【摘要】

將氫氣摻入現役天然氣管道中混輸是實現氫氣大規模、長距離、低成本儲運的有效方法，然而隨著氫氣的摻入，在氫氣-天然氣密度差的作用下摻氫天然氣會呈現體積分數非均勻分布，造成管道局部氫分壓和體積分數升高，進而導致管材失效引起泄漏。為降低摻氫天然氣管道的安全風險，采用計算流體動力學方法，建立摻氫天然氣混合模型，模擬儲氣瓶靜置、管道停輸和管道流動工況的氫氣體積分數變化，研究摻氫天然氣體積分數分布規律。結果表明:摻氫天然氣在儲氣瓶存儲和管道停輸等靜置過程中，氫氣逐漸上浮到頂部，甲烷下沉到底部，出現明顯的分層現象，且隨著壓力、摻氫比增大，溫度和管徑減小，管道重力方向的氫氣體積分數梯度增大;摻氫天然氣管道以非常小的流速運行時，氫氣隨著流動逐漸向管道頂部偏移，出現分層現象，且在低溫、高壓下更易分層;摻氫天然氣管道適宜低壓高速運行。

• (1)摻氫天然氣存儲在儲氣瓶中時,隨著靜置氫氣體積分數在重力方向出現分層現象。

• (2)摻氫天然氣管道停輸后,隨著靜置氫氣逐漸上浮到頂部,甲烷下沉到管道底部,出現明顯的分層現象,當靜置時間達到某一值后,氫氣-甲烷體積分數分布趨于穩定,但仍然存在體積分數梯度;且隨著壓力和摻氫比增大,溫度和管徑減小,重力方向氫氣體積分數梯度越大。

• (3)摻氫天然氣管道以非常小的流速運行時, 氫氣隨著流動逐漸向管道頂部偏移,管道重力方向也會出現分層現象,但相比于停輸管道,氫氣體積分數梯度特別小;且在低溫、高壓工況下運行時,更易出現氣體體積分數分層。

• (4)摻氫天然氣管道適宜低壓高速運行,此時安全風險較小。

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