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天然气掺氢将爆发?不得不提10年前荷兰埃姆兰岛的一次著名试验!

2020-06-02 10:34
香橙会
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配气管线及附件

在荷兰大规模引入富氢天然气之前,天然气配管道必须能够承受氢的影响。为了研究氢气对气体分配系统完整性的影响,在这个试验项目中对最重要的特性进行了评估。

为了确定富氢天然气与非富氢天然气相比的效果,对气体网格进行了扩展,增加了一个测试区和一个参考区。测试和参考部分都由短长度的不同材料组成,包括接头。参考部分只暴露在天然气中,而测试部分暴露在富氢天然气中。应用的管道材料和接头是典型的荷兰天然气配管道。经过四年的接触,不同的材料和接头进行了测试,以确定管道和接头的质量是否具有可比性。除了对管道和接头进行目视检查外,还进行了机械和化学研究,以确定是否发生了因富氢天然气暴露而引起的退化。

表3. 干线管材的测试结果

表3显示,来自参考和测试段的被检测管道材料的最重要的性能在暴露于富氢天然气4年后没有显示出任何影响(改结果与美国国家实验室结果吻合)。在分配氢气时,需要考虑的一个问题是可能会有大量的氢气通过管壁渗透。为此,进行了渗透试验。总体渗透率较低,预计不会导致任何(安全)问题。值得注意的是,氢/天然气混合物的渗透常数比氢低。目测也没有发现与氢有关的管道材料缺陷。

除了管道材料本身,还要注意接头和其他配件,如橡胶软管、调控器、煤气表。对于接头,通过从参考和测试部分取样来评估暴露和非暴露接头的质量。由于这些附件没有安装在参考部分,所以对软管、调控器、煤气表进行了不同的评估。对于调控器,对初始质量和最终质量进行了测量和比较。将暴露的煤气表和胶管与新的非暴露的煤气表进行了比较(表9)。

表4. 管道配件和其它配件的测试结果 资料来源:IGRC 2011报告

接口暴露富氢天然气没有表现出任何退化。目测检查没有发现氢相关的缺陷或污染。因此,可以得出结论,在4年的测试期间,使用富氢天然气不会损害包括管道和附件在内的管道的完整性。

 炊具及锅炉

煤气质量影响最终用户的煤气用具。然而,分析表明,下游气体质量不会受到不利影响,因为混合了20%氢气的格罗宁根天然气(G25)的Wobbe指数不会超出低热值气体(L-gas)的法定要求,如图6所示。这些低热值气体规范是荷兰烹饪器具和锅炉的设计参数。

图6. 不同气体质量下的Wobbe指数及添加氢气的影响(G25为格罗宁根天然气的参考天然气)

厨具的最重要的安全要求包括二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物的排放、回火和泄漏。表5中所列的炊具也包括在这个试验项目中。表6总结了烹饪器具的测试。

表5. 所安装的炊具种类

表6. 在炊具上的测试

由于天然气中加入了氢气,CO2和CO的排放量减少,例如图7中hob 3的排放量。根据EN30,二氧化碳的最大允许排放量为11.5%。在半负荷和全负荷工况下,CO的最大允许排放量分别为1500ppm和1000ppm。这些数据还表明,气体负荷由于氢气的加入而降低。

图7. 灶炉3排放测试(不同气环的初始和最终情况测试)

由于氢的加入,火焰速度加快。因此,火焰燃烧更接近气体环,如图8所示。这意味着回火的风险增加。然而,使用HCNG的烹饪器具很容易通过了回火测试。

图8. 以HCNG为燃料的气环 

厨具也通过了漏电检测。目视检查包括气环、注射接头、点火器、阀门、连接件和密封件,没有发现与氢有关的缺陷或污染。表7所示的锅炉为在项目实验锅炉。

表7 项目实验中的锅炉

对锅炉进行了CO2、CO、NOx排放、点火、回火、泄漏、火焰稳定性、火焰监控等安全评价。试验结果见表8。

表8 锅炉实验

*偶然发现少量泄漏**不符合制造商规格,但没有发生故障

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