我國首座城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺投用

　　在深圳市北部，距離市中心一個(gè)多小時(shí)的車程，坐落著深圳燃?xì)饧瘓F(tuán)公司求雨嶺場站。在該場站的東南側(cè)，一片郁郁蔥蔥的丘陵下，我國首座城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺正安靜運(yùn)行著。

　　今年年初，我國首座城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺在深圳投用。該實(shí)驗(yàn)平臺集測試、應(yīng)用、生產(chǎn)功能于一體，標(biāo)志著我國天然氣摻氫輸送管道及綜合利用，以及“氫進(jìn)萬家”進(jìn)入全新發(fā)展階段，為我國利用現(xiàn)有城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罁綒涮峁┝丝赏茝V、可復(fù)制模式。

　　摻氫輸送是氫能利用的重要途徑之一

　　“摻氫”是將氫氣與天然氣進(jìn)行不同比例混合，再利用現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)進(jìn)行輸送。深圳燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺集測試、應(yīng)用、生產(chǎn)功能于一體，摻氫比例為5%~20%，可實(shí)現(xiàn)綠電制氫、天然氣摻氫、管道輸送、管材驗(yàn)證等多維度技術(shù)應(yīng)用和全流程工藝與設(shè)備應(yīng)用示范，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)燃?xì)?、氫?ldquo;摻-輸-用”一體化功能。

　　該平臺隸屬于國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)“中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿垒斔图捌鋺?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”，是深圳燃?xì)饧瘓F(tuán)公司于2022年聯(lián)合中國石油大學(xué)(華東)、中國石化、清華大學(xué)、中科院、萬和等10家單位共同參與的“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目。其中，中國石化石油工程建設(shè)公司中原設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)構(gòu)建純氫/摻氫輸配管網(wǎng)模型、示范工程設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的編制等工作。

　　國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)是以推動能源革命、建設(shè)能源強(qiáng)國等重大需求為牽引，系統(tǒng)布局氫能綠色制取、安全致密儲輸和高效利用技術(shù)，貫通基礎(chǔ)前瞻、共性關(guān)鍵、工程應(yīng)用和評估規(guī)范等環(huán)節(jié)。其中，氫能運(yùn)輸屬于研究范圍。

　　目前，全球已開展多項(xiàng)關(guān)于摻氫天然氣的示范。歐洲氫骨架計(jì)劃利用和改造現(xiàn)有的天然氣管道實(shí)現(xiàn)氫氣管道的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在英國基爾大學(xué)等已建成應(yīng)用示范。他們將氫氣摻入城鎮(zhèn)燃?xì)饫?，?yàn)證了摻氫天然氣與燃?xì)夤芫W(wǎng)的適應(yīng)性。

　　打通“制氫-摻氫-輸氫-用氫”鏈條

　　如何生產(chǎn)氫、把氫運(yùn)輸出去、讓氫進(jìn)萬家?西安交通大學(xué)教授魏進(jìn)家認(rèn)為，我國首座城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺的投用，能夠打通氫能從生產(chǎn)到運(yùn)輸再到使用的整個(gè)鏈條。

　　該實(shí)驗(yàn)平臺主要針對中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤茌斚到y(tǒng)的本質(zhì)安全、工藝和完整性管理及終端應(yīng)用，通過機(jī)理探究等手段，消除中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿垒斔图皯?yīng)用瓶頸，形成以關(guān)鍵設(shè)備和工藝軟件為核心的技術(shù)體系，并圍繞管輸工藝、管材、實(shí)驗(yàn)方法、應(yīng)急搶修、燃燒器具編制標(biāo)準(zhǔn)體系。

　　項(xiàng)目研究人員介紹，摻氫燃?xì)夤茌敳糠中枰⒁粋€(gè)科學(xué)的燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺，研究現(xiàn)役城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)是否適用于摻氫天然氣、最合適的摻氫比是多少、關(guān)鍵設(shè)備和部件是否需要改造等關(guān)鍵技術(shù)問題，形成相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，為摻氫天然氣在城鎮(zhèn)燃?xì)忸I(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而建設(shè)以氫能社區(qū)為示范的產(chǎn)業(yè)體系。

　　為了讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更貼近實(shí)際、更真實(shí)，實(shí)驗(yàn)平臺模擬了城鎮(zhèn)燃?xì)獾娜繎?yīng)用場景，主要包括摻混模塊、減壓調(diào)壓模塊、管材相容性評價(jià)模塊、燃?xì)馄骶邷y試模塊、終端利用模塊。天然氣與氫氣通過摻混模塊，能夠得到摻氫體積比為5%~20%、摻氫精度為1%的摻氫燃?xì)?。減壓調(diào)壓模塊進(jìn)入管材相容性評價(jià)模塊進(jìn)行長周期實(shí)驗(yàn)測試后再進(jìn)入燃?xì)馄骶邷y試模塊進(jìn)行驗(yàn)證。測試完成，摻氫燃?xì)獗憧蛇M(jìn)入千家萬戶。

　　天然氣摻氫，安全是重點(diǎn)。項(xiàng)目研究人員在天然氣管道完整性管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，初步建立了摻氫天然氣管道完整性管理技術(shù)，對摻氫天然氣管道進(jìn)行全生命周期安全管控。技術(shù)人員在平臺各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝氫氣報(bào)警器，并采購專業(yè)的氫氣泄漏探測器，每兩小時(shí)進(jìn)行一次巡查?；贐IM建模技術(shù)，建立了平臺數(shù)字化三維模型，并接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　該平臺還為氫氣泄漏提供了架空、埋地、管廊等不同場景的監(jiān)測方法驗(yàn)證及事故后果測試。終端還預(yù)留熱電聯(lián)供系統(tǒng)、氫氣分離純化裝置的測試功能，發(fā)揮氫能能源互聯(lián)媒介和高效耦合的特性，推動氫能與電力、熱力等能源的互聯(lián)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)氫能進(jìn)入社區(qū)樓宇、居民家庭、交通領(lǐng)域乃至工業(yè)園區(qū)。該平臺還預(yù)留了光伏+谷電制氫模塊，旨在打造包含“制-摻-輸-用”全鏈條的綠氫典范項(xiàng)目。

　　該平臺不僅需要承擔(dān)不同鋼級、不同壓力、不同口徑的管材及閥門、連接件、表具等燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施的氫環(huán)境長周期實(shí)驗(yàn)，而且需要對多種燃?xì)馄骶呒敖K端應(yīng)用場景開展適應(yīng)性研究，這對平臺整體設(shè)計(jì)工作提出更高要求。

　　中原設(shè)計(jì)公司2018年率先在國內(nèi)開展“天然氣摻氫輸送工藝技術(shù)研究”，形成了關(guān)于天然氣摻氫的工藝技術(shù)并取得專利，因此承擔(dān)該項(xiàng)目的平臺設(shè)計(jì)任務(wù)。技術(shù)人員針對純氫/摻氫管輸應(yīng)用流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合各課題的研究成果，突破了中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿腊踩€(wěn)定高效輸送及應(yīng)用中的理論與技術(shù)瓶頸，在優(yōu)化工藝流程設(shè)計(jì)、滿足測試功能、多模塊可拆卸工裝段安裝設(shè)計(jì)、便于操作、安全防護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)等方面下足功夫，設(shè)計(jì)成果滿足了多種實(shí)驗(yàn)要求，構(gòu)建并形成了完整的科技實(shí)驗(yàn)平臺及標(biāo)準(zhǔn)體系。

　　助力實(shí)現(xiàn)“氫進(jìn)萬家”，減少碳排放

　　當(dāng)前，中國石化、中國石油、中國海油等均開展了純氫與摻氫管道示范規(guī)劃。氫氣規(guī)?；瘧?yīng)用成為我國能源發(fā)展的方向之一。

　　據(jù)管道摻氫國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李玉星介紹，摻氫天然氣相比純天然氣，是一種更清潔的低碳燃料。如果摻氫比例為10%~20%，我國每年可減少碳排放量1000萬~2000萬噸。在天然氣中摻入20%體積比的氫氣，燃燒后的氮氧化物、一氧化碳等均可減少20%以上。目前，我國城鎮(zhèn)燃?xì)饷磕甑挠脷饬考s4000億立方米，在天然氣中摻入20%體積比的氫氣，我國每年可減少碳排放量約3000萬噸。

　　與以氫氣、一氧化碳等為主的煤制氣、焦?fàn)t氣等相比，天然氣的主要成分為甲烷，摻氫燃?xì)鈱懿牡拈L周期、寬壓力作用還需進(jìn)一步明確。我國首座城鎮(zhèn)燃?xì)鈸綒渚C合實(shí)驗(yàn)平臺的投用，能更準(zhǔn)確地對現(xiàn)役燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施進(jìn)行適應(yīng)性評價(jià)，并形成標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)“氫進(jìn)萬家”產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

　　石油工程建設(shè)公司首席專家、中原設(shè)計(jì)公司前執(zhí)行董事、總經(jīng)理銀永明介紹：石工建中原設(shè)計(jì)公司在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)“中低壓純氫與摻氫燃?xì)夤艿垒斔图捌鋺?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”中主要承擔(dān)構(gòu)建純氫/摻氫輸配管網(wǎng)模型、示范工程設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的編制等內(nèi)容。中原設(shè)計(jì)曾經(jīng)在國內(nèi)率先開展“天然氣摻氫輸送工藝技術(shù)研究”，形成了關(guān)于天然氣摻氫的工藝技術(shù)并取得專利。除了在氫氣“制、儲、輸、用”方面有一定的技術(shù)積累和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)成果，中原設(shè)計(jì)還開展了氫能其他相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用，在“摻氫天然氣輸送安全風(fēng)險(xiǎn)分析及泄漏預(yù)警技術(shù)研究”"在役天然氣管道中摻氫輸運(yùn)關(guān)鍵工藝技術(shù)"等方面也取得了可喜成效。此外，為充分應(yīng)用氫能，助力氫能源汽車發(fā)展，中原設(shè)計(jì)還在氫氣分離提純領(lǐng)域進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。

　　據(jù)了解，依托集團(tuán)公司《地下鹽穴儲氫關(guān)鍵技術(shù)研究》科研課題，中原設(shè)計(jì)公司在國內(nèi)率先開展地下儲氫庫地面注采關(guān)鍵工藝研究，解決了諸多難題。其研發(fā)的光伏離網(wǎng)質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫試驗(yàn)裝置試驗(yàn)成功，參編完成了《氫氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》《天然氣長輸管道摻氫輸送評價(jià)指南》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范6項(xiàng)。這些氫能技術(shù)方面的積累，為該公司更好地承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)提供了助力。