[发明专利]一种掺氢天然气管道分层实验装置及分层实验方法

说明书

本发明公开了属于天然气掺氢设备范围的一种掺氢天然气管道分层实验装置及分层实验方法。所述掺氢天然气管道分层实验装置包括氢气掺混段、静置实验段、拐角实验段、流动实验段、预留实验段和混合气体输送管段组成；其中，氢气掺混段包括结构完全一样的天然气管路和氢气管路以及静态掺混器；在各实验段管路上安装有调节阀、压力表及流量计，可以方便调节氢气和天然气管路的流量，实现在不同的掺氢比例下对氢气和天然气进行掺混，满足实验所需的不同掺氢比例需求。本发明可进行静置和流动状态下掺氢天然气分层实验，方便改变管道压力、掺氢比例、停输时间等参数，有利于揭示复杂管道起伏和复杂管道参数工况下掺氢天然气分层机理。

技术领域

本发明属于天然气掺氢设备范围，特别涉及一种掺氢天然气管道分层实验装置及分层实验方法。

背景技术

氢能输运是氢能产业链的重要一环，将一定比例的氢气加入天然气中形成掺氢天然气，然后利用天然气管道进行输送，被认为是一种安全、经济、高效的输氢方式。由于氢气与天然气的密度相差较大，当管道不可避免的发生停输或管道内气体流速较小时，由于掺氢天然气停止流动或流场扰动较微弱，在氢气和天然气大密度差的影响下，管道内的氢气与天然气会发生分层，管道顶部为高浓度氢气，天然气聚积在管道底部。掺氢天然气管道分层会造成局部氢浓度过高，严重影响掺氢天然气的燃烧稳定性和终端用户的用气安全。

因此，揭示掺氢天然气管道在低速流动及停输工况下分层的内在机理具有重要意义。目前针对掺氢天然气管道分层现象的实验研究极少，仅有针对立管内掺氢天然气静置分层的简单实验。工程实际中掺氢天然气管道本身的组成件和管系起伏情况复杂多变，既有水平管、倾斜管、立管，又有不同角度的弯头、阀门等连接件，且管输压力、掺氢比例、停输时间等参数也复杂多变，均会对掺氢天然气管道分层产生显著影响。但目前尚未有能够同时实现复杂掺氢天然气管线在静置和流动两种工况下分层机理研究的实验装置。

由此，发明人凭借多年从事天然气和氢气管道输送行业的经验与实践，提出一种掺氢天然气管道分层实验装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺氢天然气管道分层实验装置及分层实验方法，其特征在于，所述掺氢天然气管道分层实验装置包括氢气掺混段A、静置实验段B、拐角实验段C、流动实验段D、预留实验段E和混合气体输送管段F组成；其中，氢气掺混段A包括天然气管路1、氢气管路2、静态掺混器3；天然气管路1和氢气管路2结构完全一样，其任意一条管路由双球阀5、1#球阀20、调压阀21、1#带表球阀25、2#球阀26和静态掺混器3串联组成；其中，静态掺混器3上安装压差计27；在天然气管路1的双球阀5、1#球阀20之间依次安装1#氮气吹扫口12、1#压力表15、流量计18；所述静态掺混器3的输出分别与预留实验段E上3#球阀4、4#球阀6串联；与5#球阀7、2#带表球阀9及6#球阀10串联；所述6#球阀10两端与水平管段G中7#球阀11与8#球阀13、45°上倾管段H中9#球阀14与10#球阀16、垂直管段K中11#球阀17与12#球阀19并联，构成静置实验段B；所述静置实验段B、拐角实验段C、流动实验段D和混合气输送管段F串联；所述混合气输送管段F的13#球阀24与预留实验段E的4#球阀6连接；在混合气输送管段F管路上安装放空阀23和2#压力表22，即构成了整体的掺氢天然气管道分层实验装置。

所述天然气和氢气在氢气掺混段A内按给定比例均匀掺混形成掺氢天然气，掺氢天然气通过5#球阀7、2#带表球阀9及6#球阀10进入静置实验段B，在静置实验段B内通过水平管段G、45°上倾管段H、垂直管段K进行静置实验；然后进入拐角实验段C、流动实验段D进行实验，完成掺氢天然气管道分层实验；进一步，实验后的混合气体进入混合气输送管段F，通过放空阀23进行放空或者经过13#球阀24进入下游处理和利用，从而完成掺氢天然气管道在停输及流动工况下的分层实验。

所述预留实验段E用于满足实验后期可能涉及到的实验改进需求。