一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法技术

本发明专利技术公开了一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法，属于油气管道技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法


[0001]本专利技术属于油气管道
，涉及一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法
。

技术介绍

[0002]在天然气管道输送行业，氢气由于其不含碳原子
、
燃烧过程中不产生温室气体或有害物质并且有较高的质量能量密度等特点，被认为是替代传统石油天然气燃料，响应国家“双碳”发展目标的清洁能源的代表
。
实现氢气大规模
、
长距离输送的有效手段为通过管道输送，考虑到新建氢气输送管道面临着高昂的成本，当前国内外主要采用将氢气掺入在役天然气输送管线中与天然气进行掺混输送的方法实现氢气的大规模
、
长距离输送
。
由于气体在高压压缩后体积减小的特性，无论是天然气还是掺氢天然气，通常都是在高压下进行运输和储存的
。
由于氢气分子尺寸明显小于甲烷等天然气分子，容易渗透进管道及设备材料诱发氢腐蚀，故采用在役天然气管线输送掺氢天然气时将面临着更大的因管道及设备腐蚀破损而导致的掺氢天然气向空气中泄漏的风险
。
另外，掺氢天然气在运输和储存的过程中还面临着因生产计划调整而向空气进行放空的情况
。
由于泄放的掺氢天然气与空气存在较大压差，在泄放时将产生激波对空气进行加热，加热后的空气在局部将达到几百乃至上千摄氏度的温度
。
[0003]由于氢气具有比甲烷更高的气体声速，使得氢气掺入天然气后将使天然气的气体声速增大，导致掺氢天然气在向空气中泄放时具有更大的激波强度，在同样的泄放条件下掺氢天然气泄放时经激波加热后空气的温度要高于常规天然气
。
因此掺氢天然气在向空气发生泄放的过程中将面临着比常规天然气泄放时更大的发生局部燃烧的可能，同时由于氢气具有相比甲烷约
1/15
的最小点火能，使得掺氢天然气在泄放过程中的局部自燃火焰更易维持扩散，更易引燃泄放点周围其他可燃物质引发爆炸等一系列严重后果
。
在氢气与常规天然气掺混后利用现有天然气输送管线进行输送的大趋势下，寻找一种能经济
、
便捷地对掺氢天然气在向空气泄放的过程中是否发生自燃进行预测及对自燃进行规避的方法，对于提前对掺氢天然气在不同输送及储存条件下在向空气中泄放时发生自燃的可能性进行预测并采取相应措施对泄放过程中的自燃进行规避，减少泄放时发生严重事故的可能性具有重要的现实意义
。
[0004]据调查，在现有的专利中，专利
CN213180555U《
一种掺氢天然气管道用漏气检测装置
》
设计了一种可以对从管道中泄漏的掺氢天然气进行及时检测的检测装置；
CN113090946A《
一种促进掺氢天然气管道天然气与氢气混合的蚌式管道结构
》
设计了一种能促进氢气与天然气在输送管道内混合的蚌式管道结构；
CN110578555A《
一种瓦斯抽采钻孔自燃危险预测方法
》
公开了一种对瓦斯抽采过程中钻孔处发生自燃的危险进行预测的方法
。
但目前尚未有一种能对掺氢天然气在向空气泄放过程中的自燃进行快速低成本预测以及对自燃进行规避的方法，考虑到在“双碳”发展背景下天然气掺氢输送为发展的大趋势，并且掺氢天然气在向空气泄放时发生自燃将比常规天然气更有可能导致一系列严重的后
果，故本专利对于提前对掺氢天然气在不同运输和储存条件下在向空气泄放时发生自燃的可能性进行预测，并采取相应措施对泄放过程中的自燃进行规避，最终减少泄放时发生严重事故的可能性是有必要的
。
[0005]数据采集与监视控制系统
(
简称
SCADA
系统
)
当前在天然气输送行业中应用广泛，可以通过各类仪器仪表对掺氢天然气的组成及管线运行参数进行远程监测及读取，还可以在中央控制室基于监测到的数据使用提前设置的判断逻辑对管线各点工况进行一定的判断，具有数据采集快
、
分析快
、
能掌控全局等优点
。
因此，可使用数据采集与监视控制系统实施本方法，以实现本方法的高效便捷应用
。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决当氢气与天然气进行掺混后利用现有天然气输送管线进行输送时，由于氢气具有比甲烷更大的气体声速而导致的掺氢天然气在泄放时激波强度大于常规天然气，泄放出的掺氢天然气是否会因为更高的激波加热后空气温度而发生自燃以及如何提前规避自燃的问题，而提出一种基于天然气输送管线数据采集与监视控制系统能便捷获得管线各处的天然气运行参数以及能快速进行计算的优点，对掺氢天然气向空气泄放过程中的自燃进行预测和规避的方法
。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]上述的一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，利用数据采集与监视控制系统取得管线各点处掺氢天然气在泄放前的气质组成及其温度
、
压力和密度信息；
[0010]步骤2，根据掺氢天然气的气质组成及泄放前温度
、
压力和密度信息，依次计算掺氢天然气在管线各点处泄放前的分子量
、
比热比和气体局部声速，泄放时的激波马赫数和经激波加热后空气的温度；
[0011]步骤3，根据掺氢天然气各组分燃点与计算出的泄放时经激波加热后空气的温度之间的数量关系，对掺氢天然气在管线各点处泄放时自燃的可能性进行预测；
[0012]步骤4，根据不同预测结果，采取对应的泄放自燃规避措施
。
[0013]步骤1中，利用数据采集与监视控制系统取得管线各点处掺氢天然气在泄放前的气质组成及其温度
、
压力和密度信息，包括掺氢天然气的组成
、
各组成所占摩尔分数及泄放前的温度
、
压力和密度
。
[0014]步骤2中，根据掺氢天然气的气质组成及泄放前温度
、
压力和密度信息，依次计算掺氢天然气在管线各点处泄放前的分子量
、
比热比和气体局部声速，泄放时的激波马赫数和经激波加热后空气的温度，计算步骤及内容如下：
[0015]S21
，根据掺氢天然气各组成气的分子量
m
i
，结合各组分气体所占摩尔分数
y
i
，计算掺氢天然气泄放前的总分子量
M
，其计算式见
(1)
式：
[0016][0017]式中，
M
为掺氢天然气总分子量，
m
为掺氢天然气各组分气体分子量，
y
为掺氢天然气各组分气体所占摩尔分数，下标
i
表示对应不同掺氢天然气组分气体；
[0018]S22
，根据各组分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1，利用数据采集与监视控制系统取得管线各点处掺氢天然气在泄放前的气质组成及其温度
、
压力和密度信息；步骤2，根据掺氢天然气的气质组成及泄放前温度
、
压力和密度信息，依次计算掺氢天然气在管线各点处泄放前的分子量
、
比热比和气体局部声速，泄放时的激波马赫数和经激波加热后空气的温度；步骤3，根据掺氢天然气各组分燃点与计算出的泄放时经激波加热后空气的温度之间的数量关系，对掺氢天然气在管线各点处泄放时自燃的可能性进行预测；步骤4，根据不同预测结果，采取对应的泄放自燃规避措施
。2.
如权利要求1所述的一种掺氢天然气向空气泄放过程中自燃的预测及规避方法，其特征是，所述步骤2中根据掺氢天然气的气质组成及泄放前温度
、
压力和密度信息，依次计算掺氢天然气在管线各点处泄放前的分子量
、
比热比和气体局部声速，泄放时的激波马赫数和经激波加热后空气的温度方法包括如下内容：
S21
，根据掺氢天然气各组成气的分子量
m
i
，结合各组分气体所占摩尔分数
y
i
，计算掺氢天然气泄放前的总分子量
M
，其计算式见
(1)
式：式中，
M
为掺氢天然气总分子量，
m
为掺氢天然气各组分气体分子量，
y
为掺氢天然气各组分气体所占摩尔分数，下标
i
表示对应不同掺氢天然气组分气体；
S22
，根据各组分气体所占摩尔分数
y
i
及掺氢天然气泄放前温度
T1，计算掺氢天然气泄放前的比热比，其计算式见
(2)
至
(6)
式：式：式：式：式：式中，为掺氢天然气理想状态定压比热容，
T1为掺氢天然气泄放前温度，
A、B、D、E、F
为
计算系数，
C
v
为掺氢天然气泄放前定容比热容，
R
为气体常数，取定值，
ρ
为掺氢天然气泄放前密度，
P1为掺氢天然气泄放前压力，
C
P
为掺氢天然气泄放前定压比热容，
γ1为掺氢天然气泄放前比热比，
y
i
和
M
同上；
S23
，根据计算出的掺氢天然气泄放前的总分子量
M
和比热比
γ1，结合气体常数
R
和掺氢天然气泄放前温度
T1，计算泄放前掺氢天然气局部声速
a1，其计算式见
(7)
式：式中，
a1为泄放前掺氢天然气局部声速，
γ1、R、T1、M
同上；
S24
，根据计算出的掺氢天然气泄放前的比热比
γ1和局部声速
a1，结合空气压力
P2、
空气声速
a2和空气比热比
γ2，计算掺氢天然气泄放时的激波马赫数
M
a

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立伟，黄坤，张栀，陈坤，周兴宇，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：