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）     

高压氢气管道氢脆问题明晰

利用长输管道（尤其是现有的天然气管道）进行氢气输送,是发展规模氢能经济、加速实现能源转型战略的重要一环,但在高压氢气环境中,管道存在发生氢脆的潜在可能,严重影响了管道安全,并制约了氢气管道工业的发展。解释了氢脆现象的科学含义,澄清了诸多关于管道氢脆问题的误解及不明之处,详述了管道氢脆发生的条件、过程及机理,着重阐明了“气态环境氢脆”与“液态环境氢脆”的实质区别,并梳理了管道氢脆的独特特征和技术挑战。根据最新的相关研究成果及亲身的学术交流经验,指出了管道氢脆领域当下迫切需要解决的科学与技术问题,以期为天然气管道掺氢输送的安全运行提供技术发展路径。（图4,表2,参24）     

氢气管道发展与管线钢氢脆挑战

作为一种绿色、清洁的燃料(或能源载体),氢在实现净零排放目标上将发挥重要作用.在建设以氢能为基础的规模经济中,氢的高效、安全运输是关键的一环.氢的管道运输具有运载量大、效率高、经济实惠等优势,如果能够利用现有天然气管网实现氢的运输,则可以进一步降低成本,促进氢的规模经济的发展,但高压氢气管道或天然气/氢气混输管道存在氢脆失效的风险.阐述了氢能与氢经济发展的背景以及管道运输的巨大意义,讨论了氢气管道发生氢脆的热力学条件、氢的渗透与扩散行为、氢致失效的机理和失效形式等,证明了管线钢在管输条件下氢分子发生解离吸附的热力学可行性,分析了氢气管道存在发生氢脆或其他氢致失效形式的风险.当前,氢气管道发生氢致失效的研究具有相当大的发展空间,进一步的研究将主要集中在原子尺度测量与计算模拟方面.     

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...     

管线钢氢相容性测试方法及氢脆防控研究进展

在研究氢脆发生机理与损伤机制时，常采用慢应变速率拉伸试验、疲劳寿命试验等手段，以力学性能、疲劳寿命等为指标衡量金属的氢脆敏感性。对于典型管线钢材料，其在不足5 MPa的氢气压力下，或在氢气体积分数10%的掺氢天然气环境中，已经在慢应变速率拉伸等试验中表现出明显的韧性下降、裂纹加速扩展等氢损伤特征。为模拟钢在氢气环境中服役，试验中常采用气相充氢与电化学充氢方法，前者能够模拟多种气相对管线钢氢脆的作用，后者能够快速模拟管线钢长时间服役后氢原子的渗透情况。针对氢脆过程及机理总结并分析了3种主要的氢脆防控技术：(1)调控管线钢材料与加工工艺，优化其微观组织，增加扩散速率，减弱氢原子聚集现象；(2)引入气体抑制剂，通过竞争吸附的方法减缓氢分子在材料表面的吸附；(3)增设管道内涂层，使氢气与管线钢基体金属隔离。并基于此提出进一步优化管道氢脆防控技术的建议。（图1，表1，参59）     

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）     

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...     

X80钢组织状态对CO抑制氢脆作用的影响

CO可抑制氢分子在管道内壁的吸附,有效降低输氢管道发生氢脆的风险,是保证在役管道安全输氢的潜在方式,但CO对氢脆指数的影响度与钢材的材料组织状态有关.以X80钢为研究对象,针对母材、预应变母材及两种根焊缝,通过在氮气、氢气、氢气+0.1％CO(分压,下同)3种环境中进行慢应变速率拉伸实验,研究不同状态管体的氢脆指数及C...     

混氢天然气在终端管网中应用的研究进展

氢能是碳中和目标下新能源重要发展方向之一。中国对于天然气长输管道混氢输送的适应性研究较多，但在终端管网中应用尚缺乏全面系统的分析。调研了国内外混氢天然气在终端应用的互换性、设备材料适配性、安全性等方面的研究现状，结果表明：混氢天然气对民用燃具、终端管道材料有较好的适配性，但面向终端用户使用还需要在互换性、介质分层、泄漏检测、加臭、计量等方面进一步开展研究。根据终端管网特点及供气需求，提出相关建议：(1)结合具体天然气组分、燃具工况，对混氢天然气进行互换性分析；(2)提高输送压力，消除高层建筑物立管附加压力的影响，并开展极限工况下介质分层研究；(3)对连接件密封性能进行全面分析，结合氢气泄漏扩散特性，优化泄漏检测设备及加臭剂的布置；(4)亟待建立终端混氢天然气计量标准体系；(5)加快终端管网氢气分离装置及技术的适应性调整。研究结果可为混氢天然气在终端管网中的应用及氢能产业链的发展提供参考。（参70）     

天然气管道掺氢输送对离心压缩机气动性能的影响

为研究天然气管道掺氢输送对离心压缩机气动性能和稳定工作范围的影响，以川气东送管道的GE PCL503压缩机为研究对象进行三维几何建模，采用RANS方法对该压缩机进行三维仿真模拟并与文献实验数据进行对比，验证了数值仿真模型的准确性。基于三维仿真模型研究了不同掺氢比、进口温度对离心压缩机气动性能和喘振裕度的影响。结果表明：随着天然气掺氢比的提高，压缩机的总压比和喘振裕度随之下降，当掺氢比达到20%时，喘振裕度降低19.78%，压比下降6.44%。在近喘振工况下，泄漏涡轨迹前移，泄漏涡强度得到增强，进而扩大了压力面低速区域面积，进一步加快了泄漏流与主流、压力面二次流的掺混，加剧了压力面流动分离和下游通道堵塞程度，其是导致掺氢比增加后压缩机稳定工作范围减少的主要原因。在10%掺氢比下，当进口温度由288 K升至323 K时，对于相同的体积流量，离心压缩机的总压比降低4.27%，等熵效率下降0.65%，喘振裕度增加13.03%，能量流量下降17.4%。研究结果可为天然气掺氢输送压缩机的设计及安全运行提供理论基础。（图10，表6，参22）     

复杂天然气管网系统运行期可靠性评价体系

中国天然气管道行业正朝着规模化、网络化方向发展,整个管网系统运行期的输气保障能力受到广泛关注,对其完成输送任务的可靠性进行评价显得尤为重要。为了保障大型天然气管网系统安全、高效运行与管理,对管网系统可靠性指标、系统可靠度计算、单元可靠度计算、可靠性数据及可靠性管理开展了研究。提出了包括可靠性类、维修性类以及健壮性类的3层系统可靠性评价指标体系,建立了基于管道工艺仿真的物理管网系统可靠度分布式阶梯计算模型,能够实现管网/管道/站场系统可靠度的简化、快速计算。将该计算模型在某压气站进行案例试算,按照站场系统→典型结构→基本回路→设备单元的顺序,将管网拓扑结构由上至下拆分为不同层级的可靠性框图,再利用单体设备可靠度由下至上依次计算各层级可靠度,获得该压气站在不同压缩机启停方案下的可靠度。该研究成果为今后持续开展大型天然气管网系统可靠性评价及管理奠定了基础。     

天然气管道输送自动化技术

随着社会经济的快速发展,社会经带动了对油气资源需求的增长,但是资源毕竟是有限的,我们如何缓解油气资源开发的不断壮大,解决天然气管道输送自动化技术应用存在的问题,是值得所有相关部分思考的问题。本文主要针天然气管道输送自动化技术进行了分析,希望能够有效提高天然气的输送效率和提高天然气资源的利用率,达到预期目标。     

美国得克萨斯州建成氢气管道

在得克萨斯州从蒙特贝尔维尤至阿瑟港和奥兰治之间.由Praxair股份有限公司的一家分公司,即林德管道公司最近新敷设的长113km的氢气输送管道已经建成。这条耗资3000万美元的氢气管道将把得克萨斯州东南部的几个主(重)要工业区相互连接起来,这些地区总共有240多公里长的氢气管道,把得克萨斯城、贝波特和休斯敦市与奥兰治连接在一起。林德管道公司现在每天能够输送283万m~3以上的氢气,其纯度为     

国外天然气管道事故分析

管道输送天然气是最安全的输送方式,而管道安全运行是管道运营管理的首要条件。针对俄罗斯、欧洲及美国输气管道事故进行了分析研究,旨在了解国外天然气管道事故状况和原因,为实际天然气管道在日常运行管理、监测、事故诊断、处置以及防护等方面提供可以借鉴的经验。     

能源安全战略下中国管道输送技术发展与展望

随着中国管道工业的不断发展,现已形成以中俄东线天然气管道为代表的第三代管道技术体系,以管道输送为策源的整体技术水平跻身世界第一方阵。通过系统总结中国管道输送工程设计施工、材料装备、输送储存、安全维护等领域的技术发展现状,分析了“四个革命、一个合作”能源安全新战略驱动下油气储运科技发展面临的机遇和挑战,展望了传统油气储运技术升级、数字化转型、新能源储运以及非常规管道技术等发展方向。面对新形势、新要求,管道企业应在保障石油天然气安全高效输送的同时,为保障国家能源安全、完善现代能源体系建设提供有力支撑。（参20）     

油气管道减阻增输与高聚物应用

依据流体管道减阻增输机理,分析研究了各种减阻增输工艺的效果和适用条件,提出了一些新的减阻增输方法。将输送工艺划分为降粘增输、抑制径向脉动增输、壁面改性增输及减少壁面沉积增输四类。为使天然气管道能够应用高聚物,从原理上给出了天然气管道应用高聚物的可能方式。     

加拿大的省际管道

以考察报告方式全面介绍了加拿大省际管道系统的生产和管理概况。加拿大省际管道历经近50年的建设与发展,是目前世界上规模最大、距离最长、输送工艺最复杂的液体管道输送系统,管道干线长度约占世界成品油管道长度的1/6,输送介质除原油、成品油和液化天然气外,还输送甲烷、丙烷、丁烷和各种合成物等石油化工产品。在生产运行和管理上拥有先进、完整的控制方式,体现在全线实行SCADA和计算机等自动控制,高效细致的生产调度,顺序输送采用在线压力检测、密度计量等手段对输送介质进行界面跟踪,以计算机监测系统监测管道的泄漏位置和泄漏量等。同时,在强化管理人员的素质和参与国际经营方面也具有成功的经验。     

天然气管道调速清管器研究进展

国外对天然气管道内检测器调速技术的研究和应用较成熟,但国内对清管器速度控制技术的研究甚少。针对天然气管道清管器调速技术和应用研究难点与特点,综述了天然气管道清管器的动力学问题、旁通调速装置的国内外研究现状,分析了调速清管器调速装置的主要结构、原理和旁通阀种类,描述了旁通孔内直动式截断阀、旋转转阀和蝶阀等泄流调速装置的结构特点与工作原理,同时描述了制动机构用于清管器调速的优点与基本原理,讨论了清管器调速的技术难点,指出为实现清管器调速技术的现场应用,需开展机械与控制系统设计以及控制逻辑优化等理论与试验研究。     

中亚管道压缩机组运行控制模式的选择

中亚天然气管道WKC1压缩机站具有对两路来气进行气质在线分析、过滤、计量、增压及降温输送等功能.根据长输天然气管道水力系统数学模型,对其工艺参数进行了分析,认为管道水力系统的运行稳定性主要取决于进站压力、出站压力和天然气流量的稳定性,而这三者之间存在相互制约的关系.在不同工况条件下,适时调整压缩机组进、出口压力和NGP...     

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...