掺氢天然气分离工艺方案及经济性分析

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0.846 7 元/m³氢气、0.519 7 元/m³氢气、0.382 6 元/m³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。      

压气站循环温升工况模拟及分析

天然气长输管道压气站通常采用离心式压缩机进行增压。由于增压后天然气温度较高,为防止进入管道的天然气温度过高,影响管道输气效率及防腐层使用寿命,通常需要设置空冷器以降低管道内工艺气输送温度。但在一些特殊工况下,增压后的天然气部分或全部未得到及时冷却,且在站内反复循环增压,以至天然气温度持续上升。通过ASPEN HYSYS软件进行模拟,以离心式压缩机启机工况作为典型循环温升工况进行分析,提出若在出站压力较高的情况下启动压缩机,应尽快将转速提升至出站压力对应转速,使系统进入正常输送状态,避免回流温升效应,从而保护压气站管道系统,保证压气站的安全运行。     

天然气管道掺氢输送研究现状与分析

天然气管道掺氢输送是实现大规模、远距离和低成本氢气运输的手段之一,但氢气掺入天然气管道给管线运行工况、安全维护等带来了不容忽视的影响,具有一定的安全隐患。为此,围绕国内外天然气管道掺氢输送的技术研究与工程应用现状,讨论了影响天然气管道掺氢安全输送的主要因素,即掺氢引起的天然气物性改变、氢致失效和掺混不均,以及掺氢管道泄漏扩散和燃爆的安全问题。结果表明,天然气掺氢后,对现有管材提出了新要求,需开展相关实验以揭示氢致失效机理,掺氢天然气管道停输后是否发生气体分层与管道是否发生氢致失效密切相关。掺氢天然气管道泄漏扩散及自燃的安全范围、发生燃爆所需的最小掺氢比及燃爆机理尚不明晰,实验研究与实际运营存在差距。针对天然气管道掺氢输送的规范、标准及相关监管政策仍处于发展阶段,需要结合系统的研究数据及实践进一步完善。以上结果明晰了掺氢输送存在的风险,可为大规模掺氢混输的工程推广与实际运营提供参考。     

掺氢天然气管道输送研究进展

可再生能源发电制氢被认为是解决弃电消纳问题的一条有效途径,将氢气以一定的比例掺入天然气中,利用现有的天然气管道或管网进行输送,有可能是当前实现大规模氢气输送的最佳方式。为此,围绕掺氢天然气管道输送中的若干关键问题,通过文献调研的方式回顾和分析了近年来国内外掺氢天然气管道输送的主要研究进展。研究结果表明:(1)天然气管道允许的掺氢比上限仍不明晰,需重点揭示掺氢天然气对典型管材氢脆和氢腐蚀的影响,建立典型管材关键力学性能数据库和相容性评价体系;(2)要探究掺氢天然气的泄漏、积聚、燃烧和爆炸等安全事故特征和演化规律的变化,需明确掺氢对安全事故产生的新影响,发展缺陷在线智能监测和应急修复技术;(3)目前掺氢天然气管输风险评估和可靠性评价方法研究不足,需要开展考虑掺氢影响的天然气管输完整性评价和智能管理;(4)进一步完善掺氢天然气管输配套设备、输送工艺、掺氢及氢分离工艺等,并尽快制订掺氢天然气管输技术标准和安全运行技术体系。结论认为,该研究成果可以为掺氢天然气管道输送关键技术的研究和推广应用提供有益的参考。     

天然气管道内涂层工艺计算

简介了天然气管道输气量、压降以及水力摩阻系数计算公式，综述了部分国家在手册与文献中提出的管子内表面绝对粗糙度数值；分别从输量、输送距离、管径和压缩机功率这4个方面对有、无内涂层的天然气管道进行了比较计算。结果显示：涂敷了内涂层的管道输量将增加24%；压缩机站站间距离平均增长32.87%；管径也将减小；同时输气消耗功率降低15%～20%。因此，天然气管道涂敷内涂层将会改善和提高流动特性、减少增压站数量、延长清管周期、延长管道使用寿命、降低输送动力消耗和泵输成本，从而取得良好的经济效益。     

天然气管道掺氢对天然气分析计量的影响

天然气管道掺氢输送是现阶段实现氢气长距离输送、规模化使用的有效手段之一，也是天然气工业向“碳中和”目标迈进的重要途径。氢气与天然气中其他常量组分物性差异较大，天然气管道掺氢将影响天然气的物性参数分析计量标准和设备适用性。为此，以3种典型天然气为例，系统分析了天然气物性参数随掺氢浓度的变化趋势，并讨论了天然气管道掺氢对天然气分析计量和相关设备的影响。研究结果表明：(1)当掺氢浓度达40%时，不同天然气的高位发热量、相对密度、沃泊指数、黏度、体积能量密度（10 MPa、20℃）分别下降约27%、35%、10%、20%和40%，压缩因子、声速（10 MPa、20℃）分别上升18%和34%左右；(2)现行天然气产品标准规定的指标限制了天然气掺氢浓度的范围，现有天然气分析计量标准、设备适用的氢气浓度较低，不利于掺氢天然气的准确分析和计量。(3)建议综合各参数确定技术经济性合理的掺氢浓度，修订《天然气：GB 17820—2018》和《进入天然气长输管道的气体质量要求：GB/T 37124—2018》，并开展实验及优化研究拓展分析计量方法、标准和设备的适用范围，合理选用天然气物性参数计算标准。结论认...     

掺氢天然气喷射火燃烧特性实验研究

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。     

输氢管道采用X80管线钢的设计建议

高强度管线钢常被用于长距离、大输量天然气管道输送,然而目前的输氢管道采用低强度管线钢,以避免氢脆的产生。为了探究大直径X80管线钢输送加压氢气的能力,对X80管线钢试样进行了拉伸、韧性、裂纹扩展和圆片破裂试验。根据试验结果,分析了输氢管道压力对试样缺陷临界尺寸的影响,从而对X80输氢管道的设计提出了建议。研究表明,在一定输送能量下,氢的运输成本可能比天然气高出数倍。此外,尽管低强度钢的氢脆敏感性更低,但使用高强度钢建造输氢管道比使用低强度钢可带来10%～40%的成本效益。     

中东地区某国天然气管网去瓶颈分析

中东国家天然气管网具有气源多、运行压力低、管径大、输量高,以及覆盖面广的特点,水力系统分析面临多用户、多边界条件,气体流向复杂,难以准确查找管网瓶颈点的难题。对管网进行基本工况分析,认为提高气源压力、改变管网气流流向有助于减少瓶颈;对管网进行瓶颈工况分析,发现分输用户采用流量和最低需求压力设定模式能准确地查找管网瓶颈。与压缩机采用出口压力控制相比,压缩机采用控制流量模式有助于控制管网中天然气输量和流向,快速平衡管网气量和压力。去瓶颈工况分析表明,采用新建管道、修建原有管道副管以及增设压气站方法对提高管网输量效果明显,推荐首站增大输压作为管网去瓶颈首选方案。     

天然气长输管道压缩机故障原因分析及对策

目前,随着我国天然气市场的快速发展,压缩机越来越多地应用到天然气长输管道中,并不断朝高速、高压力及大流量方向发展。根据天然气长输管道压缩机组故障停机记录,统计离心式和往复式压缩机的故障停机次数、停机时间及停机部位,总结停机故障原因。分析了导致离心式和往复式压缩机故障停机的常见机械故障原因、电气控制系统故障原因,以及外界和环境影响因素,并制定相应的预防措施。提出了保障压缩机组安全稳定运行的建议,为离心式和往复式压缩机组故障处理和安全管理提供参考。     

川气东送压缩机干气密封增压加热橇设计

离心式压缩机在调试、投产初期或放空后重新启动时,必须依托外部气源建立干气密封所需要的工作压差。通过在压缩机进出口之间设置增压加热橇,将压缩机出口的天然气进行增压加热后,引入干气密封进口,可满足干气密封的工作条件。为确保增压加热橇安全高效运行,设计一套完善的监控系统监测过滤器压差、增压泵排气压力、电加热器入口流量和出口温度,对其进行联锁保护是非常必要的。文章以川气东送管道利川压气站为例,介绍了增压加热橇的组成、工艺流程和监控系统设计情况。     

复杂城市管网多气源混输模型的构建及工程应用

为研究复杂城市燃气管网多气源混输的影响,在传统燃气管网水力仿真模型的基础上补充气体组分追踪方程,构建燃气管网多气源混输仿真数学模型.通过某省规划管网算例,验证所构建模型的准确性.将所构建多气源混输模型应用于A城市高压燃气管网系统,研究多气源混输对管网中气体压力、气源结构及气体组成的影响.结果表明,季节性供气方案调整会导...     

运行参数对某湿气集输管网积液的影响研究

在湿气集输管网运行过程中,积液会降低管输效率,加剧管道腐蚀,引起管网节点压力升高。针对某气田集输系统建立管网积液模型,通过单因素控制变量法,研究管网输气量、气体质量含液率、集气站出站温度、集气末站进站压力对管网积液量及积液分布的影响效应,通过正交试验设计研究各运行参数对积液的影响程度。研究结果表明,输气量的降低、气体质量含液率的增加、集气站出站温度的降低和集气末站进站压力的上升,均会引起管网积液量和积液管段数量增加。运行参数对积液量的影响从大到小依次为管网输气量、集气末站进站压力、气体质量含液率、集气站出站温度。输气量对积液量的影响最为显著,这将为积液控制提供指导。     

LNG接收站发热量调整方案研究

为实现LNG接收站外输气与山东省天然气管网的燃气互换,提出了采用注入液氮的方式进行发热量调整。通过对比分析,将注氮口设计在高压外输泵出口管线上,该方案与加注氮气方式相比成本更低、功耗更小;然后采用PROII分别模拟计算出3种限制工况下燃气的高位发热量与沃泊指数,确定高压泵出口管道液氮注入比例范围为6.45~7.52tLN2/100tLNG;最后,以接收站年外输量100×104 t为基础,给出了整个发热量调整方案需新增的主要设备及其相关参数。可为LNG接收站发热量调整方案的设计提供借鉴与参考。     

天然气管道输送混氢天然气的可行性

将氢以一定比例掺入天然气作为家用燃料使用,被认为是减少温室气体排放的途径之一,而利用现有发达的天然气管网输送混氢天然气(HCNG)至终端用户则被视为可行的方法 ;但由于氢气与天然气在物理化学性质方面存在着差异,HCNG有可能对燃气终端用户以及管道输送工况造成较大的影响。鉴于我国目前尚未出台HCNG作为燃料及其输送的相关标准,为此采用德尔布指数法、韦弗指数法、高沃泊指数与高热值法分别对天然气在不同混氢比下的燃气互换性和燃烧特性进行了评估分析,同时基于HYSYS软件和相似原理建立管道模型,分析了氢气的混入对天然气管道和压缩机运行工况的影响。研究结果表明:①随着混合气体中氢气体积分数的增加,燃具的热负荷下降,燃气的火焰传播速度急剧增大,燃具发生回火的风险增大,并以此确定对于天然气管道供应系统来说混氢天然气的最大混氢体积比不应超过27%;②氢气的混入虽然能提高管道的输气能力,但当管网和压缩机联合运行时其平衡工作点对应的压力和流量都将减小,反而会降低管道的输气能力。结论认为,该成果为天然气管道输送混氢天然气的可行性研究提供了基础数据。     

调压站内天然气热值自平衡技术

由于天然气产地及生产工艺的不同,不同气源的天然气其热值、组分及燃烧特性参数存在着较大差异。传统调压方式并不能调配调压站出站天然气的热值和燃烧特性参数,对于进入调压站的热值较高的天然气,出站后的气源难以完全满足管网要求。为此,提出一种新颖的调压站内天然气热值自平衡技术,对于热值较高的天然气,依靠高压天然气降压过程中“与生俱来”的压力能,通过透平膨胀机膨胀降压,同时驱动压气机生产压缩空气掺混于降压后的天然气中,有效降低天然气的热值,使高热值天然气的燃烧特性参数能满足管网要求,以解决进入天然气管网各气源热值不相同带来的难题。详细介绍了实施该技术的设备构成、原理及工作过程,并对相关系统、实施效果等进行了分析。该技术对采用多种气源供气的城市燃气企业具有现实的指导意义。     

苯乙烯装置脱氢尾气处理系统堵塞的原因分析

简要介绍了脱氢尾气处理系统工艺流程及运行过程中出现的问题:压缩机出口分液罐内生成大量聚合物、压缩机出口管线堵塞、压缩机出口冷却器壳程严重堵塞、吸收塔塔底泵电流经常超出额定值。分析了脱氢尾气压缩机出口管线及设备产生聚合物并堵塞的原因和机理。空气冷却器冷却能力不足,压缩机入口温度偏高,脱氢尾气中的苯乙烯含量高,苯乙烯在70℃条件下发生自聚反应是造成尾气处理系统堵塞的根本原因。提出了增加两台空气冷却器和一台深冷器的改造措施,增加空冷器可以将空冷器出口温度降低约10℃,增加深冷器可以降低压缩机入口温度至20℃左右,这将大幅度降低脱氢尾气中苯乙烯含量,降低压缩机出口温度,从源头上解决脱氢尾气处理系统聚合堵塞的问题。     

阿姆河净化天然气外输站燃气轮机驱动离心式压缩机运行分析

中国石油(土库曼斯坦)阿姆河公司净化气外输站是阿姆河右岸合同区年输130×108 m3天然气出口交接场站,站内安装的单台年处理50×108 m3燃气轮机驱动离心式压缩机是站内的核心设备,主要是将上游净化后的天然气增压计量后输送至中亚天然气管线。从该机组设计、运行、故障等方面,总结并分析了燃气轮机驱动离心式压缩机实际运行中的技术性能、特点,提出了合理的运行方案并实施,取得了一定的成效。