[发明专利]一种掺氢天然气管道泄漏点火燃烧试验装置

说明书

本发明涉及一种掺氢天然气管道泄漏点火燃烧试验装置，包括供气系统、气体控制系统、混合气罐、放空系统、点火系统、测试系统和PLC系统，通过在供气系统下游分成三个支路，可分别用于模拟包括单一或混合燃料喷射火（即单路）以及双路喷射火源在内的多个不同喷射火灾害真实场景，并进一步通过在下游中路天然气/氢气混合气体管道上设置不同材质的测试管段，实现对天然气掺氢后与现役天然气管道材料相容性及其泄漏流动与诱发喷射火燃烧特性和热灾害的整体性研究，同时能克服现有技术的缺陷。目前该试验装置的研制在国内尚属空白，加快此项技术推广应用意义重大。

技术领域

本发明是一种掺氢天然气管道泄漏点火燃烧试验装置，属于氢能源管道输送安全技术领域。

背景技术

氢能因清洁无污染、燃烧热值高、来源广泛等优点，已成为当前最具吸引力和发展前景的新能源。在“碳达峰、碳中和”大背景下，氢能产业已成为我国能源战略布局的重要组成部分。

由于氢气体积能量密度极低、且极易燃爆，导致火灾、爆炸事故，因此氢气运输一直是氢能产业发展薄弱环节，发展安全、高效的氢气运输技术已成为限制氢能规模化应用的主要瓶颈。近年来，欧美等发达国家提出将氢气以一定比例掺入天然气中，然后利用现有在役天然气管道进行输送的方案，其优势主要体现在以下两个方面：首先，往天然气中掺入氢气，可改变天然气燃烧特性，并能显著降低污染物排放；其次，避免了高成本的纯氢管道建设，是一种低成本且高效的氢气运输方式。就目前情况来看，天然气管道掺氢作为氢能输送新途径，引起世界各主要国家和地区的广泛关注，这对于拥有世界上最庞大天然气管道运输网络系统的中国来说，更是如此。但掺氢天然气在管输过程中难免会受到管道腐蚀、设备老化、第三方破坏等影响，易发生泄漏引发火灾爆炸等安全事故，导致严重人员伤亡和财产损失，因此迫切需要加强对掺氢天然气安全性的研究。

目前，针对掺氢天然气管道泄漏后诱发主要灾害类型——喷射火的研究还相当匮乏。国外少数学者如Lowesmith等利用户外试验场对大尺度掺氢天然气管道泄漏所致喷射火进行初步测试，得到特定掺氢比例下混合燃料喷射火基本燃烧数据（如火焰长度，热辐射通量等）。但国内关于此方面研究几乎没有，已有研究主要集中在掺氢天然气的运输分离（如中国专利CN112628602A）及其燃烧利用性能（如应用在天然气发动机和家用燃具上，即中国专利CN101333961B和CN214374561U）等方面。中国专利CN109682924A还公开了一种高压燃气管道泄漏点燃形成喷射火试验装置，但由于该装置只能用于模拟单一气体燃料喷射火，故在此装置基础上无法开展天然气掺氢混合燃料喷射火实验。此外，关于天然气掺氢后与管道材料的相容性问题，一直以来尚未得到足够的关注，相关研究更是鲜有报道。

发明内容

本发明提出的是一种掺氢天然气管道泄漏点火燃烧试验装置，其目的在于针对国外大尺度掺氢天然气管道泄漏喷射火试验装置存在耗时耗力、可重复性和精确性差等缺点，以及国内现有试验装置对天然气掺氢后与管道材料相容性及安全性考虑不足或只能研究单一气体燃料形成的喷射火的问题，提供一种掺氢天然气管道泄漏点火燃烧试验装置，用于研究不同工况下（如掺氢比、气体流速和压力以及泄漏出口尺寸和形状等）掺氢天然气与现役天然气管道材料相容性及其发生泄漏所致喷射火燃烧特性及规律，并有效评估此类喷射火热灾害风险。