一种天然气掺氢混合效果测试装置及方法

本发明属于天然气掺氢，尤其是涉及一种天然气掺氢混合效果测试装置及方法。

背景技术：

1、波动性和间歇性是目前可再生能源面临的主要问题，低碳高效的氢能则可以作为可再生能源储能载体，利用可再生能源发电制氢，是解决弃电消纳问题的有效措施。并且，氢能在气候变化、能源安全和经济发展方面都具有非常重要的战略意义，有望促进能源-环境-经济体系的双赢局面。目前都在注重氢能的利用问题，但其进一步发展面临着储运成本过高、基础设施不足等问题。在现有的氢气运输方式中，借助现有的天然气管网是目前成本最低的方法。

2、目前进行了大量管材、管道附属设备以及用户端燃气灶具等的适用性研究，也进行了许多天然气掺氢装置和静态混合器的研究。虽然已有较多不同类型的掺氢装置或静态混合器，但它们的混合效果，如：截面均匀度、掺氢比例精度和稳定性等却缺乏相关的简单、高效的检测装置和方法。中国专利202211206239.5燃气管道天然气掺氢浓度的测量方法以及设备虽然给出了一种精度较高的掺氢比例检测方法，但是不能检测截面上的均匀度，也不能满足检测的快速、高效、精准的市场需求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种天然气掺氢混合效果测试装置及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、在一方面本发明提供了一种天然气掺氢混合效果测试装置，包括：

4、带掺氢天然气入口和掺氢天然气出口的测试主管路；

5、以及截面均匀度检测机构，其包括接入所述测试管路中的气流管道、以及伸入所述气流管道中并对经过的掺氢天然气进行取样的取样支管，所述取样支管设有若干根，所有取样支管在气流管道中的取样点位于垂直于气流方向的同一截面上，且不同取样支管的取样点距离所述截面的圆心的间距至少不完全相同。

6、进一步的，所述取样支管包括圆心取样支管、第一圆环取样支管，第二圆环取样支管和第三圆环取样支管，所述取样支管另一端连接球阀，所述球阀包括圆心球阀、第一圆环球阀、第二圆环球阀和第三圆环球阀，分别设置在圆心取样支管、第一圆环取样支管，第二圆环取样支管和第三圆环取样支管上，所述圆心取样支管在气流管道中的取样点位于所述截面的圆心，可以根据气流管道内的气流状态选择使用全部或部分取样支管，以图2为例，所述取样支管截面呈“]”型，包括上下两个部分和中间垂直于气流管道部分，所述上部分连接球阀，所述下部分左侧端点为取样点，所述取样点和掺氢天然气入口处位于垂直部分的同一侧。

7、进一步的，所述第一圆环取样支管在气流管道中的取样点距离所述截面圆心的距离与气流管道的内圈半径的比例为

8、进一步的，所述第二圆环取样支管在气流管道中的取样点距离所述截面圆心的距离与气流管道的内圈半径的比例为

9、进一步的，所述第三圆环取样支管在气流管道中的取样点距离所述截面圆心的距离与气流管道的内圈半径的比例为

10、进一步的，所述第一圆环取样支管、第二圆环取样支管和第三圆环取样支管数量相等，数量为1-3个，优选的，数量为2个，取样支管过多会影响气流原始流态。所述第一圆环取样支管、第二圆环取样支管和第三圆环取样支管在气流管道中取样点在所述气流管道截面上顺次间隔分布，所述第一圆环取样支管、第二圆环取样支管和第三圆环取样支管的取样点在气流管道截面上的位置关系，是以一定方向按照一个第一圆环取样支管，一个第二圆环取样支管，一个第三圆环取样支管的顺序设置，所述一定方向可以为顺势针方向或者逆时针方向，当所述第一圆环取样支管、第二圆环取样支管和第三圆环取样支管数量为多个时，按照所述顺序进行循环，所述第一圆环取样支管、第二圆环取样支管和第三圆环取样支管的取样点相对于气流管道截面圆心之间夹角相同。

11、进一步的，在所述测试主管路中掺氢天然气入口处和所述截面均匀度检测机构之间位置设置掺氢天然气放散支路，所述掺氢天然气放散支路依次串联安全阀和阻火器。

12、进一步的，在所述测试主管路中所述截面均匀度检测机构和掺氢天然气出口处之间位置串联连接气体密度计，所述气体密度计可以实时检测测试主管路种掺氢天然气的掺氢比例值，从而得到对于掺氢比例精度与稳定性。

13、进一步的，所述截面均匀度检测机构通过法兰串联连接在测试主管路中。

14、进一步的，可以在球阀处连接在线气体检测装置，可以实时对气流管道的掺氢天然气的截面均匀度进行测定。

15、在另一方面，本发明还提供了一种天然气掺氢混合效果测试方法，其基于如上述任一所述的装置，包括以下步骤：

16、掺氢天然气进入测试主管路，依次经过掺氢天然气放散支路，气流管道和气体密度计；

17、在掺氢天然气通过气流管道时，打开所述截面均匀度检测机构上的所述取样支管的所述球阀，所述取样支管抽取掺氢天然气样本，通过色谱分析得出所述不同取样点位置处的掺氢天然气的掺氢比例，得到截面均匀度；

18、掺氢天然气通过所述气体密度计时，所述气体密度计能实时连续抽样得到的掺氢天然气的掺氢比例值，得到掺氢天然气的掺氢比例精度与稳定性。

19、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

20、(1)利用截面均匀度检测装置能够气流管道内截面取样点进行掺氢比例检测，然后通过对比截面上不同取样点的掺氢比例值，计算得到截面均匀度。同时可以利用所述气体密度计连续实时检测掺氢比例精度和稳定性。

21、(2)截面均匀度检测装置采用串接的方式与掺氢天然气管路连接，截面均匀度检测装置之前的掺氢天然气管路或静态混合器均可以更换，能够适用于各种不同的掺氢方法或不同结构静态混合器的混合效果测试，测试方法简单、高效、可靠。

技术特征：

1.一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求2所述的一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，所述取样支管(13)包括圆心取样支管(5)、第一圆环取样支管(6)，第二圆环取样支管(7)和第三圆环取样支管(8)，所述取样支管(13)另一端连接球阀(14)，所述球阀(14)包括圆心球阀(9)、第一圆环球阀(10)、第二圆环球阀(11)和第三圆环球阀(12)，分别设置在圆心取样支管(5)、第一圆环取样支管(6)，第二圆环取样支管(7)和第三圆环取样支管(8)上，所述圆心取样支管(5)在气流管道(15)中的取样点位于所述截面的圆心。

3.根据权利要求2所述的一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，所述第一圆环取样支管(6)在气流管道(15)中的取样点距离所述截面圆心的距离与气流管道(15)的内圈半径的比例为

4.根据权利要求2所述的一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，所述第二圆环取样支管(7)在气流管道(15)中的取样点距离所述截面圆心的距离与气流管道(15)的内圈半径的比例为

5.根据权利要求2所述的一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，所述第一圆环取样支管(8)在气流管道(15)中的取样点距离所述截面圆心的距离与气流管道(15)的内圈半径的比例为

6.根据权利要求2所述的一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，所述第一圆环取样支管(6)、第二圆环取样支管(7)和第三圆环取样支管(8)数量相等，数量为1-3个，所述第一圆环取样支管(6)、第二圆环取样支管(7)和第三圆环取样支管(8)在气流管道(15)中取样点在所述气流管道(15)截面上顺次间隔分布，相对于气流管道(15)道截面圆心之间夹角相同。

7.根据权利要求1所述的一种天然气掺氢混合效果测试装置，其特征在于，在所述测试主管路中掺氢天然气入口处和所述截面均匀度检测机构(3)之间位置设置掺氢天然气放散支路(16)，所述掺氢天然气放散支路(16)依次串联安全阀(1)和阻火器(2)。

8.根据权利要求1所述的一种天然气掺氢混合效果测试机构，其特征在于，在所述测试主管路中所述截面均匀度检测机构(3)和掺氢天然气出口处之间位置串联连接气体密度计(4)。

9.根据权利要求1所述的一种天然气掺氢混合效果测试机构，其特征在于，所述截面均匀度检测机构(3)通过法兰串联连接在测试主管路中。

10.一种天然气掺氢混合效果测试方法，其基于如权利要求1-9任一所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种天然气掺氢混合效果测试装置及方法，截面均匀度检测机构可以对进入管路的天然气与氢气的混合气体按等面积圆取样原理确定取样点位置，可以抽样检测截面上的均匀度，通过气体密度计，可以连续实时检测掺氢比例精度和稳定性。与现有技术相比，本发明具有能够适用于各种不同的掺氢方法或不同结构静态混合器的混合效果测试，测试方法简单、高效、可靠等优点。

技术研发人员：陈志光,王剑鑫,秦朝葵,谢依桐
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5