天然气掺氢输送系统氢脆研究进展北大核心

天然气掺氢输送不仅能够有效解决弃风弃光、减少温室气体排放问题,还能够实现大规模、低成本的氢气输送,也是实现“双碳”目标的重要方式,但掺入氢气会对现有天然气管道系统及相关输送设备带来氢脆危险。基于天然气掺氢输送系统的结构组成,归纳了氢脆发生的机理,调研了天然气掺氢输送系统的管道及焊缝、阀门、压缩装置、存储装置、终端装置等发生氢脆的研究现状,概述了防止氢脆发生的应对措施,并对天然气掺氢输送系统的发展前景进行了展望。研究结果可为中国天然气掺氢输送的规模化与市场化发展、提高管道输氢技术与装备的研发水平提供参考,促进氢经济的安全发展。     

国产电驱离心压缩机组在天然气管道的应用

近年来,电驱离心压缩机组在天然气管道压气站中被大量采用,国产电驱机组虽然起步较晚,但发展较快。回顾了国产电驱离心压缩机组在天然气管道的应用现状及发展概况,系统归纳了机组主要单元的组合方式、成套方式、电动机、变频调速装置、控制系统的主要技术特点。通过运行数据分析、典型故障分析及与进口机组对比分析等方法,归纳总结了国产电驱机组相对进口压缩机组的优势与不足,并在设计、运行、管理及售后方面提出建议。从20 MW以上国产电驱机组研制、国产电驱机组推广、变频高速异步电动机应用、集成式压缩机的研制以及磁浮轴承在国产分体式电驱机组上的研制与应用等方面进行了展望,认为国产电驱机组必将成为未来中国天然气管道输送的核心动力装备,也更加安全、环保、可靠、经济。     

掺氢天然气管道典型管线钢氢脆行为

目前,在氢能储运技术中,利用现有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气最为经济,掺氢天然气输送技术受到国内外研究机构的广泛关注。然而,管线钢在输氢过程中因氢与基体接触,可能发生氢脆现象,导致其力学性能发生劣化,威胁管道的安全运行。以天然气管道典型用钢X52、X80钢为研究对象,通过高压气相氢环境下的原位拉伸实验和断口形貌分析研究其在实际掺氢工况下的力学性能变化规律,分析氢分压对材料屈服强度、抗拉强度、断面收缩率及氢脆指数的影响。结果表明：掺氢天然气随氢分压增大,X52、X80钢的塑性逐渐下降,氢脆程度加剧;与X80钢相比,X52钢更适用于掺氢天然气输送。研究成果可为未来掺氢天然气管道的设计选材与安全运行提供参考。（图14,表1,参63）     

在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性评估

天然气掺氢输送是长距离、大规模输送氢气的有效途径,但氢气换热物性有别于天然气,在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性尚不明确。为评估天然气掺氢后空冷器的换热性能,建立在役水平鼓风式空冷器仿真模型,基于BWRS方程计算7～10 MPa、60～80℃、0～25%掺氢比下天然气的比热容及导热系数,并采用CFD技术分析不同工况下空冷器前后气体温差。结果表明：(1)掺入氢气将增大天然气的比热容及导热系数;(2)降低管输压力和空冷器日处理量、升高天然气初始温度、掺入氢气都将提高空冷器前后温差;(3)仅掺入氢气,在25%掺氢比以内,现有空冷器不经结构改造即可满足天然气的冷却需求;(4)掺氢输送时,可增大管输压力以稳定空冷器出口温度并提升管道输送能力。（图12,表2,参21）     

西气东输管道压缩机组输送湿气实践分析

针对西气东输管道受上游气源气质的变化,管输天然气露点严重偏离设计值的问题,根据国内标准及国外对管输天然气质量的要求,对管输气质进行了分析。指出了所采取的降低管道积水、提高燃气轮机燃料气温度和干气密封气温度等相应的工程措施,虽可以保证压缩机输送高露点天然气,但也存在压缩机组连续运行时间短、较正常运行故障停机次数时显增多等弊病。并提出了相应的建议。     

纯氢/掺氢天然气管道的减压与调压

【目的】调压系统作为连接长输管道与城镇燃气管网的关键环节之一,在实现“氢进万家”中发挥着重要作用,然而氢气与天然气的物性差异会影响调压的工艺控制效果。【方法】采用纯氢/掺氢天然气减压调压实验与调压动态模拟相结合的方式,以稳压精度、响应时间、适用度函数作为判定减压调压系统稳压效果的依据,对掺氢比、流量波动周期、下游流量变化幅度、管输压力及PID参数进行了敏感性分析。【结果】(1)系统波动越频繁、气体流速越大,导致系统受到扰动后波动幅度越大,减压调压系统越不易实现稳压,需对管输纯氢或者掺氢天然气的高流速运动进行限制。(2)调压系统流量有正弦变化的波动,以稳压精度±1.5%为要求,开展减压调压实验时,PID比例参数、积分参数设定在1～2范围时,可基本实现纯氢/掺氢天然气在城镇燃气管道压力范围内的调压。(3)当管输气体流速相同时,纯氢的瞬时波动较天然气更为明显,控制系统的响应时间、适应度函数均随掺氢比的增大而逐渐增加;纯氢的压力瞬时波动可达到纯甲烷的1.15倍,控制系统的响应时间、适应度函数也分别增大为纯甲烷的1.13倍、2.68倍,当氢气与甲烷为相同比例参数、积分参数时,含氢气体更难实现稳压...     

混氢天然气管道输送技术研究进展

氢能是公认的清洁能源,将氢气掺入天然气管道进行输送,是大规模输送氢气的有效途径.氢气的物性与天然气差异大,天然气中掺入氢气后天然气气质会发生改变.综述了世界各国在天然气管输系统混氢输送过程中混氢天然气的互换性、天然气管道混氢工艺系统适应性、管道设备安全性等研究进展.结合中国输气管网的实际情况,建议:①研究不同地区、不同...     

非常规天然气及其管道输送

概述了非常规天然气的构成及储量和应用远景。对煤层气、页岩气及致密气藏气的现状进了分析和展望,指出我国应集中力量在加大开采煤层气和页岩气以提高天然气在能源结构中的比例的同时,必须合理规划管道走向以便于非常规天然气的快捷输送,并提出了管输非常规天然气应注意的问题。     

掺氢天然气环境CH4对管线钢氢脆的抑制行为

H₂在管线钢表面吸附并解离是H原子在钢基体中渗透扩散的前提条件,掺氢天然气管道内H₂的存在增加了管道氢脆风险。基于分子动力学模拟与第一性原理计算方法,开展了管线钢表面H₂吸附行为研究,得到不同掺氢比例下CH₄与H₂混合气的竞争吸附规律,明确了管线钢近壁面CH₄的存在对H₂解离行为的影响机制。研究发现：对于纯气体组分,CH₄与H₂均具有近壁吸附特性;对于CH₄/H₂混合组分,CH₄具有优先吸附性,显著降低了管线钢表面H₂的吸附浓度;通过第一性原理计算方法,发现CH₄与H₂在管线钢表面的吸附类型不同,CH₄的存在不能阻止H₂在管线钢表面的化学分解吸附行为,但可以有效降低H₂分子出现在管线钢近壁面的概率...     

天然气长输管道压缩机站设计新技术

介绍了近几年在天然气长输管道压缩机站工艺设计中采用的新技术:压缩机站等负荷率布站设计技术,是结合站场的实际高程和环境温度,按相同的压缩机组负荷率设置压缩机站;压缩机组备用方案定量评价方法,是采用概率分析的方法,结合压缩机站的布置情况及压缩机组可用率和储气库容积等边界条件,确定压缩机组备用方案;压缩机组适用性分析技术,是利用仿真软件模拟压缩机工作曲线,分析压缩机组和管道特性匹配后的实际工况。在西气东输一线、二线等管道工程中的应用表明,这些技术可以明显降低管道工程投资,提高管道运行的经济性。     

多气源条件下离心压缩机的防喘振控制

针对压气站多气源进站工艺复杂的问题,研究了压气站设置集中空冷的前提下,压缩机能兼顾输送低压气(3.8～4 MPa)和中压气(5～6.5 MPa)工况下防喘振控制系统的设计问题.设计方案包括分别设置中压、低压防喘回路和回流回路,并由防喘振控制器统一控制机组的启停、正常运行、防喘振和紧急停车(ESD).实际运行表明,机组防喘振控制系统能有效保证机组的安全可靠运行.     

离心压缩机性能换算软件的开发与应用

以离心压缩机变工况性能换算、特性曲线变转速二次拟合、基于BWRS方程的气体物性计算为理论基础,以NetBeans IDE 6.7为开发平台,结合Excel,采用Java语言开发了离心压缩机性能评价软件.软件能够准确计算与压缩机工作过程相关的气体物性参数,实现电子图像版压缩机特性曲线的数字化,可对不同入口条件下的特性曲线进行换算及变转速拟合,确定压缩机的流量控制界限.以某天然气长输管道首站的历史运行数据为依据,验证了软件计算结果的准确性.该软件可用于优化压气站运行方案.     

天然气管道压缩机站投产试运应注意的问题

分析了目前我国长距离天然气管道压缩机站机组的配置情况及技术现状,预测了长距离输气管道压缩机站压缩机组的发展趋势,从设计、施工和现场操作三方面总结了压气站在技术细节方面应注意的问题,对天然气管道压气站的顺利投产有一定的借鉴作用。     

天然气长输管道节能潜力评估方法的改进北大核心

天然气长输管道运行费用中压气站的运行费用占绝大部分,对压气站运行费用的研究结果表明,天然气长输管道具有巨大的节能潜力。对已有的离心压缩机运行费用计算方法进行了改进,进一步精确了离心压缩机运行费用的计算数值,并基于上述改进的方法编写了新的离心压缩机运行费用计算软件。分别应用改进前、后的计算方法在进站流量与压比依次变化的工况下,计算离心压缩机的能耗费用,对比两种方法的计算结果并总结其变化规律,对今后精确评估长输天然气管道节能潜力有一定的参考作用。     

离心式天然气压缩机自适应性能曲线生成方法

压缩机作为天然气输送管道的动力设备,其运行方案直接影响管道的整体调控与运营效率。离心式压缩机性能曲线是制定运行方案的主要依据,但由于管道运行工况与压缩机性能状态变化的影响,曲线具有时变性。通过对比最小二乘法、BP神经网络及自适应神经模糊推理系统（Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS）算法生成性能曲线的准确度,提出了一种基于ANFIS的自适应性能曲线生成方法,通过不定期输入压缩机的实时运行数据修正性能曲线ANFIS映射网络,获得不同时期的实时性能曲线。采用所提出的方法生成某压缩机2018年的实时性能曲线,对方法的有效性和准确性进行了验证,结果表明：基于ANFIS的自适应性能曲线生成方法得到的压缩机运行曲线与实际运行曲线相对误差小于3%,满足现场工程精度要求。研究成果可为离心式压缩机性能分析、能耗评价及运行方案制定提供理论基础。（图8,表2,参22）     

湿气输送天然气管道腐蚀检测与安全性分析

为预测分析20号碳钢湿气输送天然气管道未来的腐蚀速率,选取了具有代表性的采气管段进行了极端情况下金属的损伤积累速度的腐蚀检测.结果表明,管道输气量和水气比是激化腐蚀的主导因素,指出腐蚀速率会随着输气量和水气比的增大而提高,在输气量和水气比相近的情况下,腐蚀速率随H2S含量增加而升高;在靠近焊缝的母材中H2S容易诱发氢致裂纹和脆化,并且随着天然气中H2S含量增加,氢致裂纹的倾向会加大.此外,受冲刷腐蚀的影响,弯管处的腐蚀速率较高.     

单台离心式天然气压缩机的性能测试

离心式天然气压缩机在新机投产或维修后均需进行性能测试,以某压缩机站为例,单机运行条件下,以进出口电动调节阀调节压缩机进出口压力,从入口截流降低压缩机的进口压力,出口截流憋压提高压缩机的出口压力,进而提高压比和压缩机负荷。在保证管道正常运行前提下,针对不同的运行工况,通过站进出口旁通调节阀调节流量。实例说明了压缩机性能测试的操作过程和进出站压力的变化情况。从压力和流量角度分析了压缩机性能测试对干线管道输气生产的影响,总体上影响不大,但对支路及其设备的影响较大,主要表现为磨损管道、缩短调节阀使用寿命等。提出了压缩机性能测试的注意事项。     

液化天然气管道输送工艺参数的计算

LNG在管道输送过程中的物性参数可以通过LKP方程及其关联式确定,Lee-Kesler分别应用氩和正辛烷的实验数据拟合确定了该方程简单流体和参考流体的常数项。分别给出了用对比密度表示的LKP方程表达式和LNG混合物粘度的计算公式,利用对比态原理(CSP)计算比定压热容的表达式。利用"过冷"态原理进行无气化LNG管道输送工艺参数的计算,给出了管道水力、热力参数和保冷层厚度的计算方法。以大连LNG接收站为例,对1条长6 km、高程差48.5 m管道的运行参数进行计算,求得管道压降为0.338 MPa,保冷层厚度为0.145 mm,管输介质到达管道终点的温度为-154℃,因此在1.194 MPa的输送压力下,LNG全程处于液化状态,验证了LNG在"过冷"状态下输送的可行性。     

南输成品油管道顺序输送混油的回掺处理

混油是长距离成品油管道顺序输送的必然产物,对混油的回掺处理方式进行了可行性分析,给出了回掺处理的必要条件及实际混油切换的有关操作数据,对不同浓度的混油段长度进行了分析比较,总结出一定的规律,并对如何提高混油回掺比例提出了具体设想。以南输成品油管道为例,进行了混油回掺的处理,取得了一定的实践经验。     

地温变化对管道输送5号轻柴油的影响

在地温较低的情况下,成品油管道顺序输送５号轻柴油时,容易出现管壁结蜡现象,使混油量增大,在分析了５号轻柴油质量数据和长输管道各段地温６变化的基础上,提出了“临界点”地温,给出了在“临界点”地温的条件下输送５号轻柴油时应采取的措施,为管道安全经济运行提供了保障。