Дослідження придатності кореляційних методів визначення коефіцієнту стиснення газоводневих сумішей

Abstract

Відновлювані гази, зокрема водень, відіграють одну з ключових ролей досягнення кліматичної нейтральності. Перехідним етапом введення у вжиток водневих технологій є використання газоводневих сумішей, що дозволить різко скоротити викиди парникових газів у атмосферу. Відповідно виникає потреба точного обліку витрати газоводневих сумішей, що ускладнюється значними змінами фізико-хімічних показників при збільшенні частки у водню в суміші. Таким чином для вимірювання витрати необхідно використовувати коефіцієнти стиснення для забезпечення точності вимірювань. В даній публікації проведено розрахунки коефіцієнтів стиснення для газоводневих сумішей з концентрацією водню до 20 % за допомогою емпіричних кореляційних методів. Отримані результати коефіцієнтів стиснення порівнюються з результатами розрахунків за методикою AGA8 для заключення про придатність даних методів для газоводневих сумішей. The need for the country's energy transition to meet climate goals and energy security is rapidly encompassing various industries. Since a significant share of the energy demand is covered by natural gas, it is necessary to introduce alternatives using low-carbon or renewable gases. "Green" hydrogen, produced by the electrolysis of water and electricity from RES, is just one of the options. For the supply of large volumes of hydrogen over long distances, transportation by gas pipelines is the most economically feasible. Hydrogen, however, has a high penetrability in most industrial materials, causes an increase in their fragility and a decrease in plasticity. This can cause the acceleration of the development of existing and the appearance of new defects in the gas transport system, such as cracks. Accordingly, for pure hydrogen, it is necessary to build new pipelines from materials more resistant to its influence, which requires significant capital investments. A transitional stage that will contribute to decarbonization is the use of gas-hydrogen mixtures. Up to 20% of hydrogen in the gas-hydrogen mixture is considered an acceptable concentration for existing gas transportation and gas distribution networks without the need for modifications. This raises the question of accurate accounting of the consumption of gas-hydrogen mixtures as a transition fuel to achieve the goals of decarbonization. Most of the existing models for accurate accounting of the volume flow of natural gas involve taking into account its compression ratio, which in turn depends on composition, temperature and pressure. For gas-hydrogen mixtures, this approach should be checked in view of the hydrogen content in significant concentrations. Renewable gases, in particular hydrogen, play a key role in achieving climate neutrality. A transitional stage in the implementation of hydrogen technologies is the use of H2-NG mixtures, which will dramatically reduce greenhouse gas emissions. Accordingly, there is a need for accurate flow metering of hydrogen-natural gas mixtures. This task is complicated because of significant changes in physical and chemical properties with an increase in hydrogen concentration in the blend. Thus, to measure the flow, it is necessary to use the compressibility factor to ensure the accuracy of measurements. In this publication, the compressibility factor for gas-hydrogen mixtures with a hydrogen concentration of up to 20 % was calculated using empirical correlation methods. The obtained results of the compressibility factor are compared with the results of calculations according to the AGA8 method to conclude the suitability of these methods for gas-hydrogen mixture purposes.