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R&D帮助重新利用基础设施来运输氢
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Callum和平
氢管道任务小组领导

今天的讨论主要围绕氢(H2)的重点在于提高产量以达到净零目标的需要,以及很快将需要的巨大需求, 但实现这一目标的一个主要因素是我们将如何移动H2 通过网络传递给最终用户?

根据 气体对气候在美国,69%的欧洲现有天然气网络可以重新利用,使其适合(纯)H2 交付. 设计和改造H2 服务对于安全高效地将氢气从生产商运输到用户具有全球重要性. 木材用于支撑H2 通过研究和开发促进交通进步(R&D)和各种各样的项目, 以及与行业组织和代表的大量合作,以解决加速能源转型的技术挑战. 伍德公司的氢气管道工作小组领导, Callum和平, 分享了Team Wood正在领导的创新工作,以帮助理解H2 供应.

天然气基础设施是经济的支柱, 如果没有这些关键的能源基础设施, 城市, 家庭和工业将无法正常运转. 这和H有什么关系2? 搬迁H2 为了使能源部门蓬勃发展,终端用户需要许多关键部件. 这些组件从管道开始, 压缩站和阀门, 通过计量站和城门站,使燃气输送到最终用户. 在这一切中, 管道构成了大部分的基础设施,并按照一系列规范进行设计和运营,以确保输送的安全和效率.

建立H2 经济, 氢气生产者需要与用户连接, 而最佳的运输方案是通过现有的天然气基础设施, 因此,重点是移动氢. 有许多全球性的项目在研究这种情况,其中之一就是 欧洲氢骨干 (EHB),这是一项合作努力,预计总投资500 - 1000亿美元,涉及欧洲主要的传输运营商,计划将网络扩展到appx. 到2040年将建成39,700公里的氢气管道. 这将通过增加12,300公里的新H2 管道, 剩下的69% (27,400公里)的天然气管道改作他用.

氢统计动画

氢气管道

适合的目的

目前,已在高级别评估中开始执行各种战略项目,以评估重新利用现有基础设施的可能性, 但却很少分享技术数据或分析. 因此,Wood推出了自己的R&D倡议,审查现有的国际陆上和海上管道规范和标准,以了解其对H2 交付和评估重新利用这些管道的实际可行性. H的运输2 通过管道并不是什么新鲜事, 然而与天然气和液体相比, 关于H2. 尽管与H2 确实存在, 他们要么在材料和安全问题上过于保守,要么完全忽视这些问题. 这与20世纪初的二氧化碳管道设计倡议有相似之处, 最近才产生或更新的特定代码.

到目前为止,只有一个编码(ASME B31.12 H)地址2 具体的材料要求,如脆化和断裂韧性退化. 因此,它目前被认为是H2 管道行业. 本规范允许采用一种灵活的设计方法,可以设计各种钢等级的新管线和改作用途的管线.

ASME B31的.12 code provides two options; option A, 哪些应用了惩罚性的设计限制, 而选项B允许高品质的材料和增加的设计因素(仅在经过H测试证明的情况下)2 环境).

通过我们的工作,我们已经确定了哪些国际规范和标准需要更新,以适用于新的和改作用途的H2 管道,因为它们当前的形式不允许最佳实践设计.

可行性

在设计符合ASME B31标准的管道时,存在材料和测试方面的挑战.12选项B,高设计因子和高材料等级. 这适用于新管道的建设, 但更重要的是, 到重新利用现有的线路,因为它们是由没有指定必要的材料要求来承受H2 挑战.

在对天然气管道进行改造,使其适合于H2在美国,预计重新设计可能仅限于选项A. 现有管道和焊接的可接受性通过审查现有文件进行评估, 在线检查, 和测试, 必要时, 典型的管道和焊缝的硬度,以确认符合规范的硬度限制. 现有基础设施焊接和材料数据的可用性将面临挑战,破坏测试和在线检测将受到更大的重视. 应当注意的是,即使在应用选项A时, 在氢环境下的断裂力学测试可能仍然需要确认检测到的任何缺陷的可接受性或硬度偏差超过规范限制,然后才能将管道用于H2 服务.

显示的值

案例研究已被调查,以重新利用陆上和海上钢管为H2 服务.  研究课题包括天然气和H2 和最大允许操作压力(MAOP)的降低与更换到H2 (ASME B31.12个选项). 根据ASME B31规范的要求,将天然气(NG)改为H2的陆上和海上管道的MAOP可能会分别下降29%至38%和37%至54%.12个选项.

典型的近海壁厚不受压力控制,这就是重新使用时MAOP增加的原因. 在案例研究中未涉及的重新利用时的其他考虑因素包括纵向应力, 自由跨度和疲劳风险, 特别是海上管道.  需要注意的是,如果重新利用可以进行ASME B31.选项12 B, MAOP几乎没有减少.

根据能源容量进行管道降额

出于实际的原因, 重要的是评估重新利用对总能源的影响,可提供给最终用户的能源,取代天然气与H2. 氢 as an energy carrier has by far the highest energy density by mass; the mass-based energy density of H2 大约是甲烷或天然气的两到三倍, 而氢的体积能量密度相对较低. 因此,在实际运输中,H2 应保持尽可能高的能量,为终端用户提供最大的能量. 降低MAOP等级不仅会降低可用压力(从而降低流量), 但输送流体的质量密度较低. 这将减少管道输送给终端用户的能量,并可能无法满足需求.

伍德进行了一系列的计算, 在不同的情况下,使用基本模型比较两种能量载体. 通过对天然气和氢气的能量流和管道容量的比较, 如果能保持MAOP,改造后的管道可以达到大约70-80%的能量流率. 然而,MAOP中的降级可以将可实现的能量含量降低到50-60%. 如果考虑其他操作限制,如流速(e.g. 因为这条管道的历史, 过去作业中残留的固体/液体以及系统/设备的完整性),可能会对可实现的流量产生额外的连锁反应,从而影响能量比. 这应在个案基础上进行评估.

加入/混合H的可能性2 天然气网络也带来了巨大的机遇和额外的挑战. 这需要在正常和瞬态操作中详细了解混合阈值,以消除潜在材料, 完整性, 运营问题以及管道设计的影响. 这可以从设计的角度来研究,并通过应用先进的氢跟踪工具来实现.g. 艺术大师®.

路线图,把

很明显,现有的天然气管道可以用来制造氢气, 然而, 它们的设计和操作可能存在局限性. 因此,一个路线图,以重新利用管道系统的未来H2 是否已经开发出用于重新利用的基础设施,并将氢的设计压力和能量流最大化.

在组织方面, 这项工作与气体传输和分配操作以及氢气生产有关. 我们看到,主要的输电系统运营商和配电系统运营商开始招标,以重新利用纯H2 和NG /小时2 欧洲的混合项目, 中东和非洲以及美国的中流运营商. 对于更大范围内的项目,亚太地区的开发商正寻求生产H2 出口亚洲市场,以及大型绿色H2 需要连接全球市场网格系统的项目. 市场也看到传统的能源运营商考虑整合绿色或蓝色的H2 到现有的操作.

我们的许多客户都在积极追求H2 项目和将需要一些方法来移动它. 这意味着需要对现有的一系列管道进行单独评估,以考虑其局限性, 重新利用线路的需求和潜在好处, 注意,在某些情况下,即使管道已经存在, 更新的管道可能提供最好的乐虎游戏. 通过这项工作,我们可以为那些在代码遵从方面面临重大挑战和风险的运营商提供乐虎游戏, 材料相容性和H2 流保证.

虽然本文的重点是H2 通过碳钢管道, Wood公司的氢气管道工作组已经对非金属管道的使用进行了平行研究,如复合材料和衬垫在天然气网络的中低压段发挥着重要作用.

氢气网络的未来

氢预计将在未来的能源转型中发挥关键作用, 但不能只在使用点生产. 将H2 在距离, 用户要么必须交付它, 建设新的管道基础设施或重新利用现有的天然气网络. 每一次氢在生产链上的能量向量之间转换, 通过运输,储存和使用, 这就导致了效率损失.

H的选择2 运输方法和载体是多方面的,需要早期评估,以确保过程是优化的. 用于中短程传输, 例如, 将工业氢生产商与居民用户联系起来, 天然气网络可以使损失最小化, 因为不需要转换.

通过管道输送氢气是一个复杂的过程,在以基础设施再利用为目标的情况下,还面临着额外的挑战. 更新设计规范和标准, 联合行业实践(如Wood参与的DNV H2Pipe项目),以及与运营商的进一步合作, 技术知识产权所有者和管厂, 特别是在测试和操作数据方面, 是解锁H2 通过现有管道运输. 我们对现有基础设施的早期评估快速跟踪客户的能源转型需求,并减少他们的总体资本支出. 这项工作使我们处于这一快速发展的技术的最前沿, 允许客户最大限度地利用现有和新建基础设施的氢运输潜力.

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