[发明专利]一种掺氢天然气管道流动规律研究及腐蚀模拟试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种掺氢天然气管道流动规律研究及腐蚀模拟试验装置及方法，属于石油与天然气工程技术领域，可以真实还原掺氢天然气管道单相或气液两相流流动状态，并模拟山地管道起伏变化，有效研究掺氢天然气管道流动规律，掌握管材在含氢气环境下的力学性能变化和腐蚀规律，可以为实际掺氢天然气管道的安全运行和工艺设施的设计及操作提供指导。

技术领域

本发明涉及一种基于试验环道的多功能掺氢天然气管道流动规律研究及腐蚀模拟试验装置及方法，属于石油与天然气工程技术领域。

背景技术

目前，我国提出了碳中和的目标，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和；氢能具有来源广泛、能量转化率高、清洁无污染、可储存可再生等优点，是实现能源可持续供给和循环的重要能源载体。但现有氢气管网、储运设施建设滞后，市场发展受约束；因此利用已有成熟的天然气管道设施，向管道中掺入氢气具有重要意义。

然而天然气管道掺入氢气后会改变原有输送介质的水力、热力流动性质，同时会对管道材料产生氢脆、氢鼓泡、脱碳及氢腐蚀等风险。

为了合理的研究掺氢天然气管道流动规律，掌握管材在含氢气环境下的力学性能变化和腐蚀规律，就需要还原掺氢天然气管道流动工况，并对温度、压力等工况进行准确的控制；然而对于掺氢天然气管道流动规律的研究主要都是在反应釜内进行的，不能真实还原管道流动状态，与实际流动工况差距较远；对于含氢气环境中的材料力学性能测试则通常是对材料采用电化学预充氢或将材料在含氢气环境中放置一段时间后再在空气中开展力学试验；类似的试验结果无法真实的表征材料在环境气体中氢气对其的劣化作用和载荷作用耦合下的实时力学性能，测得的数据并不能真实反映材料在真实服役环境中的性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种掺氢天然气管道流动规律研究及腐蚀模拟试验装置及方法，可以真实还原掺氢天然气管道单相或气液两相流流动状态，并模拟山地管道起伏变化，有效研究掺氢天然气管道流动规律，掌握管材在含氢气环境下的力学性能变化和腐蚀规律；为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种掺氢天然气管道流动规律研究及腐蚀模拟试验装置及方法，包括气体储存调配系统(A)、增压控温系统(B)、液相注入系统(C)、测试系统(D)、分离系统(E)和放空系统(F)；

所述气体储存调配系统(A)用于将天然气、氢气按照试验所需比例混合，所得试验气体依次通过增压控温系统(B)、和测试系统(D)进行气体循环；所述增压控温系统(B)用于使试验气体达到试验所需的压力和温度工况；所述液相注入系统(C)的出口设置于增压控温系统(B)的出口处，用于按照试验所需向试验气体注入缓蚀剂和水；所述测试系统(D)对试验气体流动、腐蚀状态进行在线监测；所述分离系统(E)的入口设置于测试系统(D)的出口处，分离系统(E)的出口分两路，气相继续回到试验环道，液相出口与液相注入系统(C)的污水罐(20)相连接；所述放空系统(F)用于在超压等紧急状态下进行紧急放空和试验完成后尾气的处理。

气体储存调配系统(A)包括天然气储罐(1)、天然气源(2)、氢气储罐(3)、氢气源(4)、氮气储罐(5)、电动阀(6)、压缩机(7)、压力表(8)、气体流量计(9)和混合器(10)。

控温增压系统(B)包括压缩机(12)和水浴夹套(13)；用于使试验气体达到试验所需的压力和温度工况；所述压缩机(12)对气体储存调配系统(A)输出的试验气体进行增压；所述水浴夹套(13)通过对保温层和外层进行包裹形成夹套式水浴，实现对试验气体的加热和冷却。

液相注入系统(C)包括水罐(15)、缓蚀剂储罐(16)、水泵(17)、缓蚀剂雾化注入装置(18)和污水罐(20)。