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埋地掺氢天然气管道泄漏扩散数值模拟研究
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作者 彭善碧 罗雪 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期63-69,共7页
为减少掺氢天然气在输送过程中因泄漏引发的安全问题,基于流体力学及多孔介质理论,采用Fluent软件建立城市埋地掺氢天然气管道泄漏扩散的三维数值模型,分析掺氢比例、泄漏孔径、管道压力、管道埋深和土壤类型等因素对掺氢天然气泄漏量... 为减少掺氢天然气在输送过程中因泄漏引发的安全问题,基于流体力学及多孔介质理论,采用Fluent软件建立城市埋地掺氢天然气管道泄漏扩散的三维数值模型,分析掺氢比例、泄漏孔径、管道压力、管道埋深和土壤类型等因素对掺氢天然气泄漏量及甲烷、氢气爆炸下限竖直方向上扩散距离的影响。结果表明:掺氢比例越大,掺氢天然气泄漏量越小,甲烷爆炸下限等值线扩散至地表所需时间越长,而氢气则相反;泄漏孔径10 mm时的泄漏量约为孔径5 mm时泄漏量的2倍,泄漏孔径20 mm时的泄漏量约为10 mm时泄漏量的2倍,且泄漏孔径越大,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;管道压力越大,掺氢天然气泄漏量越大且扩散速度越快,危险系数越高;管道埋深1.1 m泄漏量最大,其次为1.4、0.8 m,埋深越浅,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;土壤类型对掺氢天然气的泄漏扩散有重要的影响,土壤类型为粉质砂土时,掺氢天然气泄漏量及扩散速度最大,其次为壤土,最后为黏土。 展开更多
关键词 掺氢天然气 管道 泄漏扩散 数值模拟 泄漏量 扩散距离
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掺氢天然气管道故障树分析及建模软件开发
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作者 赵爽 杜凤 +1 位作者 孙东旭 吴明 《工业安全与环保》 2024年第3期1-5,共5页
针对掺氢天然气管道可能存在的风险与隐患,分析国内外各类管道失效数据,建立了掺氢天然气管道故障树,共包含10个子树和148个底事件,在掺氢管道失效库基础上采用C#程序设计语言开发了掺氢天然气管道故障树建模软件;应用建模软件对已建立... 针对掺氢天然气管道可能存在的风险与隐患,分析国内外各类管道失效数据,建立了掺氢天然气管道故障树,共包含10个子树和148个底事件,在掺氢管道失效库基础上采用C#程序设计语言开发了掺氢天然气管道故障树建模软件;应用建模软件对已建立的掺氢天然气管道故障树进行分析。软件计算通过行列法求解出最小割集共189个,其中一阶最小割集106个,二阶最小割集83个;采用双循环法得到148个底事件结构重要度。分析得出防腐措施是否正常工作以及自然灾害是影响掺氢天然气管道安全运行的重要因素。 展开更多
关键词 掺氢天然气 管道失效 故障树 软件开发 最小割集 结构重要度
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静置工况条件下掺氢天然气浓度分布规律
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作者 李敬法 宇波 +2 位作者 苏越 刘翠伟 李玉星 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期145-155,共11页
利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议。为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能... 利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议。为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能量最小原理,推导了在重力场作用下掺氢天然气浓度分布数学模型,并采用Peng-Robinson真实气体状态方程对该数学模型进行了求解,最后研究了甲烷—氢气二元组分混合气体在4种典型场景高度和5种掺氢比下氢浓度随高度的分布规律。研究结果表明:(1)在重力影响下管道顶部和底部的氢浓度存在差异,但其受高度差的影响显著,对于米级的水平管道、几十米级的一般城镇楼宇天然气立管、百米级的高层楼宇天然气立管,氢浓度随高度变化的差异微小,可完全忽略氢分层;(2)对于千米级大落差的掺氢天然气管道,当掺氢比不超过20%时,氢分层仍可忽略,但当掺氢比很高时(例如50%)管道顶部和底部的氢浓度差将超过1%,此时需考虑工程实际情况评估能否忽略氢分层;(3)西气东输某管道考虑真实气体组成、掺氢比20%、管道落差200 m时,各气体组分的浓度随落差高度的分布规律揭示了在实际工程中此类落差高度的掺氢天然气氢分层可忽略。结论认为,对于掺混均匀的掺氢天然气在静置这种最容易发生分层的极端工况下,如果不存在千米级极端大落差和极端大掺氢比,掺氢天然气管道分层现象可完全忽略;该认识从理论上厘清了目前关于掺氢天然气分层现象的争议,对掺氢天然气管道安全输送具有重要指导意义。 展开更多
关键词 掺氢天然气 分层 能量最小原理 静置工况
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掺氢天然气的管道输运特性仿真与分析
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作者 封德彬 王文 马凡华 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期390-399,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 掺氢天然气 管道输送 数值模拟
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掺氢天然气干气密封启动特性研究
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作者 夏永波 宦宣州 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期82-94,共13页
为评估天然气掺氢对管线压缩机轴端干气密封性能的影响,提出一种考虑阻塞效应的干气密封性能数值预测模型,分析了不同掺氢比下干气密封的静态特性和启动特性。首先,采用空气介质螺旋槽干气密封的气膜压力分布和开启力实验数据,验证了数... 为评估天然气掺氢对管线压缩机轴端干气密封性能的影响,提出一种考虑阻塞效应的干气密封性能数值预测模型,分析了不同掺氢比下干气密封的静态特性和启动特性。首先,采用空气介质螺旋槽干气密封的气膜压力分布和开启力实验数据,验证了数值模型的可靠性;然后,针对GE PCL800机型天然气管线压缩机螺旋槽干气密封,分析了4种掺氢比(H 2体积分数分别为0、10%、20%、30%)和5种进口压力(4、6、8、10、12 MPa)对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等静态特性的影响规律;最后,分析了4种掺氢比和5种进口压力下,转速、进口压力、平衡比和弹簧比压对干气密封启动特性的影响规律。研究结果表明:所提出的干气密封性能数值预测模型能够可靠预测高压差下干气密封出口阻塞效应及其对密封性能的影响;掺氢比对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等密封静态特性影响较小;干气密封开启临界转速随掺氢比的增加而增大(掺氢比增加30%时,开启临界转速增大8.51%~16.90%),因此天然气掺氢增大了干气密封的开启难度,需设计合适的平衡比和弹簧比压以保证干气密封顺利开启。该研究结果可为掺氢条件下天然气管线压缩机轴端干气密封的高效设计和可靠运行提供理论参考。 展开更多
关键词 干气密封 掺氢天然气 阻塞效应 启动特性
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基于回归模型的掺氢天然气压缩因子计算方法
6
作者 刘祖旺 王力 +2 位作者 路天玥 金卫栋 王寿喜 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期52-57,共6页
压缩因子回归模型结构简单、计算快捷,在常规天然气压缩因子计算中更易程序化。文中研究掺氢天然气的应用并与其他模型对比。回归模型包括三次方、幂指数等多种形式,如HY(Hall-Yarborough)、RK(Redlich-Kwong)模型等,各模型适用的压力... 压缩因子回归模型结构简单、计算快捷,在常规天然气压缩因子计算中更易程序化。文中研究掺氢天然气的应用并与其他模型对比。回归模型包括三次方、幂指数等多种形式,如HY(Hall-Yarborough)、RK(Redlich-Kwong)模型等,各模型适用的压力和温度范围各不相同。采用文献391组掺氢天然气压缩因子实验数据,对比分析7种回归模型在不同掺氢比例、压力和温度范围下的计算精度,并与GERG-2008状态方程进行对比。其中压力范围为0.1—10 MPa、温度为210—350 K、掺氢摩尔分数0—100%。结果表明:RK的平均相对误差为1.36%、HY为1.46%,均小于GERG-2008(1.47%);在T>298.15 K时,HY模型的误差最小;在T<298.15 K时,RK模型的计算误差最小;在不同掺氢比例下,HY和RK的最大平均相对误差分别为2.73%和1.58%,小于GERG-2008(3.54%)。相较于其他回归模型,建立的HY-RK组合回归模型更适用于掺氢天然气的压缩因子计算。 展开更多
关键词 掺氢天然气 压缩因子 组合回归模型 Hall-Yarborough Redlich-Kwong HY-RK 计算精度
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以掺氢天然气为燃料直接内重整固体氧化物电池堆的稳定性
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作者 汤亚飞 武安祺 +6 位作者 韩贝贝 刘华 包善军 林王林 陈铭 官万兵 Subhash C.Singhal 《电化学(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第1期46-54,共9页
本文研究了掺氢天然气直接内重整平管型固体氧化物电池短堆的长期稳定性和衰减机理。通过约3000小时的实测实验,结果显示,电堆的总体衰减率为2.3%·kh^(-1),电堆中三个金属连接板的面积比电阻分别增加了0.276Ω·cm^(2)、0.254... 本文研究了掺氢天然气直接内重整平管型固体氧化物电池短堆的长期稳定性和衰减机理。通过约3000小时的实测实验,结果显示,电堆的总体衰减率为2.3%·kh^(-1),电堆中三个金属连接板的面积比电阻分别增加了0.276Ω·cm^(2)、0.254Ω·cm^(2)和0.249Ω·cm^(2),但电堆中两个电池的电压反而分别增加了3.38 m V·kh^(-1)和3.78 m V·kh^(-1)。电堆衰减主要由金属连接件表层氧化及其与阴极集流层材料反应生成Sr CrO_(4)物质,两者共同作用增大了电池与金属连接体间的界面电阻所致。结果表明,以掺氢天然气为燃料直接内重整平管型固体氧化物燃料电池电堆具有良好的稳定性。本文工作为掺氢天然气在固体氧化物燃料电池堆中的直接内重整应用提供了理论参考与实验依据。 展开更多
关键词 掺氢天然气 内重整 稳定性 固体氧化物电堆
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基于热力学影响的氢气与掺氢天然气管道工艺安全问题探讨
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作者 陈俊文 任立新 +6 位作者 汤晓勇 陈凤 李天雷 王静 张双蕾 昝林峰 王清扬 《天然气与石油》 2024年第2期47-54,共8页
天然气管道中掺入氢气输送或纯氢输送是推进氢能大规模利用的有效途径。由于氢气与天然气物性存在较大区别,氢气与掺氢天然气管道的运行安全是不可回避的问题。近年来,国内外开展了天然气管道掺氢输送的前期理论研究、输送工艺影响分析... 天然气管道中掺入氢气输送或纯氢输送是推进氢能大规模利用的有效途径。由于氢气与天然气物性存在较大区别,氢气与掺氢天然气管道的运行安全是不可回避的问题。近年来,国内外开展了天然气管道掺氢输送的前期理论研究、输送工艺影响分析、末端适应性与低压先导试验,也建设了部分代表性的氢气管道,但尚未完全结合氢气物性对工艺安全问题进行深入研究,氢气与掺氢天然气管道的工艺安全问题值得进一步探讨。借鉴天然气管道设计与运行场景,从热力学对氢气与掺氢天然气物理特性的影响出发,对氢气与掺氢天然气管道工程设计面临的关键问题进行了梳理,通过理论分析与模拟研究探讨了热力学对管道工艺安全的影响规律,提出了工程设计的建议。研究表明:在相同压力下,较低的运行温度将增大氢气与掺氢天然气的绝热系数,导致泄漏质量流量升高;在相同泄漏场景下,较低的运行温度对泄漏后介质的热辐射、水平扩散和爆炸均具有正向提升作用;现有标准规范提出的潜在影响半径评价方法未充分考虑温度的影响,实际工程精细化评价中宜进一步考虑;紧急泄放下,氢气设备将面临更低的介质温度。研究成果为后续氢气与掺氢天然气管道的工程设计提供了借鉴。 展开更多
关键词 掺氢天然气 热力学影响 工艺安全 探讨
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掺氢天然气长输管道泄漏扩散规律数值模拟 被引量:1
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作者 彭善碧 罗雪 杨林 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期44-52,59,共10页
目的 探究多因素耦合下掺氢导致的天然气长输管道泄漏扩散规律。方法 以西气东输二线工程为研究对象,采用Fluent软件建立管道二维平面泄漏扩散模型,通过单因素和多因素耦合分析掺氢比、泄漏孔径、风速和大气温度对掺氢天然气泄漏扩散的... 目的 探究多因素耦合下掺氢导致的天然气长输管道泄漏扩散规律。方法 以西气东输二线工程为研究对象,采用Fluent软件建立管道二维平面泄漏扩散模型,通过单因素和多因素耦合分析掺氢比、泄漏孔径、风速和大气温度对掺氢天然气泄漏扩散的影响。结果 随着掺氢比增加,甲烷扩散区域的质量分数和宽度减小,而氢气则相反;随着泄漏孔径增大,掺氢天然气扩散的质量分数和范围增加;随着风速增加,掺氢天然气泄漏后扩散的质量分数增加,且分布逐渐向下风向偏移,而扩散高度减小;大气温度对掺氢天然气泄漏扩散的影响不显著。不同因素对掺氢天然气管道泄漏扩散范围的影响程度为:泄漏孔径>风速>掺氢比>大气温度。结论 4种影响因素中,泄漏孔径对掺氢天然气管道泄漏扩散的影响程度最大,因此应重点防范掺氢天然气管道因腐蚀等因素引起的管道开裂、穿孔引起的泄漏。 展开更多
关键词 掺氢天然气 长输管道 泄漏扩散 数值模拟 多因素耦合
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掺氢天然气长距离管道输送安全关键技术与进展 被引量:6
10
作者 李凤 董绍华 +2 位作者 陈林 朱喜平 韩子从 《力学与实践》 北大核心 2023年第2期230-244,共15页
利用天然气管输系统混输氢气,能实现氢气大规模、低成本、长距离输送,但掺氢混输带来更严峻的安全、技术挑战。本文围绕输送工艺及关键设备、管材相容性与寿命预测、泄漏监测检与风险评估、标准体系建设几项关键技术,探讨掺氢天然气长... 利用天然气管输系统混输氢气,能实现氢气大规模、低成本、长距离输送,但掺氢混输带来更严峻的安全、技术挑战。本文围绕输送工艺及关键设备、管材相容性与寿命预测、泄漏监测检与风险评估、标准体系建设几项关键技术,探讨掺氢天然气长距离管道输送的安全问题。建议统筹规划输送网络,改进关键管输工艺与设备,建立输运协同应急与智慧决策大数据平台,制定掺氢天然气管道输送规范标准,逐步开展掺氢天然气输送技术应用示范。 展开更多
关键词 掺氢天然气 管道输送 安全技术
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掺氢天然气管道完整性评价技术的进展与挑战 被引量:2
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作者 刘啸奔 张东 +6 位作者 武学健 艾红倪 陈朋超 闫锋 欧阳欣 王昊 张宏 《力学与实践》 北大核心 2023年第2期245-259,共15页
“双碳目标”背景下,我国积极推进掺氢天然气管道发展,本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战,得到主要结论如下。(1)现有金属材料相容性试验结论不明确,亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准;掺氢后... “双碳目标”背景下,我国积极推进掺氢天然气管道发展,本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战,得到主要结论如下。(1)现有金属材料相容性试验结论不明确,亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准;掺氢后管材、焊缝性能劣化规律不清晰,需系统地开展相关试验,揭示其氢损伤机理。(2)天然气管道非金属密封材料在氢环境中的密封性能及力学性能尚不明确,亟需开展相关试验以探索其性能规律;工程上缺乏高性能的非金属输氢管道,需研发低渗透耐侵蚀的输氢管材。(3)现有无损检测技术对掺氢后天然气管道的适用性研究不足,需改进或研发更高精度的无损检测工具以满足掺氢条件下对缺陷检测精度的要求。(4)掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法研究仍处于初级阶段,需要以丰富的试验数据为基础开展耦合考虑氢介质与应力状态的管材微观损伤本构研究,完善掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法。本文可为掺氢天然气管道安全保障相关研究提供参考。 展开更多
关键词 掺氢天然气管道 相容性 非金属材料 缺陷检测 适用性评价
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掺氢天然气分离工艺方案及经济性分析 被引量:1
12
作者 谭遥 李琦 +3 位作者 王捷 刘蔷 黄晨直 班久庆 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期41-47,共7页
目的天然气管道掺氢输送被认为是氢能大规模、低成本、长距离运输的重要途径之一。为了获得高纯度氢气,需要在终端将掺氢天然气进行分离。目前,单一的氢气分离手段难以直接适用于低含量氢的掺氢天然气分离。方法对比了几种常见的氢气分... 目的天然气管道掺氢输送被认为是氢能大规模、低成本、长距离运输的重要途径之一。为了获得高纯度氢气,需要在终端将掺氢天然气进行分离。目前,单一的氢气分离手段难以直接适用于低含量氢的掺氢天然气分离。方法对比了几种常见的氢气分离技术的原理、工艺参数、优缺点等,结合掺氢天然气的特点,选定了“膜分离+变压吸附”耦合工艺路线,并针对掺氢比(摩尔分数,下同)分别为10%、15%、20%的掺氢天然气分离工艺方案进行了经济性分析,获得了各分离方案的成本。结果掺氢比为10%、15%、20%的综合分离成本分别为0.8467元/m^(3)氢气、0.5197元/m^(3)氢气、0.3826元/m^(3)氢气。结论较低含量的掺氢天然气分离成本较高,大规模推广应用仍面临经济性制约和诸多挑战。 展开更多
关键词 掺氢天然气 气分离 经济性分析
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高压掺氢天然气管道泄漏扩散与失效后果的数值模拟研究 被引量:2
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作者 高标 赵若彤 +2 位作者 郐楚婷 胡梦玉 王国付 《辽宁石油化工大学学报》 CAS 2023年第2期60-66,共7页
针对高压管道在失效泄漏后产生的欠膨胀射流问题,利用Birch理论模型用伪源代替实际管道的泄漏孔。在不同掺氢比(HBR)、泄漏孔直径、管道运行压力的条件下,研究了掺氢天然气(HDNG)管道泄漏扩散后果区体积分数分布情况、爆炸危险边界、爆... 针对高压管道在失效泄漏后产生的欠膨胀射流问题,利用Birch理论模型用伪源代替实际管道的泄漏孔。在不同掺氢比(HBR)、泄漏孔直径、管道运行压力的条件下,研究了掺氢天然气(HDNG)管道泄漏扩散后果区体积分数分布情况、爆炸危险边界、爆炸危险范围的变化规律。结果表明,随着HBR的增加,减少了泄漏扩散后HDNG的聚集,爆炸危险范围逐渐减小,远端危险性降低;随着HBR的增加,爆炸危险边界高度降低,近端危险性增大;随着泄漏孔直径与管道运行压力的增加,泄漏扩散后HDNG的影响区域扩大,爆炸危险边界高度上升,爆炸危险范围逐渐增大,远端危险性增大。 展开更多
关键词 掺氢天然气 欠膨胀射流 高压管道泄漏 失效后果
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室内掺氢天然气泄漏分层现象模拟研究 被引量:1
14
作者 李苒苒 刘振翼 李鹏亮 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期129-135,共7页
为探究掺氢天然气在民用住宅厨房内的泄漏扩散规律,利用数值模拟的方法对掺氢比分别为15%,20%,25%,30%的掺氢天然气泄漏扩散过程进行研究,分析厨房空间内水平和竖直方向上掺氢天然气泄漏后其浓度(本文所称浓度为体积分数)分布情况。研... 为探究掺氢天然气在民用住宅厨房内的泄漏扩散规律,利用数值模拟的方法对掺氢比分别为15%,20%,25%,30%的掺氢天然气泄漏扩散过程进行研究,分析厨房空间内水平和竖直方向上掺氢天然气泄漏后其浓度(本文所称浓度为体积分数)分布情况。研究结果表明:在竖直方向上,掺氢天然气浓度与高度呈现正比关系,且在掺氢天然气泄漏0~2700 s,高度为0.5~2.0 m的范围内,其浓度分布差异较大;在水平方向上,除泄漏点正上方临近位置以外,其他区域的浓度分布差异较小;掺氢天然气静置后厨房内出现甲烷和氢气分层现象,甲烷与氢气浓度比值与高度呈现反比关系。研究结果拟为相关实验提供一定的先验条件,同时可为掺氢天然气泄漏爆炸事故的预防及燃气报警器的安装提供一定参考。 展开更多
关键词 掺氢天然气 泄漏扩散 分层
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受限空间掺氢天然气泄漏与燃爆特性研究综述 被引量:1
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作者 马青峰 韩辉 +4 位作者 李玉星 孔莹莹 刘翠伟 常曦文 王赛磊 《油气与新能源》 2023年第1期117-128,共12页
将氢气掺入现有的城市燃气管道系统,能够实现氢气的较大规模输送,但同时也带来了更严峻的安全挑战。掺氢天然气在管道输送过程中如果发生连续泄漏,在城市燃气管廊和终端用户等受限空间容易形成危险气体积聚,氢气的高泄漏速率和扩散性、... 将氢气掺入现有的城市燃气管道系统,能够实现氢气的较大规模输送,但同时也带来了更严峻的安全挑战。掺氢天然气在管道输送过程中如果发生连续泄漏,在城市燃气管廊和终端用户等受限空间容易形成危险气体积聚,氢气的高泄漏速率和扩散性、纯氢和掺氢天然气较大的燃爆浓度范围可能导致掺氢天然气在受限空间内的安全风险更大,伤害后果更严重。为此,围绕掺氢天然气在受限空间内的安全问题,综述了其在受限空间的泄漏积聚、燃烧爆炸特性和安全评价方面的研究进展,指出了目前面临的问题与挑战。建议未来应加强对掺氢天然气在特定应用场景下的泄漏扩散特性研究,深入研究掺氢天然气管道和临氢设备燃烧爆炸事故的特性和演化规律;安全评价方面可采用数据驱动、机理仿真的方法形成有效的掺氢天然气泄漏爆炸评价方法。 展开更多
关键词 掺氢天然气 管道输送 泄漏积聚 燃烧爆炸 安全评价
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受限空间掺氢天然气燃爆特性的实验研究
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作者 韩辉 李玉星 +3 位作者 朱建鲁 刘翠伟 王武昌 胡其会 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第8期48-52,共5页
为了评估受限空间内掺氢天然气燃爆事故后果,开展了受限空间掺氢天然气燃爆特性研究,并通过设计长径比为43.8的矩形测试管道及测试系统,研究了掺氢比、燃烧当量比对掺氢天然气燃爆特性的影响。结果表明:随着掺氢比增加,火焰燃烧剧烈程... 为了评估受限空间内掺氢天然气燃爆事故后果,开展了受限空间掺氢天然气燃爆特性研究,并通过设计长径比为43.8的矩形测试管道及测试系统,研究了掺氢比、燃烧当量比对掺氢天然气燃爆特性的影响。结果表明:随着掺氢比增加,火焰燃烧剧烈程度增加,火焰传播速度增大,尤其当掺氢比高于20%,管道内呈现剧烈的大尺度湍流火焰;掺氢比增加,管内超压增大,当掺入30%氢气时,最大爆炸超压增大48.6%,掺入50%氢气时,最大爆炸超压增大76.7%;不同掺氢比下,管内火焰速度沿传播方向呈现震荡升高的趋势;相比不掺入氢气,掺入20%、30%、50%氢气后,火焰传播平均速度分别增加67.83%、92.38%、165.81%。研究结果可为掺氢天然气事故定量评价以及管廊等受限空间的安全设计提供参考。 展开更多
关键词 掺氢天然气 燃爆 火焰传播 超压
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超声波流量计对掺氢天然气管路结构的适应性研究
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作者 冀守虎 孙晨 +6 位作者 安永伟 闫双杰 贾冠伟 许未晴 刘伟 李明昕 蔡茂林 《力学与实践》 北大核心 2023年第2期333-344,共12页
氢气作为全球脱碳目标的重要载体,输送量是限制其大规模应用的主要瓶颈。掺氢天然气是实现大流量输送氢气的一种重要途径。氢气的掺入导致流速畸变,降低超声波流量计的性能。以掺入氢气的甲烷为主要工质,对8种类型掺混管路内部的气体流... 氢气作为全球脱碳目标的重要载体,输送量是限制其大规模应用的主要瓶颈。掺氢天然气是实现大流量输送氢气的一种重要途径。氢气的掺入导致流速畸变,降低超声波流量计的性能。以掺入氢气的甲烷为主要工质,对8种类型掺混管路内部的气体流动状态进行模拟仿真研究,分析流场内气体速度和氢气浓度的分布状态;并对超声波流量计的适应性进行分析,确定其推荐安装位置。在超声流量计的适应性分析中,三匝螺旋管时仅需15D;对于单螺旋结合变径管的适应性影响更大,最小需要96D。通过比较,掺混管路C为最佳模型,掺混均匀时的氢气摩尔分数约为3.9%。可为超声波流量计在掺氢天然气准确计量方面提供参考。 展开更多
关键词 掺氢天然气 超声流量计 管路结构 适应性
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掺氢天然气在管廊中的泄漏与报警器响应
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作者 段鹏飞 常曦文 +2 位作者 李璐伶 刘建辉 李玉星 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期84-88,共5页
针对掺氢天然气管道进入市政综合管廊后的报警器适应性问题,利用CFD软件模拟不同掺氢比下天然气管道在管廊内发生小孔泄漏后的扩散过程,得到可燃气体体积分数的时空分布。结果表明:对于圆形泄漏孔,可以取孔口系数0.85来计算泄漏流量;管... 针对掺氢天然气管道进入市政综合管廊后的报警器适应性问题,利用CFD软件模拟不同掺氢比下天然气管道在管廊内发生小孔泄漏后的扩散过程,得到可燃气体体积分数的时空分布。结果表明:对于圆形泄漏孔,可以取孔口系数0.85来计算泄漏流量;管道发生泄漏后,可燃气体在极短的时间内扩散到管廊顶端,决定泄漏后扩散距离的是空间的湍流和耗散程度,而不是射流过程;对比天然气泄漏以及掺氢比20%的掺氢天然气泄漏,考察从泄漏开始到可燃气体探头检测到爆炸下限的20%(体积分数)所需的时间,掺氢比20%的工况比不掺氢的工况最多长7 s,但若想要2种掺氢比下检测到爆炸下限的20%的时间相同,则建议掺氢比20%的情况下,甲烷探测器每8 m布置1个。研究结果可以为掺氢天然气的应用提供安全管控策略的参考。 展开更多
关键词 掺氢天然气 管道输送 综合管廊 泄漏扩散
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负气门重叠对掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性的影响研究
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作者 李岳林 杨得志 +1 位作者 张子涵 张五龙 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2023年第10期1648-1656,共9页
为提高掺氢天然气均质压燃(HCCI)发动机性能,降低NOx排放,运用GT-power和Chemkin软件搭建发动机仿真模型,在不同负气门重叠(NVO)方案下,对发动机缸内燃烧以及NOx的排放进行了仿真分析。结果表明:NVO策略可以降低掺氢天然气HCCI发动机缸... 为提高掺氢天然气均质压燃(HCCI)发动机性能,降低NOx排放,运用GT-power和Chemkin软件搭建发动机仿真模型,在不同负气门重叠(NVO)方案下,对发动机缸内燃烧以及NOx的排放进行了仿真分析。结果表明:NVO策略可以降低掺氢天然气HCCI发动机缸内温度和压力峰值,改善自燃着火特性,缓解噪声和爆震。3种方案中,单独改变进气门开启(IVO)时刻的NVO策略对发动机动力损失影响最小,同时改变IVO和EVC时刻的对称NVO策略,能最大程度的实现废气缸内稀释作用与加热效果,使缸内燃烧放热速率的缓和作用以及压力升高率的降低效果最优化,最大限度的降低NOx排放。 展开更多
关键词 负气门重叠 掺氢天然气 均质压燃 燃烧 排放
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掺氢天然气喷射火燃烧特性实验研究
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作者 孔莹莹 胡若炜 +4 位作者 王赛磊 韩辉 段鹏飞 韩金珂 李玉星 《天然气与石油》 2023年第6期1-7,共7页
能源结构转型初期,天然气管道掺氢是一种有效的输氢方式,然而掺氢会提高气体活跃性,在管道泄漏的情况下增加火灾风险。在压力200~800 Pa和掺氢比0~50%条件下开展了掺氢天然气水平喷射火实验研究,以预测和评估其潜在的火灾风险。实验结... 能源结构转型初期,天然气管道掺氢是一种有效的输氢方式,然而掺氢会提高气体活跃性,在管道泄漏的情况下增加火灾风险。在压力200~800 Pa和掺氢比0~50%条件下开展了掺氢天然气水平喷射火实验研究,以预测和评估其潜在的火灾风险。实验结果表明:掺氢后火焰温度升高,最大温差为113℃;在高压下当掺氢比>10%时,火焰温度分布发生明显变化;火焰的推举距离随压力增加而增大,随掺氢比增加而减小;当高压下掺氢比<10%时,掺氢对火焰尺寸影响较小,当掺氢比增加到50%时,火焰长度的最大降幅为13.7%。此外,提出了掺氢天然气火焰长度无量纲预测模型。研究结果可为掺氢天然气管道事故后果及火灾风险评估提供必要的数据支持和理论基础。 展开更多
关键词 掺氢天然气 喷射火 火焰尺寸 火焰温度 推举距离
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