[发明专利]一种促进掺氢天然气管道内天然气与氢气混合的蚌式管道结构

说明书

本发明提供了一种促进掺氢天然气管道内天然气与氢气混合的蚌式管道结构，属于天然气管道的混氢输送领域。天然气掺混氢气后，由于两种气体在物性上存在较大差异，在输气管道内混合气会出现分层现象。本发明提供了一种用于促进天然气输送管道内天然气与氢气混合，抑制混合气分层现象的蚌式鼓包结构及其设计参数的设置方法，使鼓包外壁面形状接近流线型。鼓包结构的存在会导致来流出现绕流情况，依据雷诺数的不同，来流在尾流区可形成涡列、流动状态转变为湍流，从而促进天然气与氢气的混合；本发明克服了传统气体混合器件结构复杂、管内压降过高、能量耗散大等缺点，具有结构制造简单且高效抑制混合气分层现象的优势。

技术领域

本发明是一种促进掺氢天然气管道内天然气与氢气混合的蚌式管道结构，涉及到天然气管道的混氢输送领域。

背景技术

随着能源行业的不断发展，国内外天然气输送管网体系已经非常成熟。目前，我国天然气在2019年度对外依存度达到了43.4％，其燃烧排放的二氧化碳也对全球气候产生巨大威胁。加之为应对我国经济高质量发展、建设生态文明国家要求，我们迫切需要进行能源结构转型。近年来，我国吉林省、四川省将目光转向氢能产业规划上；国外也开始聚焦氢气输配领域，例如英国已开始测试向天然气网络中掺氢供气。氢能作为一种高效、清洁的能源，相比于传统化石能源，存在广阔的发展前景。一方面，氢气燃烧热值高，可替代部分天然气提供热能和电能，以缓解天然气供应压力大、对外依存度高等问题；另一方面，氢气燃烧只产生水蒸气，可以有效减少温室气体的排放。目前，就如何实现氢气的大范围运输和规模化利用，一个重要的研究方向就是在天然气中掺混氢气输送。通过对现有的天然气输送管网进行改造，不需要新建专门的输氢管道，可以降低成本，减少因氢脆等问题引起的管材消耗，实现高效输送，对促进氢能发展与普及具有重要意义。

天然气(主要成分为甲烷)若与氢气在管道内混合输送，由于两者物性存在较大差异，会导致管道内天然气与氢气分层，影响流动状态，不利于完成后续输送、计量等工作。对于如何有效、安全地实现混氢输送，就需要一种能够事先在容器内将天然气与氢气混合、抑制分层现象的装置，再通过整流器、流量计等管道元件完成混合气输送。

经过检索，有一种氢气混合装置(公开号：CN206723836U)可以实现天然气掺氢输送。该混合装置内放置氢气分离膜组件(一般为中空纤维膜组件)，氢气通过中空纤维内腔向外扩散，中空纤维之间的空隙中输入天然气，即可以平稳地将天然气与氢气混合。但该装置除氢气入口与天然气入口通道外，还有一个混合气输送通道及氢气出口通道，结构较为复杂，不利于在管网工程中大规模利用。此外，传统的混合设备一般选用静态混合器，它是一种固定在管道内、没有运动部件的混合单元体。流体在管内流动冲击混合元件，增加流体层流运动的速度梯度或形成湍流，流体的运动遵循着“分割-移位-重叠”的规律，不同流体之间可良好分散和充分混合，是一种高效的流体混合设备。但该装置特性导致管内流体运动十分复杂，断面上压降梯度非常大，还会产生剧烈的涡流，较大切应力的存在也导致部分能量耗散。现提出一种促进掺氢天然气管道内天然气与氢气混合的蚌式管道结构，本发明通过对管体结构进行创新，相较于前面两种混合装置结构更加简单，在混合管道内不用放置混合所需的元件，也无需设置多个进气与出气通道。该装置进一步简化了混合装置的制造、使用流程，管内压降更小，可在尾流区促进天然气与氢气混合，减少分层现象。

发明内容