二是文丘里引射技術(shù)，利用高壓噴射時(shí)形成的負(fù)壓吸入氫氣。天然氣通過超聲速噴嘴高速噴出時(shí)形成負(fù)壓，從而吸入氫氣，再經(jīng)引射段、混合段、擴(kuò)壓段后形成均勻的混合氣輸出。有著耗能低、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)。

三是高壓比例式混合技術(shù)，按固定壓力、流量比調(diào)節(jié)比例。將天然氣、氫氣調(diào)節(jié)成固定壓力，然后調(diào)節(jié)天然氣、氫氣的進(jìn)氣閥口設(shè)定好固定進(jìn)氣速度，從而實(shí)現(xiàn)按固定摻氫比混合。有著調(diào)控簡(jiǎn)單、穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)階段示范項(xiàng)目中主要應(yīng)用流量隨動(dòng)技術(shù)。

流量隨動(dòng)技術(shù)的核心設(shè)備中一是靜態(tài)混合器；二是智能自動(dòng)化控制設(shè)備，包括快速響應(yīng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、調(diào)壓器、流量計(jì)、PLC控制器等。其依托裝置可調(diào)性高、智能化控制等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)摻氫比例的靈活可調(diào)、快速響應(yīng)以及較高精度。而天然氣摻氫示范場(chǎng)景下，摻氫比例較低，精度與調(diào)節(jié)的靈活性要求高，流量隨動(dòng)技術(shù)較為符合示范項(xiàng)目的需求。現(xiàn)階段小規(guī)模的示范項(xiàng)目中，摻氫濃度、控制精度等都達(dá)到了較高水平。如2021年國(guó)電投在遼寧朝陽市開展的天然氣摻氫示范項(xiàng)目，采用流量隨動(dòng)天然氣摻氫，設(shè)計(jì)摻氫比為3%～20%，流量約100 Nm3/h。根據(jù)披露數(shù)據(jù)，2021年6月份朝陽示范項(xiàng)目某6天運(yùn)行中，下游用氣量在71.3～126.4 Nm3/h大幅波動(dòng)，摻氫比例一直穩(wěn)定在8.81%～8.84%。

能景研究認(rèn)為，面向未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模摻氫應(yīng)用場(chǎng)景，大流量、高精度摻氫技術(shù)或是焦點(diǎn)性方向。一方面，是靜態(tài)混合器等摻氫裝置；另一方面，流量計(jì)、調(diào)壓器以及智能自動(dòng)化管理平臺(tái)等輔助設(shè)備也有著升級(jí)需求。

03輸氫——某些低強(qiáng)管材已證實(shí)輸氫安全性，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、材料是2項(xiàng)主要需求

城市燃?xì)鈭?chǎng)景與長(zhǎng)輸場(chǎng)景的技術(shù)要求與階段不同，標(biāo)準(zhǔn)、材料各有側(cè)重。

城市燃?xì)舛嗖捎玫蛷?qiáng)度管材，氫致失效風(fēng)險(xiǎn)較低但尚缺標(biāo)準(zhǔn)。城市管網(wǎng)的壓力一般低于4 MPa，進(jìn)戶燃?xì)鈩t低于0.01 MPa，管材多為API 5L A、X42等低強(qiáng)管材。從國(guó)內(nèi)外研究及示范項(xiàng)目來看，4MPa、30%的摻氫比例以下，低硫低磷的城燃管材發(fā)生氫致失效的風(fēng)險(xiǎn)較低，需標(biāo)準(zhǔn)對(duì)成分、測(cè)試方法等進(jìn)行規(guī)范。

長(zhǎng)輸場(chǎng)景管材向高強(qiáng)度發(fā)展是趨勢(shì)之一，摻氫相容性仍處于驗(yàn)證階段。長(zhǎng)輸管道壓力高、管徑大，對(duì)高強(qiáng)度管材需求較大，如國(guó)內(nèi)天然氣西氣東輸二線西段干線，設(shè)計(jì)壓力12MPa，全部采用X80鋼級(jí)。但實(shí)驗(yàn)室內(nèi)摻氫環(huán)境下，部分X70、X80的力學(xué)性能指標(biāo)隨氫濃度、壓力上升而有明顯下降。

標(biāo)準(zhǔn)逐漸完善、材料體系逐漸豐富。

一方面，依托示范項(xiàng)目國(guó)內(nèi)摻氫標(biāo)準(zhǔn)制定加快推進(jìn)。國(guó)內(nèi)天然氣摻氫示范項(xiàng)目多是示范與標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)推進(jìn)，如深圳城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)蒙古天然氣摻氫項(xiàng)目等。2023年底，國(guó)內(nèi)首個(gè)關(guān)于氫氣儲(chǔ)輸管道用鋼管的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氫氣儲(chǔ)輸管道用鋼管》獲得立項(xiàng)制定批復(fù)，預(yù)計(jì)2025年制定完成。

另一方面，新型輸氫管材、管道研究成果不斷出現(xiàn)。金屬管材方面，國(guó)內(nèi)鋼鐵、管道設(shè)備企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，如首鋼集團(tuán)先后與國(guó)內(nèi)寶雞、巨龍、華油等龍頭企業(yè)合作，成功開發(fā)了B、X42、X52、X70鋼級(jí)輸氫管線鋼；柔性復(fù)合管材方面，則以民營(yíng)企業(yè)等為主力，2023年國(guó)內(nèi)有兩家企業(yè)RTP非金屬輸氫管道純氫爆燃試驗(yàn)獲得成功。

能景研究認(rèn)為，新型管材需求將逐漸起量。輸氫管道場(chǎng)景多樣、技術(shù)要求較高，盡管國(guó)內(nèi)輸氫管道研發(fā)上已獲得初步突破，但與天然氣管道相比技術(shù)水平與場(chǎng)景適用性尚有差距。從場(chǎng)景需求及技術(shù)適用場(chǎng)景來看，天然氣摻氫對(duì)高強(qiáng)輸氫金屬管材、新型柔性管道等都仍有更多技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化需求。

04終端應(yīng)用——低濃度摻氫在部分場(chǎng)景已證實(shí)可行，工商業(yè)場(chǎng)景或率先打通

終端應(yīng)用可分為居民場(chǎng)景與工商業(yè)場(chǎng)景。

居民端以小型燃?xì)饩邽橹�，�?yīng)用裝備具有多樣性、分散性。從技術(shù)要求看，國(guó)內(nèi)對(duì)于民用燃?xì)饩叩扔兄鴩?yán)格標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如燃?xì)饩卟牧吓c燃?xì)獾南嗳菪浴�氣密性、抗壓性，此外還有使用時(shí)的燃燒工況、噪聲、尾氣污染物含量等。

工商業(yè)端以鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等為主，具有用氣量大、集中的特點(diǎn)。從技術(shù)要求看，以天然氣鍋爐為例，鍋爐和灶具的運(yùn)行工況存在差異，供氣流量大，熱負(fù)荷要求穩(wěn)定�？紤]點(diǎn)主要有防止回火、燃?xì)?空氣供應(yīng)設(shè)計(jì)、含氮污染物排放控制等；同時(shí)，還要考慮氫氣采購(gòu)供應(yīng)量有限時(shí)與純天然氣的兼容切換。

中國(guó)在居民、工商業(yè)場(chǎng)景均已有低濃度摻氫示范。

居民應(yīng)用領(lǐng)域示范與研究較多，低濃度下初證可行。國(guó)內(nèi)如遼寧朝陽天然氣摻氫入戶示范項(xiàng)目、深圳城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等項(xiàng)目，均已實(shí)現(xiàn)居民燃?xì)庠畛晒��?shí)施，摻氫比例在10%左右。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室中也有較多研究積累，根據(jù)同濟(jì)大學(xué)等的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，摻氫比例20%以下時(shí)傳統(tǒng)燃?xì)庠羁烧�常運(yùn)行。

工商業(yè)領(lǐng)域鍋爐率先投運(yùn)示范，產(chǎn)品供應(yīng)鏈開始跟進(jìn)。在遼寧朝陽天然氣摻氫示范項(xiàng)目中，初步證實(shí) 10％的摻氫比例下燃?xì)忮仩t可長(zhǎng)期正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)某些氯堿等擁有副產(chǎn)氫資源的企業(yè)，也有采購(gòu)摻氫天然氣鍋爐利用的案例。根據(jù)某鍋爐企業(yè)披露，其氫氣/天然氣全比例混合燃燒已實(shí)現(xiàn)安裝投運(yùn)。

能景研究認(rèn)為，技術(shù)初步打通將帶來供應(yīng)鏈的較快成熟，工商業(yè)場(chǎng)景或率先起量。從技術(shù)看，在嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品質(zhì)量把控下，低濃度下的居民灶具與鍋爐摻氫均已有一定的可行性；從場(chǎng)景看，工商業(yè)場(chǎng)景副產(chǎn)氫資源豐富，減碳節(jié)能需求大，有動(dòng)力進(jìn)行主動(dòng)摻氫應(yīng)用；從項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)看，鍋爐更加集中且偏定制化，相較分散性強(qiáng)、無嚴(yán)格值守的居民場(chǎng)景高易保障安全性。

來源：能景研究

作者：云龍

END

       原文標(biāo)題 : 技術(shù)|天然氣摻氫三大環(huán)節(jié)技術(shù)開始進(jìn)入示范應(yīng)用階段