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掺氢天然气的管道输运特性仿真与分析

化工进展 2024年第1期43卷 390-399页

作者：封德彬王文马凡华上海交通大学制冷与低温技术研究所上海200241 清华大学车辆与运载学院北京100084

掺氢天然气(HCNG)输送是利用现有天然气管线实现氢气长距离运输的一种可行方案,天然气中因氢气的加入使得输运气体的物性发生明显变化,从而对管道的输运特性造成一定影响。本文对掺氢混合气的流动及换热过程进行了分析建模,对天然气掺... 详细信息

掺氢天然气(HCNG)输送是利用现有天然气管线实现氢气长距离运输的一种可行方案,天然气中因氢气的加入使得输运气体的物性发生明显变化,从而对管道的输运特性造成一定影响。本文对掺氢混合气的流动及换热过程进行了分析建模,对天然气掺氢管道的运行特性进行了计算分析,并在计算中使用物性快速计算公式代替BWRS方程进行物性求解以提高计算效率。根据计算结果,氢气与天然气混合气体的黏度、密度、体积热值和焦耳-汤姆逊效应系数随着掺氢比例的增加而下降,比热容和压缩因子随掺氢比例的增加而增加;在管道运行中,管输体积流量随掺氢比例的增加而上升,管道压降和管道管存随之下降,管道的能量流量先下降后在大掺氢比后略有回升;管道能量流量恒定时,管道出口压力先降低后略有升高;氢气的加入会削弱长输管线压降导致的温度降低;地面温度对于管输流量和能量流量影响较小。

关键词：氢掺氢天然气管道输送掺氢比数值模拟

考虑碳交易机制与氢混天然气的园区综合能源系统调度策略

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中国电力 2024年第2期57卷 183-193页

作者：张栋顺全恒立谢桦许志鸿陶雅芸王慧圣国核电力规划设计研究院有限公司北京100094 北京交通大学电气工程学院北京100044

综合能源系统有利于实现多能互济、能源高效利用。以含电、热、冷、氢负荷的园区综合能源系统为研究对象,分析了可再生能源制氢系统及掺氢燃气轮机运行中多种能源的耦合及梯级利用特性,考虑了掺氢比对燃气轮机效率以及热电比的影响,以... 详细信息

综合能源系统有利于实现多能互济、能源高效利用。以含电、热、冷、氢负荷的园区综合能源系统为研究对象,分析了可再生能源制氢系统及掺氢燃气轮机运行中多种能源的耦合及梯级利用特性,考虑了掺氢比对燃气轮机效率以及热电比的影响,以系统运行成本最小为目标函数,建立了阶梯式碳交易机制下的园区综合能源系统优化调度模型。采用分段线性化和大M法将包含多个0–1变量和连续变量的非线性模型转化为混合整数规划模型,并调用Cplex求解器实现快速求解。算例分析表明,所提调度策略可有效提高园区能源系统运行经济性,合理调控燃气轮机掺氢比有利于降低园区系统的碳排放。

关键词：综合能源系统掺氢比优化调度运行经济性碳交易机制

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航改燃机燃烧室掺氢燃烧特性研究

中国电机工程学报 2024年

作者：李嘉斌丁思宇储旭刘保侠赵洪亮杨阳朱民王兴建国家管网集团北方管道公司压缩机组维检修中心清华大学能源与动力工程系

日益严格的碳减排要求对动力行业的发展产生了重要影响，厘清燃气轮机燃烧室掺氢燃烧特性成为亟待突破的研发重点。该文选用典型航改燃机燃烧室，在保持燃料总发热量不变的条件下，采用数值模拟探究掺氢体积比对燃烧室实际工况下流场结... 详细信息

日益严格的碳减排要求对动力行业的发展产生了重要影响，厘清燃气轮机燃烧室掺氢燃烧特性成为亟待突破的研发重点。该文选用典型航改燃机燃烧室，在保持燃料总发热量不变的条件下，采用数值模拟探究掺氢体积比对燃烧室实际工况下流场结构、燃烧产物等方面的影响规律，并分析流场动态特性的变化。结果表明，随掺氢比的提升，燃烧室前端温度升高，气体体积膨胀导致中心回流区缩小，CO2排放降低，高温回流产物逐渐远离燃料喷嘴。同时，喷嘴附近热释率增大，压力波动加剧，可能增强燃烧不稳定性进而影响结构安全性。结果可为现有燃机掺氢燃烧改造以及未来氢燃机设计提供一些指导。

关键词：掺氢燃烧航改燃机掺氢比回流区压力波动

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关于天然气管网安全掺氢比10%的商榷

化工进展 2022年第3期41卷 1487-1493页

作者：陈伟锋尚娟邢百汇魏皓天顾超华花争立浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027

大力发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。将氢气掺入现有天然气管网利于实现氢能经济高效、大规模输送与应用。安全掺氢比是掺氢天然气管输系统有待解决的关键问题之一。有观点提出当掺氢天然气中的掺氢比在10%以下时... 详细信息

大力发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。将氢气掺入现有天然气管网利于实现氢能经济高效、大规模输送与应用。安全掺氢比是掺氢天然气管输系统有待解决的关键问题之一。有观点提出当掺氢天然气中的掺氢比在10%以下时,可无需加以验证地直接通过天然气管网输送。本文提出从目前来看,该观点不成立。文章从管网系统掺氢适应性、示范项目掺氢比探讨和标准规范3个方面阐述了个中缘由。文中指出,掺氢天然气管输技术正处于起步阶段,其安全保障还面临诸多挑战,任何结论都需要经过反复论证和验证,以稳步推动氢能产业发展。

关键词：氢能掺氢天然气氢安全管道输送掺氢比

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隧道内埋地掺氢天然气管道泄漏扩散研究

低碳化学与化工 2024年

作者：袁巧玲周诗岽吴文景吕孝飞常州大学石油与天然气工程学院油气与新能源储运技术省高校重点实验室

氢能作为一种理想的清洁能源备受青睐，将氢气掺入到天然气管道中是实现氢能大规模输送的有效途径。管道在输送过程中一旦发生泄漏便会严重影响管道的安全运行，目前隧道内埋地掺氢天然气管道的泄漏扩散规律尚不明确。因此，建立了隧道... 详细信息

氢能作为一种理想的清洁能源备受青睐，将氢气掺入到天然气管道中是实现氢能大规模输送的有效途径。管道在输送过程中一旦发生泄漏便会严重影响管道的安全运行，目前隧道内埋地掺氢天然气管道的泄漏扩散规律尚不明确。因此，建立了隧道内埋地掺氢天然气管道泄漏扩散数值模型，探究了掺氢比（体积分数）、泄漏孔径和来流风速对混合气体泄漏扩散特性的影响。结果表明，掺氢天然气泄漏后在隧道顶部大量积聚，呈现出中心区域浓度高，边缘区域浓度低的现象。随着掺氢比的增加，混合气体爆炸下限降低，相同时间内的泄漏量增多。因隧道空间密闭，混合气体在短时间内不能充分扩散，因此掺氢比越大，爆炸危险区域越大，达到爆炸极限的时间越短。当掺氢比由5%增加到20%时，爆炸危险区域增加了3.18%，混合气体达到爆炸极限的时间缩短了3.7%。泄漏孔径越大，混合气体泄漏量越大，爆炸危险区域越大，混合气体达到爆炸极限的时间越短。当泄漏孔径由20 mm增加至100 mm时，沿隧道径向的爆炸危险区域由距地面1.49 m减小至0.30 m，轴向爆炸危险区域由13.4 m增大至91.9 m，达到爆炸极限的时间由95.2 s缩短至11.3 s。来流风速的平流输送作用促进了混合气体沿隧道轴向的扩散，缩小了隧道顶部的高浓度区域，爆炸危险区域显著缩小。当来流风速由0.5 m/s增大至2.0 m/s时，爆炸危险区域减小了81.7%。因此，隧道内气体发生泄漏时应及时通风，避免燃烧爆炸等事故的发生。该研究结果可为隧道内埋地掺氢天然气管道的安全运行提供理论依据。

关键词：数值模拟埋地掺氢天然气管道泄漏扩散掺氢比爆炸极限

不同空气系数与掺氢比对10 mm火孔火焰稳定性的影响

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油气储运 2024年

作者：刘方杨宏伟邓付洁中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心

【目的】天然气管道掺氢输送易导致终端用气设备在燃烧用火时发生脱火、回火现象，影响设备的火焰稳定性。为明确不同空气系数与掺氢比对典型终端用气设备的燃烧火焰稳定性的影响，通过仿真模拟与实验验证相结合的方法开展研究。【方法... 详细信息

【目的】天然气管道掺氢输送易导致终端用气设备在燃烧用火时发生脱火、回火现象，影响设备的火焰稳定性。为明确不同空气系数与掺氢比对典型终端用气设备的燃烧火焰稳定性的影响，通过仿真模拟与实验验证相结合的方法开展研究。【方法】以终端用气设备中的10 mm圆形单火孔为研究对象，通过仿真计算了一次空气系数为0.40、0.60、0.65、0.70、0.80条件下，掺氢比为0%、3%、5%、10%的脱火工况，以及一次空气系数为0.60、0.65、0.70、0.80条件下，掺氢比为0%、3%、5%、10%的回火工况；结合GB/T 16411—2008《家用燃气用具通用试验方法》，设计了天然气（纯甲烷）掺氢火焰稳定性测试方案进行实验验证。【结果】脱火工况的临界火孔气流速度模拟值与实测值平均相对误差为5.73%，验证了脱火仿真模型的可靠性；回火工况的临界火孔气流速度模拟值与实测值平均相对误差11.22%，受实验测试条件影响，误差偏大；掺氢比越大，脱火极限越高，越不容易发生脱火现象，掺氢有利于防止脱火；掺氢比越大，回火极限越高，回火倾向越大。【结论】研究成果可为掺氢天然气的工业应用提供借鉴，在实验条件受限的前提下，对于终端天然气用户进行掺氢适应性分析时，可借助仿真手段开展针对性分析，同时对于掺氢比较高的应用场景，建议开展针对性测试，确保终端用气设备的稳定运行。

关键词：圆形火孔掺氢比仿真模拟脱火回火

天然气塔式同轴分级燃烧室掺氢燃烧特性数值模拟研究

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燃气轮机技术 2024年第1期37卷 26-36页

作者：王志强刘潇杨文涛吕光普朱浩然郑洪涛哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

为了解天然气掺氢对贫预混燃气轮机性能的影响,采用Chemkin-pro研究了燃料的化学反应动力学特性,对比了不同当量比、掺氢比下的绝热火焰温度、层流火焰传播速度及点火延迟时间,结果表明掺氢能缩短燃料点火延迟时间,增加绝热火焰温度及... 详细信息

为了解天然气掺氢对贫预混燃气轮机性能的影响,采用Chemkin-pro研究了燃料的化学反应动力学特性,对比了不同当量比、掺氢比下的绝热火焰温度、层流火焰传播速度及点火延迟时间,结果表明掺氢能缩短燃料点火延迟时间,增加绝热火焰温度及提高火焰传播速度。进一步以天然气塔式同轴分级燃烧室为研究对象,研究了掺氢比对燃烧室燃烧场分布及燃烧效率、总压损失系数、温度分布不均匀度、一氧化碳及氮氧化物排放量等性能参数的影响。结果表明,随着掺氢比的增加,燃烧效率上升,总压损失系数增加,温度分布不均匀度下降,一氧化碳排放量下降,氮氧化物排放量增加。掺氢比在35%时燃烧室发生回火。在30%~35%掺氢比范围内,燃烧室性能参数变化较大。其中,总压损失系数增幅为24.74%,温度分布不均匀度降幅为31.11%,氮氧化物排放量增幅为416.12%。

关键词：燃气轮机掺氢比化学反应动力学特性回火燃烧场燃烧室性能

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X80管线钢气相氢渗透及氢损伤行为研究

力学与实践 2024年

作者：徐猛王铁军常雪伦葛贵君于文涛刘海龙孙晨杨飞刘晓童鲁仰辉刘伟国家电投集团科学技术研究院有限公司内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司扎哈淖尔分公司安科工程技术研究院(北京)有限公司

本文对X80管材开展不同掺氢比环境的气相氢渗透测试和慢应变速率拉伸测试，并结合微观形貌分析的方法，研究掺氢环境下X80管材氢渗透和氢损伤行为。实验结果表明，随着掺氢比的增加，除氢扩散系数Deff无明显变化外，其他氢渗透动力学参... 详细信息

本文对X80管材开展不同掺氢比环境的气相氢渗透测试和慢应变速率拉伸测试，并结合微观形貌分析的方法，研究掺氢环境下X80管材氢渗透和氢损伤行为。实验结果表明，随着掺氢比的增加，除氢扩散系数Deff无明显变化外，其他氢渗透动力学参数呈上升趋势，管材氢脆敏感性增加；在掺氢30%环境下，管材抗拉强度较常压空气环境变化不显著，断后伸长率和断面收缩率减小，管材塑性下降；缺口拉伸试样断口边缘出现脆性解理形貌，材料发生脆性转变。

关键词： X80管线钢氢脆掺氢比气相氢渗透

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“氢进万家”迈出关键一步 008

“氢进万家”迈出关键一步