2 306 s。掺氢比增加导致氢气的“携带”作用增强,扩散速度增加,管道压力增加导致泄漏量增加,因此二者增加导致达到报警浓度和燃爆下限的时间缩短。泄漏方向的改变使得掺氢天然气遇到障碍物的几率改变,遇到障碍物导致气体扩散受阻,更易积聚,该处危险性增加。泄漏500 s后,底部掺氢天然气浓度为顶部的91%,而在1 000 s、2 000 s后,底部浓度约为顶部的95%、97.5%,因此顶部的传感器的布置使得响应速度加快,防止持续泄漏导致整个空间的危险性增加。考虑到泄漏位置、方向的不确定性,应当在靠近压缩机的区域进行密集布置,而在远离的区域稀疏布置。

中国水泥行业点源层面CCUS技术减排潜力与优化部署

高能耗、高排放的水泥行业是中国减碳工作中重点关注的行业。目前水泥行业总CO_(2)排放约13.75亿吨,占全国总排放的12%,面临巨大的减排压力。碳捕集、利用与封存(CCUS)技术能对水泥行业深度减排,是实现“碳达峰与碳中和”目标不可或缺的关键性技术。为精准测算水泥行业开展CCUS的减排潜力和优化部署方案,基于生产线尺度数据测算水泥生产过程各个环节的CO_(2)排放量以及适合开展CO_(2)捕集的规模。构建全流程成本核算模型和CCUS源汇匹配模型,得到水泥行业开展CCUS技术各环节的成本、源汇匹配优化方案和减排潜力。研究结果表明:中国水泥行业与过程相关的CO_(2)排放约占60%,该环节的捕集规模为6.18亿吨CO_(2)/年。华北地区的河北、华东地区的山东和中南地区的湖北、河南的水泥熟料生产线CO_(2)捕集潜力大并且成本低,与渤海湾盆地、江汉—洞庭盆地和临汾盆地形成良好的源汇匹配关系,适合优先开展CCUS技术减排,形成示范效应。

CCUS超临界/密相CO_(2)管道内腐蚀研究进展

[目的]碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术是实现双碳战略的有效途径,具有广阔的应用前景。长距离CO_(2)管道输送是CCUS技术的重要一环,对于管道安全生产运行而言,管道内腐蚀是威胁CO_(2)管道安全的关键问题。[方法]围绕超临界CO_(2)为主相的腐蚀展开调研,综述了超临界/密相CO_(2)管道内腐蚀的研究成果,分析了相关研究成果之间存在的问题,并展望了其未来发展方向。[结果]重点介绍了超临界态和密相态下CO_(2)管道腐蚀的影响因素,阐述了温度、压力等工作参数对水与CO_(2)互溶程度的影响,解释了目前现有研究成果存在相互矛盾结果的原因,归纳了主要杂质气体对CO_(2)管道内腐蚀的影响机制,分析了在不同的CO_(2)相态下,腐蚀产物膜的结构、密度及完整性对腐蚀动力学的影响,整理了适用于超临界CO_(2)环境下的腐蚀特性表征技术,总结了适用于薄液膜超临界CO_(2)环境的腐蚀速率预测模型。[结论]要实现CO_(2)输送管道的安全平稳运行,目前超临界-密相CO_(2)输送管道腐蚀研究有待解决的问题包括:标准实验流程的建立;杂质耦合作用对腐蚀机理和腐蚀产物膜结构的影响;定量描述腐蚀产物膜的特性对基体的保护作用;水饱和CO_(2)相中薄液膜环境下的腐蚀电化学参数测量与分析;耦合多杂质相互作用下的超临界/密相CO_(2)腐蚀预测模型建立。

CO_(2)管道泄漏过程减压波数值计算模型及初始温压的影响

[目的]超临界/密相CO_(2)管道是目前长距离运输CO_(2)的主要方式,由于超临界/密相CO_(2)管道维持高压运行,对其管材止裂韧性的计算评估极其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据,然而CO_(2)泄漏涉及跨相态减压过程,导致其减压波传递规律复杂,预测难度增加,影响管材止裂评估。[方法]为研究CO_(2)管道泄漏时减压波的传递规律,搭建了CO_(2)泄漏减压波实验平台,以均相流模型为框架,结合气体状态方程、声速模型及出流速度模型建立了减压波数值计算模型,通过将模型计算结果与实验数据进行对比,验证了模型的准确性,并以此为基础,开展了不同初始温度、压力下的数值计算。[结果]不同相态CO_(2)减压波平台的起始点波速均随压力的升高而升高,随温度的升高而降低。与气态CO_(2)不同,密相和超临界CO_(2)减压波平台的高度均随压力的升高而降低,随温度的升高而升高。温度和压力对减压波平台影响的本质为对初始熵值和密度的影响。减压平台的高度取决于初始熵值,对于气相,初始熵值越低,减压波平台越高;对于密相和超临界相,初始熵值越高,减压波平台越高。无论何种相态,初始密度越高,平台长度越长。[结论]实际工程中应重点关注起点高温高压位置的管道止裂,该实验方法和减压波计算模型可为CO_(2)管道止裂韧性计算评估和管道设计提供理论支撑。

地下储氢技术研究进展

在实现“双碳”战略与能源转型过程中,氢气经管道运输后大规模储存的调峰作用尤为重要,其中地下储氢技术被认为是大规模储氢的最可行方案。目前,中国尚无地下储氢工程。为了推动地下储氢技术发展,综述了地下储氢技术的研究进展及瓶颈问题,分析了地下储氢技术在地质、渗流、材料、注采方面的可行性。结果表明:盐穴中可能发生的地球化学反应、地下微生物反应较少,钢材腐蚀、产氢率降低等问题相对不严重,是较为理想的储氢结构;盐岩具有良好的氢气密封性能,而氢气在枯竭油气藏与含水层结构中的不稳定运移更剧烈,将会导致较为严重的氢气泄漏;金属、水泥及橡胶弹性体材料均有可能在地下储氢环境中发生劣化、渗漏导致材料失效,需针对具体储氢库环境选用合适材料以降低材料失效概率;采用较低的注氢速率、降低垫气分子量可提高氢气采收率。采取优化注采萃取速率与关井期、定期除杂以及使用生物杀菌剂等措施有助于提升氢气纯度。研究结果可为中国未来的地下储氢技术发展提供借鉴与参考。

天然气管网运行最优化探讨

随着天然气管网规模不断增大以及运行条件日益复杂,对管网集中调控提出了更高的要求,仅凭调度员经验难以全面应对管网运行问题,亟需高效的优化工具辅助制订运行方案,调整日常工况。将最优化技术应用于天然气管网运行中,分别以管道水力热力计算校核、压气站负荷分配、单条输气管道运行方案、复杂输气管网运行方案为优化对象,建立了相应的最优化模型,并提出了求解方法。最优化技术是解决天然气管网生产实际问题的有效方法,但仍需突破精准优化模型建立、优化模型高效求解以及优化结果分析利用等技术瓶颈。最后,展望了最优化技术在非稳态优化、控制系统优化以及全生命周期优化方面的应用前景。

成品油管道混油进罐切入量的计算分析

在成品油管道的实际输送过程中,对柴油和汽油顺序输送的批次通常采用固定比例切割,但有些管道在切完第2刀后,仍有较长的一段混油。通过混油掺混室内实验和混油进罐现场试验,针对65℃0~#柴油推93~#汽油的混输管道,在完成混油切割第2刀之后,分别对后行油品切入空罐、切入闪点一致的纯净柴油罐、切入含有不同闪点柴油的纯净油罐3种情况进行计算分析,得到罐内油品达到合格时的体积量。结果表明:后行油品切入空罐时,罐内油品量达到600 m^3时油品合格;切入存油分别为50 m^3、100 m^3的同一闪点纯净柴油罐,罐内油品量分别达到580 m^3、500 m^3时油品合格;切入存油为60℃纯净柴油罐,切入量会稍大;切入存油为70℃纯净柴油罐,切入量会减小。研究结果可有效指导混油切割。

The effect of nanohybrid materials on the pour-point and viscosity depressing of waxy crude oil

The pipeline transportation of waxy crude oil is a problem both at home and abroad.In this paper,a novel nanohybrid pour-point depressant (PPD) was used to decrease the pour point and viscosity of waxy crude oil.The pour point and apparent viscosity of waxy crude oil was decreased significantly upon addition of the nanohybrid PPD,and the long-term stability of the nanohybrid PPD was superior to that of a conventional ethylene-vinyl acetate copolymer PPD.Polarized optical microscopy and X-ray diffraction were used to study the effect of the nanohybrid PPD on the crystallization of crude oil.Addition of the nanohybrid PPD reduced the amount of wax crystals,prevented their aggregation,and reduced the temperature at which the crude oil started to crystallize.The significant effect of this nanohybrid PPD on the pour point and viscosity depressing of crude oil is of great importance for facilitating the safe,efficient and energy-minimized transportation of waxy crude oil.