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。