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。     

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）     

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）     

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.     

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）     

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...     

成品油混油掺混实验与临界比例计算

混油处理是成品油长距离输送管道运行管理的关键环节之一。基于将混油以掺混的方式部分或全部回掺到纯净油品中的混油处理方法,以GB 17930-2006《车用汽油》和GB/T 19147-2003《车用柴油》规定的质量控制指标和测试方法为依据,结合国内顺序输送管道运行的实际情况,针对特定管道开展了顺序输送油品的掺混实验。结果表明:在柴油中掺入汽油,对掺混比例最敏感的质量项目是闭口闪点;在汽油中掺入柴油,受到显著影响的质量项目有终馏点、研究法辛烷值、抗爆指数,而终馏点的敏感性表现最突出。依据测试结果,以敏感质量项目为控制目标,推荐了生产实际可采用的临界掺混比例计算公式。     

原油顺序输送的混油界面跟踪与切割

介绍了甬沪宁进口原油管道的流程和所输油品的特点,原油在管道顺序输送时产生混油段的机理、以及降低混油量的方法和几种混油界面的跟踪方法,给出了甬沪宁进口原油管道在顺序输送不同原油时跟踪混油界面的技术和适用于该管道在顺序输送过程中计算混油长度的经验公式,指出了适合该管道所输油品特点的混油段切割指导原则.     

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...     

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...     

近海凝析气的管道输送

随着近海油气田的开发,通过海底管道输送凝析气的工程技术也不断发展。凝析气是多元组分的气体混合物,以饱和烃组分为主,在开采、输送过程中的凝析和反凝析现象显著,这使凝析气的管道输送不同于气体或液体的单相输送,其管输方式可分为气液混输、气液分输。气液混输中通常采用气液两相混输,这种混输投资少、工期短,但要解决因凝析液的积聚而降低输送能力及液塞处置等技术问题;密相气体输送是管内单相流动,管道建造和运行费用高。气液分输就是先将凝析气分离,然后将天然气和凝析液分别输送,管内流体均为单相流动,气液分输又可分为双管输送和顺序输送。凝析气管道输送工艺参数中,沿线压降、温降、持液率三者密切相关,互相影响。分析了凝析气输送管道压降、输量和持液率的关系,并指出了预测管路温度下降值是管路安全运行的必要条件。结合东海平湖油气田的开发,通过对气液比、输送压力、管径三者的选择分析,就油气单管混输工艺进行了技术经济评估。     

简讯

埃及、黎巴嫩和叙利亚签署了关于一项建设一条投资10亿美元、800km长的天然气管道输送系统的备忘录。 建设该管道系统的目的,是将埃及的天然气输送到黎巴嫩、叙利亚、约旦甚至土耳其。 计划中该管道的400km管段是从西奈半岛的阿里什到黎巴嫩的特黎波里,该段管道经过以色列的地中海海域,进行海底输送;另外的400km陆上管道的建设是用来销售天然气。现在已有两个公司决定建设该管道系统,东方天然气公司将建设投资8亿美元海底管道,阿拉伯天然气公司     

牛顿流体紊流-层流的分层流动规律

通过分析掺入少量高粘流体形成分层紊流-层流的流动状态,抛弃传统的水力学研究方法,应用流体力学原理、高级程序设计语言和先进的数值计算技术研究了掺入少量高粘流体分层紊流-层流减阻规律,为实现管道混相输送时高效减阻和经济节约的设计提供理论依据.     

顺序输送成品油管道混油量计算公式对比

顺序输送成品油管道在不同油品接触区会产生一段混油,混油量的计算、监测、控制和处理是成品油管输的重要环节。对目前常用的混油计算公式,如由扩散理论推导的公式、奥斯汀和柏尔弗莱(Austin、Palfrey)公式、经验公式进行了对比,得出在成品油顺序输送管道的规划设计中利用紊流扩散理论推导的公式计算混油量最可靠。     

成品油顺序输送混油浓度的计算

输油管道在输送两种或两种以上不同性质的油品时会产生混油,在混油切割操作中切割点的选取将直接影响油品的质量和经济性.用一维连分式法计算了混油浓度,计算结果有助于混油切割点的选取,同时也为混油的检测和回掺提供支持.介绍了该算法应用于南输成品油管道顺序输送混油切割的实例.     

西部成品油管道顺序输送的混油控制

阐述了西部成品油管道概况,不同油品顺序输送形成混油的机理及混油浓度的分布规律,分析了导致西部成品油管道混油量增加的主要因素,包括初始混油和过站混油、流速变化、粘度差异、停输和地形起伏大等。管道不满流与流速陡增造成的混油不同于平原地带的管道满流时的混油情况。针对西部成品油管道大落差地形的特点,提出了减压系统设计、采用变径管、提高管内油品流速、合理安排顺序输送次序等减少混油的措施。     

液化天然气的运输方式及其特点

从液化天然气产业供应链的角度讨论了液化天然气的管道输送、公路罐车运输和海上液化天然气船舶运输的技术特点,首次提出了液化天然气管道密相输送工艺技术及其经济可行性.分析了液化天然气公路运输链中液化、储存、运输、再气化等环节的关键技术,以及国内外海上液化天然气运输链各个环节的技术特点.针对中国液化天然气工业的发展现状,指出中国液化天然气工业发展的前提是建立完善的能源政策.随着广东、福建等东部沿海地区液化天然气项目的逐步发展,中国液化天然气工业发展前景广阔.     

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.     

哈萨克斯坦与我国原油管道工艺设计规范对比

通过对比哈萨克斯坦CTΓУ153-39-167-2006<干线原油管道工艺设计规范>与我国GB 50253-2006<输油管道工程设计规范>,得出了两国在原油输送方式、油罐区设计、泄压系统设计及顺序输送混油计算等方面的差异.在输送方式方面,哈国原油长输管道采用分段独立密闭运行的方式,并对密闭长度加以限制.在原油管道站场油罐区设计方面,我国选用浮顶金属油罐,哈国基本使用拱顶油罐;我国规定油罐容积利用系数为0.9,哈国则有更详细的规定;库容计算方面哈国规定的比较简单,我国则分别针对输油首站和输入站、分输站和末站以及中间(热)泵站进行了不同的规定.在泄压系统的设计方面,我国规范未作明确规定,哈国规范则对泄压系统的设置条件、位置、数量以及泄压罐的罐容做出了详细规定.在顺序输送混油的计算方面,我国仅给出了成品油顺序输送的混油量计算经验公式,哈国则明确给出了原油顺序输送的混油量计算经验公式,值得借鉴和学习.