本發(fā)明屬于天然氣摻氫,具體涉及一種摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測裝置及方法。
背景技術(shù):
1、隨著全球能源需求的增長和氣候變化壓力的加劇,清潔、可持續(xù)的能源成為各國的重要任務(wù)。氫能作為一種、清潔的能源,徹底燃燒后只生成水且?guī)缀醪划a(chǎn)生溫室氣體,然而,氫能的推廣仍面臨基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)和安全性等挑戰(zhàn)??赏ㄟ^在天然氣中引入氫氣,提供一種替代方案,能夠在不大幅增加現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的情況下前提下實現(xiàn)低碳化。
2、由于氫氣和天然氣的密度有顯著差異,可能導(dǎo)致氫氣和天然氣產(chǎn)生分層現(xiàn)象,使得管道頂部充滿了高濃度的氫氣,而天然氣則主要分布在管道底部,這種管道分層的狀況可能會導(dǎo)致管道內(nèi)局部區(qū)域氫氣濃度過高而產(chǎn)生氫脆風險,進而對摻氫天然氣管道造成安全危害,因此成為研究重點。
3、目前有研究表明在流動的摻氫天然氣管道內(nèi),氫氣與天然氣并不會發(fā)生分層現(xiàn)象,但沒有能夠探究摻氫天然氣在不同傾斜角度的靜置管道內(nèi)分層現(xiàn)象的實驗,因此,設(shè)計一種能夠探究摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測裝置及檢測方法,能系統(tǒng)地分析和驗證摻氫天然氣在不同傾斜角度的靜置管道內(nèi)是否存在分層行為,且能探討傾斜角度、氫氣摻混比例與壓力等因素對分層現(xiàn)象的影響,進而為摻氫天然氣的儲存和運輸提供科學依據(jù)。研究結(jié)果不僅能為摻氫天然氣的工業(yè)應(yīng)用提供理論支持,還能為未來氫能的大規(guī)模推廣奠定基礎(chǔ),這一研究對推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳中和目標具有重要的現(xiàn)實意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足,本發(fā)明提供了一種摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測裝置及方法,解決了現(xiàn)有檢測裝置無法系統(tǒng)地分析和驗證摻氫天然氣在不同傾斜角度的靜置管道內(nèi)是否存在分層行為,且不能同時探討氫氣摻混比例與壓力等因素對分層現(xiàn)象影響的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
3、提供一種摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測裝置,包括控制系統(tǒng)及與控制系統(tǒng)連接的裝置本體,裝置本體包括機架、設(shè)置于機架上的立管及與立管連接的角度調(diào)節(jié)機構(gòu),角度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括絞盤機,絞盤機輸出端設(shè)置有第一齒輪,第一齒輪上設(shè)置有鋼絞線,鋼絞線另一端連接有第二齒輪,第二齒輪與立管連接,立管兩端連接有檢測組件;
4、立管一端設(shè)置有進氣口,進氣口與進氣管連接,進氣管包括氮氣進氣管、標氣進氣管、真空管及第一放空管。
5、采用上述技術(shù)方案的有益效果為:裝置本體中的立管作為承載不同摻氫比例天然氣的主要結(jié)構(gòu),通過角度調(diào)節(jié)機構(gòu)可以實現(xiàn)立管0~90°的旋轉(zhuǎn),滿足了不同旋轉(zhuǎn)角度的實驗需求,可更好地模擬摻氫天然氣管道在不同管道傾斜角度下的實際情況,且角度調(diào)節(jié)機構(gòu)利用齒輪傳動的方法實現(xiàn)立管的旋轉(zhuǎn)和角度調(diào)節(jié),傳動效率高、穩(wěn)定性好,另外,絞盤機具有自鎖功能,確保了立管在實驗過程中的穩(wěn)定性,能使立管長時間維持設(shè)定角度狀態(tài),而不會因外力發(fā)生偏移;而監(jiān)測組件可以實時采集及記錄實驗過程中的壓力及氫氣濃度數(shù)據(jù),有效提高了檢測效率及檢測準確性,進而提高了實驗結(jié)果的準確性和可靠性。
6、另外,立管的一端與進氣管連接,且進氣管包括氮氣進氣管、標氣進氣管、真空管和第一放空管,氮氣進氣管用于和氮氣瓶連接,將氮氣引入裝置中,標氣進氣管用于和標氣瓶連接,以引入標氣(具有一定摻氫比的天然氣),第一放空管用于排放多余氣體或廢氣,確保裝置的穩(wěn)定性和安全性;真空管與真空泵連接,用于裝置內(nèi)部的抽真空處理,確保氣體的純度和裝置內(nèi)部的清潔;且在實驗過程中,可通過置換不同摻氫比的摻氫天然氣及調(diào)節(jié)壓力,能探究氫氣摻混比例與壓力等因素對分層現(xiàn)象的影響。
7、通過控制系統(tǒng)能實現(xiàn)整個實驗裝置的精確控制及自動化操作,確保實驗過程的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的準確性,通過控制系統(tǒng)能調(diào)節(jié)壓力及角度,模擬不同傾斜角度的摻氫天然氣管道,利于系統(tǒng)地分析和驗證摻氫天然氣在靜置狀態(tài)下的分層行為,且能探討氫氣摻混比例與壓力等因素對分層現(xiàn)象的影響,為摻氫天然氣的儲存和運輸提供科學依據(jù)。
8、進一步地,檢測裝置包括第一分析儀及第二分析儀,第一分析儀設(shè)置于立管一端,第二分析儀設(shè)置于立管另一端;第一分析儀上設(shè)置有第二放空管及第一連接軟管;第二分析儀上設(shè)置有第三放空管及第二連接軟管;
9、第一連接軟管及第二連接軟管均與立管連接,立管與第一連接軟管及第二連接軟管連接處均設(shè)置有分析儀減壓閥。
10、采用上述技術(shù)方案的有益效果為:第一分析儀及第二分析儀設(shè)置于立管的兩端,立管內(nèi)的摻氫天然氣會流經(jīng)分析儀,當立管處于不同傾斜角度時,可通過第一分析儀及第二分析儀實時監(jiān)測立管兩端的氫氣濃度數(shù)據(jù),以實現(xiàn)對摻氫天然氣在多角度摻氫管道內(nèi)的靜置狀態(tài)下的分層行為的探究。
11、進一步地,第一分析儀及第二分析儀均內(nèi)置有流量計。
12、進一步地,進氣管上設(shè)置有進口閥及設(shè)備總閥,氮氣進氣管上設(shè)置有氮氣減壓閥及氮氣進口閥,標氣進氣管上設(shè)置有標氣減壓閥、標氣進口閥及表后閥,真空管上設(shè)置有真空閥,第一放空管上設(shè)置有第一放空閥。
13、進一步地,機架包括支撐基板、設(shè)置于支撐基板上的第一支撐架及第二支撐架,第一支撐架與第二支撐架之間螺紋連接有連接桿,連接桿與立管連接,連接桿上設(shè)置有第二齒輪。
14、采用上述技術(shù)方案的有益效果為:支撐基板作為整個機架的基礎(chǔ),提供了穩(wěn)定的支撐平臺,確保了整個裝置在實驗過程中的穩(wěn)定性,而第一支撐架、第二支撐架及連接桿用于固定及支撐立管,且連接桿與立管之間采用焊接連接,當絞盤機輸出端的第一齒輪轉(zhuǎn)動時,可在鋼絞線的作用下帶動第二齒輪轉(zhuǎn)動,進而帶動連接桿轉(zhuǎn)動,連接桿轉(zhuǎn)動可帶動立管旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)對立管旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)整。
15、進一步地,立管兩端設(shè)置有壓力表,其中部設(shè)置有分度儀。
16、采用上述技術(shù)方案的有益效果為:在立管兩端設(shè)置0~6mpa的壓力表,可實時監(jiān)測立管內(nèi)部壓力,分度儀可精確測量并顯示立管的傾斜角度,確保了每次實驗時立管傾斜角度的準確性,利于系統(tǒng)地分析和驗證不同摻氫比例的摻氫天然氣在靜置管道內(nèi)是否存在分層行為,為摻氫天然氣的實際應(yīng)用提供重要的科學依據(jù)。
17、一種摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測方法,包括以下步驟:
18、s1:設(shè)備檢查
19、檢查摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測裝置是否處于正常工作狀態(tài),包括角度調(diào)節(jié)機構(gòu)是否能夠靈活調(diào)節(jié)傾斜角度,檢測組件是否正常工作,管路及裝置連接處是否良好密封且處于正常工作狀態(tài);并確保第一放空管、第二放空管及第三放空管與室外大氣連接;
20、s2:氮氣置換其他氣體
21、將氮氣進氣管與氮氣瓶連接,關(guān)閉真空閥、第一放空閥及標氣進口閥,打開設(shè)備總閥、表后閥、進口閥及分析儀調(diào)壓閥,再依次打開氮氣減壓閥及氮氣進口閥輸入氮氣,待壓力表示數(shù)穩(wěn)定后,打開第一放空閥,待壓力表示數(shù)歸零后,關(guān)閉第一放空閥,反復(fù)操作充放氮氣步驟5~10次,完成氮氣與其他氣體的置換;
22、s3:抽真空
23、將真空管與真空泵連接,打開進口閥、表后閥及真空閥,關(guān)閉其他管道閥門,當達到預(yù)設(shè)真空壓力時關(guān)閉真空閥,切斷真空泵電源,完成對立管及進氣管的管內(nèi)抽真空;
24、s4:通入標氣
25、打開分析儀預(yù)熱,預(yù)熱完成后,將標氣進氣管與標氣瓶連接,打開標氣減壓閥及標氣進口閥,達到預(yù)設(shè)壓力后關(guān)閉進口閥及標氣進口閥,再打開第一放空閥,排出進氣管內(nèi)標氣后,關(guān)閉第一放空閥,打開氮氣進口閥,充入一定壓力的氮氣,再關(guān)閉氮氣進口閥,打開第一放空閥,重復(fù)操作充放氮氣步驟5~10次;
26、s5:調(diào)節(jié)立管角度及數(shù)據(jù)記錄
27、斷開進氣管與立管的連接,通過手搖絞盤機調(diào)整立管設(shè)置角度,待調(diào)整至所需角度后,將立管靜止3~10分鐘,調(diào)節(jié)流量計,實時監(jiān)測和記錄第一分析儀及第二分析儀顯示的氫氣濃度數(shù)據(jù);
28、s6:置換不同摻氫比例或不同壓力的標氣
29、連接進氣管與立管,打開氮氣進口閥,待充入一定壓力的氮氣之后關(guān)閉氮氣進口閥,打開第一放空閥,重復(fù)操作充放氮氣步驟5~10次,待壓力表示數(shù)歸零后打開進口閥及第一放空閥,再重復(fù)步驟s2~s5;
30、s7:實驗結(jié)束后處理
31、連接進氣管與立管,打開氮氣進口閥,充入一定壓力的氮氣之后,關(guān)閉氮氣進口閥,打開第一放空閥,利用氮氣排出進氣管內(nèi)空氣;再打開進口閥及氮氣進口閥,待充入一定壓力的氮氣之后關(guān)閉氮氣進口閥,打開第一放空閥,重復(fù)操作充放氮氣步驟5~10次,排出裝置內(nèi)殘余標氣,關(guān)閉第一放空閥,打開進口閥再依次關(guān)閉分析儀,結(jié)束實驗。
32、采用上述技術(shù)方法的有益效果為:s1中的設(shè)備檢查能確保角度調(diào)節(jié)機構(gòu)靈活地在不同傾斜角度(如0°、45°、90°)之間調(diào)節(jié),且能避免漏氣及維持閥門、壓力表及分析儀等的正常工作;s2中經(jīng)氮氣減壓閥減壓后的壓力為1.0~1.2mpa,通過將裝置內(nèi)的其他氣體置換為氮氣,確保實驗的準確性和安全性;s3中的抽真空可進一步清潔裝置管道內(nèi)氣體,去除管道內(nèi)殘留氣體,進一步提高實驗準確性;s4中通入標氣,可向裝置內(nèi)部通入具有特定摻氫比的天然氣,利于模擬不同摻氫比例和不同傾斜角度的情況,探討氫氣摻混比例與壓力等因素對分層現(xiàn)象的影響,進而為摻氫天然氣的儲存和運輸提供科學依據(jù);s5中,當通入特定摻氫比的天然氣后,通過角度調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)立管的傾斜角度,并實時觀察及記錄氣體氫氣濃度數(shù)據(jù),實現(xiàn)對不同傾斜角度的摻氫天然氣管道內(nèi)摻氫天然氣中氫氣分布及含量的監(jiān)測,利于系統(tǒng)地分析不同摻氫比和不同傾斜角度時,管內(nèi)氫氣濃度的分布規(guī)律;s6中,通過重復(fù)操作s2-s5可實現(xiàn)不同摻氫比的摻氫天然氣在多角度的摻氫管道內(nèi)的靜置分層現(xiàn)象的探究,另外,還可通過調(diào)節(jié)標氣減壓閥降低標氣的輸入壓力,以探究不同壓力對靜置分層現(xiàn)象的影響;s7中,通過排空管道內(nèi)殘余氣體及關(guān)閉閥門、分析儀等,以確保裝置的安全和為下次實驗準備。
33、綜上,本發(fā)明提供的摻氫天然氣管道多角度摻混分布檢測裝置及方法,其有益效果為:
34、(1)本發(fā)明中的檢測裝置具有多路進氣和放空控制功能,允許多種氣體同時引入,并配備了放空管,確保了系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性,提高了實驗操作的靈活性和便利性,且通過真空管,可確保在引入新氣體前的系統(tǒng)清潔和氣體純度,利于減少實驗誤差和保障實驗安全。
35、(2)本發(fā)明中的角度調(diào)節(jié)機構(gòu)可通過自鎖絞盤機和分度儀的配合,實現(xiàn)立管0~90°的旋轉(zhuǎn),滿足立管不同傾斜角度下的實驗需求,利于系統(tǒng)地分析和驗證摻氫天然氣在靜置狀態(tài)下是否存在分層行為。
36、(3)本發(fā)明中的檢測方法通過在不同摻氫比和傾斜角度下進行實驗,并系統(tǒng)地記錄和分析氣體的氫氣濃度分布規(guī)律,利于探討氫氣摻混比例與壓力等因素對分層現(xiàn)象的影響,為摻氫天然氣的儲存和運輸提供科學依據(jù)。