天然气掺氢输送与应用安全性研究综述

综述国内外掺氢天然气管道输送和终端应用的研究现状,总结天然气管网掺入氢气的主要已知危害和风险,讨论掺氢对终端应用安全性的影响。氢气对输送管道的影响主要来自管材的氢脆现象。对压力较高的管道,氢气的掺入会使钢的断裂韧性减小,加速裂纹扩展,降低疲劳寿命。由于氢气密度小,易扩散,掺氢使气体的渗漏和燃烧爆炸风险增加,且随着掺氢浓度的增加危险程度也逐步增加,泄漏后果的影响需要根据具体的泄漏环境进行分析。掺氢天然气用于家用燃具所造成的主要安全性问题是回火,对于预混式燃烧器,掺氢极限主要取决于回火极限,根据实验结果,在不对燃具做改变的情况下,安全掺氢体积分数不宜超过25%。在工业应用中,由于工业燃烧器具有高度多样性的特点,不同类型燃烧器的最大掺氢量各不相同,因此难以对天然气掺氢带来的影响得出普遍结论,也无法对掺氢浓度制定统一标准。掺氢天然气汽车燃料中的氢气体积分数不应高于18%,混合气体中甲烷体积分数过低,将导致功率大幅度下降,若氢气体积分数超过30%,可能出现发动机爆震的情况。

氢能储运技术现状及发展分析

在氢能的“制储输用”全产业链中,储运成本约占总成本的30%~40%,是制约氢能大规模发展的主要瓶颈。目前主要的储氢方式可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢。高压气态储氢是目前氢能储存中应用最为广泛的方法。低温液态储氢需要耐超低温、保持超低温、耐压、密封性强的特殊容器,制造难度大,成本高昂,因而制约了其发展,目前在民用领域还鲜有应用。有机液态储氢的储氢量较大,且存储介质为液态有机物,存储的同时也可进行常温常压输送,目前在我国仍处于研究阶段,尚未大规模普及。固态储氢材料可分为物理吸附和化学吸附两大类,其中物理吸附材料包括传统的碳基多孔材料、介孔材料、金属有机框架、共价有机框架等;化学吸附材料包括金属氢化物、配位氢化物、氢水化合物等。管道运输长期以来被视为大规模输运介质的低成本方式。高压氢气管输技术门槛低且最为成熟,目前仍是新建长距离输氢管道时优先考虑的氢能管输方式。天然气管道掺氢输送可以利用现役天然气管道设施,降低前期建设成本,被认为是实现氢能大规模输送最具发展潜力的技术。液态管道输氢受限于建设成本高及技术不成熟,尚没有长距离液氢管输实例,但低温液氢管输未来可期。