一种混氢天然气管道潜在影响半径计算方法技术

本发明专利技术公开了一种混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，包括以下步骤：步骤一：收集影响半径计算的关键参数，包括管道设计压力P、管道内径D及组分组成相关参数；步骤二：进行组分组成相关参数的计算，包括混合气体摩尔质量、混合气体声速、混合气体比热比、混合气体燃烧热、混合气体辐射系数的计算；步骤三：进行混合气体管道潜在影响半径计算。本发明专利技术提出了基于设计压力、管道内径和浓度修正系数的混氢天然气管道潜在影响半径简化计算方法，较为清晰地确定了不同氢气含量的天然气管道潜在影响半径，相比现有的技术规范要求，在相同压力、相同外径下，混氢天然气管道的潜在影响半径大于纯氢管道，体现了本发明专利技术对混氢天然气管道的安全推动与促进作用。推动与促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种混氢天然气管道潜在影响半径计算方法


[0001]本专利技术属于天然气管道结构设计
，特别涉及一种混氢天然气管道潜在影响半径计算方法。

技术介绍

[0002]氢气作为新能源重要发展方向之一，与传统化石燃料相比，其具有热值高、燃烧产物不污染环境、来源广泛、可再生的显著优势，被称为未来的清洁能源，将成为人类未来解决日益严峻的能源和环境问题的一条新途径。目前，在已建天然气管道输送系统中掺入氢气输送是公认的大规模氢能利用的有效途径，不仅可以有效降低新建氢气管道系统投资，亦可充分利用已建天然气管道网络优势，实现资源灵活调配与高效利用。
[0003]对于常规天然气管道，现行规范GB 32167
‑
2015《油气输送管道完整性管理规范》规定了其潜在影响半径的确定方式，通过计算潜在影响半径范围，对高后果区进行有效识别，并制定详细的运营管理措施，保障管道周边人员和财物安全。对于氢气管道，国外规范ASME B31.12《氢气管道和管道》亦对其潜在影响半径的计算方法提出了推荐方法。定量来看，相同管径和设计压力的天然气管道与氢气管道相比，天然气管道的潜在影响半径大约为氢气管道的1.5倍，这体现了天然气与氢气的介质燃烧特性。
[0004]进一步地，对于混氢天然气管道，其潜在影响半径确定方法还处于未公开报道的状态。规范ASME B31.12《氢气管道和管道》适用于氢气含量高于10％的管道，即对于天然气掺混浓度低于90％的氢气管道而言，这本规范理论上都适用。然而，在本规范中，提出的潜在影响半径计算公式仅与管径、设计压力有关，未提及具体组分组成，且其计算结果远小于天然气管道。若按照本规范指引并对含氢量超过10％的天然气管道进行潜在影响半径分析，极有可能对用户在计算不同天然气含量的氢气管道潜在影响半径造成误导，造成实际计算值小于理论值，带来风险隐患。例如，对于氢气含量10％的天然气管道，由于规范未规定组分，在相同压力与设计压力下，其潜在影响半径仅为天然气管道的70％左右，这明显存在较大的误差与争议。
[0005]因此，有必要对混氢天然气管道的潜在影响半径计算方法进行分析，提出混氢天然气管道潜在影响半径修正方法，为混氢天然气输送技术发展提供支撑和参考，助力碳中和产业发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效保障掺氢天然气管道安全运行的混氢天然气管道潜在影响半径计算方法。
[0007]本专利技术的主要技术思路是对于混氢天然气管道，对混合介质的辐射热、密度、摩尔质量、辐射系数、比热比等进行基于组分的修正，提出对应的潜在影响半径修正方法，对现行规范推荐的天然气管道潜在影响半径计算公式实现优化，提高对应混氢天然气管道潜在影响半径的计算精度，为安全运行提供参考与支撑。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：一种混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0009]步骤一：收集影响半径计算的关键参数，包括管道设计压力P、管道内径D及组分组成相关参数；
[0010]步骤二：进行组分组成相关参数的计算，包括混合气体摩尔质量、混合气体声速、混合气体比热比、混合气体燃烧热、混合气体辐射系数的计算；
[0011]步骤三：进行混合气体管道潜在影响半径计算，利用通常规定的死亡半径热辐射阙值作为辐射热影响边界值，计算球形模型的潜在影响半径r，
[0012][0013]式中，r为理论潜在影响半径，单位为m；X
mixture
为混合气体的热辐射系数；Q为管道泄漏平均流量，单位为kg/s；H
mixture
为混合气体的燃烧热。
[0014]本专利技术所述的混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其所述步骤一中收集的组分组成相关参数具体包括：
[0015]氢气体积分数V
H2
、甲烷体积分数V
C1
；
[0016]氢气燃烧热值H
H2
、甲烷燃烧热H
C1
；
[0017]氢气比热比γ
H2
、甲烷比热比γ
C1
；
[0018]氢气摩尔质量M
H2
、甲烷摩尔质量M
C1
；
[0019]氢气辐射系数X
H2
、甲烷辐射系数X
C1
。
[0020]本专利技术所述的混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其所述步骤一中相关参数的具体计算方法为：
[0021]计算混合气体摩尔质量：M
mixture
＝M
H2
V
H2
+M
C1
V
C1
[0022]式中，M
H2
为氢气摩尔质量，单位为g/mol；M
C1
为甲烷摩尔质量，单位为g/mol；V
H2
为氢气摩尔分数；V
C2
为甲烷摩尔分数；
[0023]计算混合气体的燃烧热：
[0024]式中，H
H2
为氢气燃烧热值，单位为kJ/kg；H
C1
位甲烷燃烧热值，单位为kJ/kg；ρ
H2
为标况下氢气密度，单位位kg/m3；ρ
C1
为标况下甲烷密度，单位为kg/m3；
[0025]计算混合气体的比热比：γ
mixture
＝γ
H2
V
H2
+γ
C1
V
C1
[0026]式中，γ
H2
为运行工况下氢气比热比；γ
C1
为运行工况下甲烷比热比；
[0027]计算混合气体的热辐射系数：X
mixture
＝X
H2
V
H2
+X
C1
V
C1
[0028]式中，X
H2
为氢气辐射系数；X
C1
为甲烷辐射系数；
[0029]计算混合气体声速，用于对混合气体声速提供输入：
[0030]C
mixture
＝(1000γ
mixture
RT/M
mixture
)
0.5
[0031]式中，R为理想气体长输，单位为J/kg
·
mol/K；T为气体温度，单位为K。
[0032]本专利技术所述的混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其所述步骤三中相关参数的具体计算方法为：
[0033]管道完全断裂后，断裂点的实际泄放流量为两侧管道泄放流量之和；对于高压气
相管道，泄放流量随压力降低而逐步减小，考虑泄放过程的平均泄放流量作为当量泄放值，故管道泄漏平均流量的计算公式为：
[0034][0035]式中，Q为管道泄漏平均流量，单位为kg/s；D为管道内径，单位为mm；P为管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：收集影响半径计算的关键参数，包括管道设计压力P、管道内径D及组分组成相关参数；步骤二：进行组分组成相关参数的计算，包括混合气体摩尔质量、混合气体声速、混合气体比热比、混合气体燃烧热、混合气体辐射系数的计算；步骤三：进行混合气体管道潜在影响半径计算，利用通常规定的死亡半径热辐射阙值作为辐射热影响边界值，计算球形模型的潜在影响半径r，式中，r为理论潜在影响半径，单位为m；X
mixture
为混合气体的热辐射系数；Q为管道泄漏平均流量，单位为kg/s；H
mixture
为混合气体的燃烧热。2.根据权利要求1所述的混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其特征在于：所述步骤一中收集的组分组成相关参数具体包括：氢气体积分数V
H2
、甲烷体积分数V
C1
；氢气燃烧热值H
H2
、甲烷燃烧热H
C1
；氢气比热比γ
H2
、甲烷比热比γ
C1
；氢气摩尔质量M
H2
、甲烷摩尔质量M
C1
；氢气辐射系数X
H2
、甲烷辐射系数X
C1
。3.根据权利要求2所述的混氢天然气管道潜在影响半径计算方法，其特征在于：所述步骤一中相关参数的具体计算方法为：计算混合气体摩尔质量：M
mixture
＝M
H2
V
H2
+M
C1
V
C1
式中，M
H2
为氢气摩尔质量，单位为g/mol；M
C1
为甲烷摩尔质量，单位为g/mol；V
H2
为氢气摩尔分数；V
C2
为甲烷摩尔分数；计算混合气体的燃烧热：式中，H
H2
为氢气燃烧热值，单位为kJ/kg；H
C1
位甲烷燃烧热值，单位为kJ/kg；ρ
H2
为标况下氢气密度，单位位kg/m3；ρ
C1
为标况下甲烷密度，单位为kg/m3；计算混合气体的比热比：γ
mixture
＝γ
H2
V
H2
+γ
C1
V
C1
式中，γ
H2
为运行工况下氢气比热比；γ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，范云鹏，汤晓勇，陈情来，陈宇，梁俊奕，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：