俄罗斯科学家发明氢气管道安全新方法

俄罗斯行业网站neftegaz.ru称，这个新方法能降低泄漏风险,让"绿色"能源的基础设施更可靠。

俄罗斯彼尔姆理工大学的科学家搞出了世界上第一个氢能基础设施安全系统设计方法。

这是该校新闻处发的消息。

这个成果能用在干线管道、加氢站和能源设备燃料系统的建设上。

它主要是为了解决"绿色"能源的一个大问题——氢气在管道里运输时,因为压力太大产生剧烈振动,特别容易泄漏。

以前那些设计可靠管道的老办法根本不管用。氢气比天然气轻太多了,输送时得保持超高压力。结果就是管道每个拐弯或者不平的地方都会产生很强的振动。

振动让金属产生"疲劳",出现细微裂缝,氢分子又特别小,轻轻松松就能钻出去,这就很危险了,容易爆炸。

要压住管道里的这些危险振动,得用特制的内部隔板——就是金属板,用来缓冲气流。

以前设计这些隔板要么用老掉牙的方案,要么就简单算算,压根没考虑氢气的物理特性,有时候反而把振动搞得更厉害。

新方法就能设计出最合适的隔板。

科学家做了个电脑模型,模拟一段装了两块板的管道,然后跑虚拟实验,压力设得跟真实情况一样。他们观察气流怎么撞击第一块隔板——这块板承受的冲击最大。

航空航天学院院长、技术科学博士莫多尔斯基解释说,他们对比了第一块隔板的三种情况——完全实心的、开小孔的、开大孔的——看它怎么振动,有多少振动会往后传。这样就能搞清楚孔的大小对整个结构振动负荷有什么影响。

模型显示,第一块隔板上开孔确实能减轻它自己的振动,但振动能量会往后传。这时候第二块实心板振动反而会强一倍。科学家发现,再加一块实心隔板,能把整段管道的振动减半。所以对氢气来说,装三块或者更多板,一块一块地消振动,效果最好。

为了确保模型靠谱,他们做了严格验证。"火箭航天技术与能源系统"教研室的研究生谢列金娜说,他们把管道段切分成越来越小的格子,追踪每个区域的压力和振动变化。当格子再怎么细分,数据也不变了,就说明模型够准了。

实际应用时,工程师可以用专门软件给管道建个数字模型,输入各种参数。然后这方法就能给出现成答案:这段管道得装几块隔板,要不要开孔,孔开多大,还能预测承压后会怎么样。这样就能保护设备不受损,用得更久。

氢能发展现在被看作全球经济脱碳的重要出路。用可再生能源制造的绿氢使用时不排二氧化碳,但怎么建个既安全又高效的运输基础设施,一直是个大难题,全世界科学家都在攻克。