波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散研究

由于氢气密度低,泄漏后的掺氢天然气在海洋波流作用下的浮升扩散行为有别于纯天然气,其泄漏扩散规律有待明晰。利用计算流体力学方法数值模拟了波流联合作用下掺氢输气海管泄漏扩散的过程,结果表明气体泄漏的过程可分为泄漏初期、向上浮升以及横向迁移3个阶段。当掺氢比φ_(H2)<50%时,氢气泡的运动轨迹受天然气泡的影响显著。气体浮升高度和扩散直径的变化与时间成正相关,且随着掺氢比的增大,泄漏气体到达液面所需的时间延长。天然气泡和氢气泡直径在上升的过程中都逐渐增大,两者的浮升速度随浮升高度的增加先增大后减小,天然气泡的浮升速度衰减更快。氢气泡直径随掺氢量的增加而增大,天然气泡直径随掺氢量的增大而减小,两者的上升速度随着掺氢量的增大都表现出先增大后减小的趋势,且氢气泡的上升速度大于天然气泡的上升速度。波长和海流流速越大,泄漏气体的扩散直径越大。

掺氢条件下的燃气轮机用输气管道设计

[目的]随着“3060”双碳目标的进展,利用光伏和风电制取绿氢成为一个热门和前沿的方向。在氢气利用产业中的燃气轮机掺氢燃烧,则成为将氢转化成电能的最后一个环节。燃气轮机机组设置有调压站、前置模块和连接管道。前置模块对于混合气体的流量、压力、温度和颗粒含量均有要求,而调压站则为前置模块提供符合要求的混合气体供应,而中间的连接管道随布置不同,一般有1000 m的长度。掺氢连接管道的阻力、温度降低等特性,对调压站的边界参数有直接影响。因此,有必要研究掺氢连接管道的阻力、温度降低等特性,为后续燃气轮机用掺氢管道设计提供工程用可实施解决方案。[方法]通过GT Pro软件的模拟计算,给出H燃气轮机在燃用掺氢天然气条件下燃料需求量,结合H燃气轮机前置模块对燃料的压力和温度的要求,给出掺氢管道的材质选择和流速选择,并结合混合气体的物理特性,计算管道的阻力和由于压力降低引起的温降。[结果]得出了燃气轮机掺氢燃烧时,掺氢连接管道的材质选择、管径选择、管道阻力和由于压力降低引起的温降。[结论]现阶段天然气调压站到燃气轮机前置模块的管道设计,在考虑具备掺氢条件时,需逐一评估核实管道材质、外径、壁厚、流速、管道阻力的情况,让燃气轮机在本阶段燃用天然气,在将来过渡到掺氢燃烧能顺利实施。

天然气管道注氢掺混过程数值模拟研究

将氢气掺入已有天然气管道混合输送,被视为低成本转运绿色氢能的重要手段。利用计算流体力学方法数值研究了不同浓度氢气注入天然气管道后的混合过程,对比分析了不同注氢位置、不同注氢管径以及不同注氢量对均匀掺混距离的影响。结果表明:相较于从管道上部或下部注入,从管轴注入达到均匀混合的距离最短,这与注氢口下游气流的湍动强度有关;当从中部注入时,随着注氢管径的增加或注氢量的减小,管内气流湍动强度增强,均匀混合所需的距离缩短。因此,在工况允许的条件下,将注氢口伸至天然气管道管轴处,并适当增大注氢管径,可以实现较快的均匀掺混。

天然气管道掺氢技术对管材影响及完整性管理研究

天然气管道掺氢技术能够改变天然气燃烧特性,提高燃烧速率,降低污染物产生,有助于实现碳达峰、碳中和目标,成为世界各国研究的热点。但是掺氢后可能对天然气管道管材造成氢脆、氢鼓泡、氢致开裂等风险。对国内外天然气管道掺氢技术研究进展进行简单描述,对掺氢对天然气管道可能造成的氢损伤进行介绍,提出掺氢天然气管道在完整性管理中控制要点,为掺氢天然气管道在国内的应用提供借鉴意义。

计及氢气天然气混合运输的氢耦合综合能源系统优化调度

针对风光等可再生能源出力不确定性大、无法消纳而导致弃风弃光等问题,以及电力负荷波动对上游电网产生的不利影响,提出一种计及氢气天然气混合运输的氢耦合综合能源系统优化调度模型。首先建立综合能源系统中各部分机组出力模型,然后构建以氢气为媒介的氢储能系统,并完善了综合能源系统中电-氢-气间耦合,以提高系统运行经济性和增大可再生能源消纳为目标进行整体框架搭建,最终实现平抑负荷波动,达到电力供应需求削峰填谷的要求。根据不同场景和方案下的算例分析,验证了所提优化调度模型的能源利用效率高、消纳可再生能源能力强以及总体运行费用低的优点。

混氢天然气输气站场泄漏扩散数值模拟

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。

天然气加氢对燃具及管道的影响分析

在天然气中掺入氢气,通过改变天然气的组分来改变其燃烧特性是今后能源科技发展的一个重要方向。天然气加氢的工艺流程通常设在长输管道工程站场或城镇燃气门站内进行。分析了天然气与氢气混合气对输气管道工程中管道材质的影响及管道设计规范适用性的选择。为天然气管道输送氢气介质工艺提供了参考和借鉴。

氢泵法分离氢气技术研究现状分析及优化建议

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。

天然气加氢工艺技术研究

研究并提出了在长输管道工程站场和城镇燃气门站进行天然气加氢的工艺流程,并对流程中的关键设备-流量随动式混气撬进行了研究。分析了天然气与氢气混合气对输气管道工程中管道材质的影响及管道设计规范适用性的选择。为天然气管道输送氢气介质工艺提供了参考和借鉴。

基于OLGA模拟的海上某区块气田生产管线流动分析

湿天然气长距离混输技术在实际生产中已经得到越来越广泛的应用。为了研究湿天然气管道输送的流动情况,采用OLGA软件模拟了海上某区块气田的湿天然气长距离混输管线生产工况,并进行了管线流动分析。研究结果表明:入口气体流量的变化与管内积液量变化成反比;在入口流量增加的过程中,密度波的传播速度小于压力波的传播速度,反之,密度波的传播速度大于压力波的传播速度。

混氢天然气管道输送技术及难点研究

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。