一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法

1.本发明属于管道运输技术领域，尤其涉及一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法。


背景技术：

2.氢能是一种清洁低碳的能源，是目前全球能源技术革命和产业变革的重要手段。目前，为降低氢气的运输成本，通常将氢气通过现有天然气管道以纯氢或掺氢天然气形式进行输送。金属管材的氢脆是限制氢气管道发展的重要因素：在氢环境中，氢分子将吸附于金属管材表面，以原子形式渗入管材内部，降低其力学性能，威胁管道运行安全。因此，纯氢或掺氢天然气管道的氢脆防护对于纯氢或掺氢天然气管道的安全运行具有重要意义。
3.现有研究中，公开了一种其通过向输氢管线或混氢输送管线中加入一氧化碳气体以预防管道氢脆的方法，该方法能够在不降总压、高氢分压下有效抑制管线钢发生氢致失效，规避氢致脆性爆裂引发的灾难性事故。还公开了一种基于绿氢掺氧预防掺氢天然气管道氢脆的系统及方法，该方法按体积比例0.05％～0.5％将氧气掺入氢气中，得到掺氧氢气，再将掺氧氢气掺入天然气中，得到掺氢天然气，其利用特定量氧气对氢气在管材中氢脆有抑制作用的机理，通过掺氧抑制天然气管道氢脆现象。
4.发明人发现：现有的纯氢或掺氢天然气管道氢脆防护技术均需要向管道中掺混一定量的附加气体，这会导致输送的纯氢或掺氢天然气的纯度下降，不利于纯氢/掺氢天然气的后续销售与加工。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，本发明借助一氧化碳等保护性气体对氢气在管线钢表面的竞争吸附特性，通过向纯氢/掺氢天然气管道中预充保护性气体的方式，最大化实现对纯氢/掺氢天然气管道钢氢脆的防护。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.本发明提供了一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，包括：
8.确定待运输气体的压力和掺氢比；
9.以待运输气体的压力和掺氢比为依据，进行预设压力下保护性气体的预充，持续第一预设时长后预充停止；
10.预完成止后，管道对待运输的气体进行运输，持续预设第二时间后运输停止；
11.依据第一预设时长和第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输。
12.进一步的，待运输气体为纯氢时，确定纯氢的压力。
13.进一步的，待运输气体为掺氢天然气时，确定掺氢天然气的压力和掺氢比。
14.进一步的，气体运输过程中，将管道吸附氢浓度增长至临界吸附氢浓度的时间作
为第二预设时长。
15.进一步的，向管道充入临界压力和临界掺氢比的气体，计算此时管道的表面吸附氢浓度作为临界吸附氢浓度。
16.进一步的，在不同压力和不同掺氢比的气体环境中，测量管道的断面收缩率，计算氢脆指数，确定使管道试样氢脆指数为预设值的临界压力和临界掺氢比。
17.进一步的，制作管道试样，在高压原位拉伸机的高压釜中充入不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气；
18.在不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气环境中，对管道试样进行拉伸实验，测量管道试样的断面收缩率，计算氢脆指数，确定使管道试样氢脆指数为35％的临界纯氢压力或临界掺氢天然气压力及掺氢比。
19.进一步的，在带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中充入预设压力的保护性气体，管道试样在保护性气体中静置预充时间为第一预设时长。
20.进一步的，保护性气体为一氧化碳。
21.进一步的，保护性气体为一氧化碳氧气。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.1、本发明在以待运输气体的压力和掺氢比为依据，确定进行预设压力下保护性气体的预充的基础上；依据预充保护性气体的第一预设时长和运输气体的第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输，达到抑制管道氢脆的目的，降低了管道因氢脆而失效的概率，避免了向气体中直接加入附加保护性气体的问题，保证了运输气体的纯度；
24.2、本发明利用氢分子在预先吸附保护性气体的管线钢表面吸附量下降的特性，通过向管道中交替输送氢脆保护性气体与纯氢或掺氢天然气，抑制纯氢或掺氢天然气管道氢脆，降低了纯氢或掺氢天然气管道因氢脆而失效的概率；
25.3、本发明在管道中交替输送氢脆保护性气体与纯氢或掺氢天然气，避免了向纯氢或掺氢天然气中掺混杂质气体，保证了纯氢或掺氢天然气的纯度；
26.4、本发明中交替输送的保护性气体可循环使用，降低了该方法的工业成本；
27.5、本发明中通过计算有效氢脆保护时间，可以合理安排纯氢或掺氢天然气和保护性气体的交替输送时间，可以最大程度减少氢脆发生并最大化保护性气体的保护效果。
附图说明
28.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
29.图1为本发明实施例1的流程图。
具体实施方式
30.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
31.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.实施例1：
33.如背景技术中记载的，管道运输气体过程中，现采用的纯氢或掺氢天然气管道氢脆防护方式，均需要向管道中掺混一定量的附加保护性气体，导致了输送气体纯度下降，不利于运输后对气体的销售与加工等；针对上述问题，本实施例提供了一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，包括：
34.确定待运输气体的压力和掺氢比；以待运输气体的压力和掺氢比为依据，进行预设压力下保护性气体的预充，持续第一预设时长后预充停止；预完成止后，管道对待运输的气体进行运输，持续预设第二时间后运输停止；依据第一预设时长和第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输。本实施例依据预充保护性气体的第一预设时长和运输气体的第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输，达到抑制管道氢脆的目的，避免了向气体中直接加入附加保护性气体的问题，保证了运输气体的纯度。本实施例中具有管道氢脆防护作用的气体运输方法的主要步骤为：
35.s1、在高压原位拉伸机的高压釜中充入不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气；
36.s2、在不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气环境中对管道试样进行拉伸实验，测量试样的断面收缩率，计算氢脆指数，确定使管道试样氢脆指数为35％的纯氢压力或掺氢天然气压力及掺氢比；管道试样为管线钢管试样，可以采用x52钢；计算氢脆指数可以通过常规方式实现，在此不再详述；
37.s3、在带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中，充入使管道试样氢脆指数为35％的纯氢或掺氢天然气；计算此时管道试样的临界吸附氢浓度；
38.s4、在带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中充入2mpa的一氧化碳，使管道试样在2mpa的一氧化碳中静置一天；
39.s5、排空2mpa一氧化碳，向带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中充入4mpa纯氢气。测量管道试样在4mpa纯氢环境中的吸附氢浓度随时间的变化，当管道试样在4mpa纯氢环境中的吸附氢浓度增长至临界吸附氢浓度时的时间，即该条件下的有效保护时间；
40.s6、向x52钢纯氢或掺氢天然气管道中输送2mpa一氧化碳，输送时间为一天；
41.s7、向x52钢纯氢或掺氢天然气管道中输送4mpa纯氢，输送时间与实验得到的有效保护时间相等；
42.s8、重新向x52钢纯氢/掺氢天然气管道中输送2mpa一氧化碳，输送时间为一天，输送完成后，输送4mpa纯氢，输送时间与实验得到的有效保护时间相等；后续流程重复步骤s6和步骤s7。
43.在一些实施例中，提供了一种基于气相氢渗透参数测量管线钢在纯氢或掺氢天然气环境中不发生氢脆的临界吸附氢浓度计算的实验方法，包括：
44.在高压原位拉伸机的高压釜中充入不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气；
45.在不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气环境中对某一管线钢l的试样进行拉伸实验，测量试样的断面收缩率，计算氢脆指数，确定使管线钢l氢脆指数刚好为35％的临界纯氢压力或临界掺氢天然气压力及掺氢比；
46.在带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中，充入使管线钢l的临界纯氢压力或临
界掺氢天然气压力及掺氢比。计算此时管线钢l试样的表面吸附氢浓度，该吸附氢浓度即为该管线钢l在纯氢/掺氢天然气环境中不发生氢脆的临界吸附氢浓度s。
47.在一些实施例中，提供了一种测量预充保护气对管线钢在纯氢/掺氢天然气环境中有效氢脆防护时间的实验方法，包括：
48.在带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中充入某一压力为p的保护性气体g，如一氧化碳、氧气等，使管线钢l试样在压力为p的保护性气体g中静置预充时间t；预充时间t可以为预设的第一时长；
49.排空压力为p的保护性气体g，向带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中充入某一压力的纯氢或某一压力某一掺氢比的掺氢天然气，该环境记为w。测量管线钢l试样在环境w中的吸附氢浓度随时间的变化，使管线钢l试样在环境w中的吸附氢浓度增长至临界吸附氢浓度s的时间即为预充t时间的压力为p的保护性气体g对管线钢l试样在环境w中有效氢脆保护时间v，有效氢脆保护时间v可以为预设的第二时长。
50.在一些实施例中，提供了一种基于上述实验方法的保护气对纯氢/掺氢天然气管道有效保护时间的计算方法，包括：
51.在以管线钢l为材质的纯氢/掺氢天然气管道中，预充输送t时间的压力为p的保护性气体g后，管线钢l在工作环境w中的不发生氢脆的安全运行时间为v。
52.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

技术特征：
1.一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，包括：确定待运输气体的压力和掺氢比；以待运输气体的压力和掺氢比为依据，进行预设压力下保护性气体的预充，持续第一预设时长后预充停止；预完成止后，管道对待运输的气体进行运输，持续预设第二时间后运输停止；依据第一预设时长和第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输。2.如权利要求1所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，待运输气体为纯氢时，确定纯氢的压力。3.如权利要求1所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，待运输气体为掺氢天然气时，确定掺氢天然气的压力和掺氢比。4.如权利要求1所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，气体运输过程中，将管道吸附氢浓度增长至临界吸附氢浓度的时间作为第二预设时长。5.如权利要求4所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，向管道充入临界压力和临界掺氢比的气体，计算此时管道的表面吸附氢浓度作为临界吸附氢浓度。6.如权利要求5所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，在不同压力和不同掺氢比的气体环境中，测量管道的断面收缩率，计算氢脆指数，确定使管道试样氢脆指数为预设值的临界压力和临界掺氢比。7.如权利要求6所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，制作管道试样，在高压原位拉伸机的高压釜中充入不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气；在不同压力的纯氢或不同压力不同掺氢比的掺氢天然气环境中，对管道试样进行拉伸实验，测量管道试样的断面收缩率，计算氢脆指数，确定使管道试样氢脆指数为35％的临界纯氢压力或临界掺氢天然气压力及掺氢比。8.如权利要求7所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，在带有高压气相反应釜的氢渗透电解池中充入预设压力的保护性气体，管道试样在保护性气体中静置预充时间为第一预设时长。9.如权利要求1所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，保护性气体为一氧化碳。10.如权利要求1所述的一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，其特征在于，保护性气体为氧气。

技术总结
本发明属于管道运输技术领域，提供了一种具有管道氢脆防护作用的气体运输方法，包括：确定待运输气体的压力和掺氢比；以待运输气体的压力和掺氢比为依据，进行预设压力下保护性气体的预充，持续第一预设时长后预充停止；预完成止后，管道对待运输的气体进行运输，持续预设第二时间后运输停止；依据第一预设时长和第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输；依据预充保护性气体的第一预设时长和运输气体的第二预设时长，管道交替进行保护性气体的预充和待运输气体的运输，达到抑制管道氢脆的目的，降低了管道因氢脆而失效的概率，避免了向气体中直接加入附加保护性气体的问题，保证了运输气体的纯度。保证了运输气体的纯度。保证了运输气体的纯度。


技术研发人员：刘翠伟 张睿 王财林 李玉星 朱建鲁 宋雨霖 欧维立 宁元星 朱梦泽 徐修赛
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/7/11