LNG冷箱中降温过程的动态模拟并行计算

由于单核计算无法承担LNG冷箱中降温过程动态模拟的高负荷,采用共享内存模式下的对称多核并行计算方法实现带预冷的氮膨胀液化流程中冷箱降温过程的动态模拟。动态模型中,板翅式换热器采用一维模型,压缩机、膨胀机和节流阀按稳态元件处理;并行方法中,根据并行机特征和液化流程特点进行计算单元的划分及边界耦合,利用路障对每个积分步进行同步控制,通过显式的函数调用进行单元间通信。将模拟结果与试验数据进行对比,验证动态模型和并行方法的合理性。模拟结果表明:工质的降温速率主要取决于膨胀机多变效率;该并行方法使模拟进程加速23倍,计算结点效率是单核计算的3.83倍。     

输气管道气动噪声产生机制及其分析方法

以输气管道中气体流经阀门时产生的气动噪声为研究对象,采用两种方法获取气动噪声声源:一种是只采用CFD软件进行计算和分析(FW-H法);另一种是采用CFD软件联合声学软件进行仿真计算(BEM法)。建立气动噪声模型,得到气动噪声的产生、传播和衰减规律。结果表明:流场中的压力脉动和速度脉动是输气管道中气动噪声产生的根本原因;输气管道中的阀门噪声源为偶极子声源和四极子声源,在低马赫数下,偶极子声源占主要地位;偶极子声源分布在阀门表面上,四极子声源分布于整个流场中;两种方法均能较好地求解输气管道气动噪声的产生、传播和衰减问题,FW-H法操作简单,计算精度较低,但只能计算声场"远场",而BEM法计算效率高、精度高,能够对声场中任一点的声学量进行求解。     

氟利昂预冷双氮膨胀液化工艺动态仿真与验证

为了研究带预冷的双氮膨胀液化工艺的动态特性,在小型撬装液化实验装置基础上建立相应的工艺动态模型,对电磁阀的流量系数进行微调,以适应蒸发器热负荷的变化;对压缩机控制与启动、预冷机组能量调节、LNG节流控制等实验工况进行仿真,并与实验结果进行对比。结果表明:氮气压缩机的控制与启动与实验测试结果一致,验证了压缩机控制动态模型的准确性;预冷机组能量调节受电磁阀流量系数的影响。LNG节流阀串级控制有效克服了温度响应的滞后,提高了控制质量。动态仿真可优化天然气液化工艺设计,指导设备的操作和运行,提高装置的安全性。     

透明摇晃-流动反应釜内水合物防聚剂性能测评研究

水合物容易在深水油气输送管道内形成并对管道流动安全构成极大威胁。向管道内加注水合物防聚剂,以此抑制水合物颗粒间的聚集并进而形成流动性良好的水合物浆,是防治水合物问题的一种常用措施。为了对道达尔公司提供的名为AA-D的水合物防聚剂进行性能测评,使用透明摇晃-流动反应釜在不同晃动工况及AA-D浓度下开展了一系列水合物的生成及流动实验。实验中,使用网络摄像头分别记录水合物生成前、生成中及生成后的实验现象。同时,根据温度和压力曲线的变化计算出不同工况下水的转化率。根据实验结果,系统分析了防聚剂AA-D及晃动工况（摇晃角度和摇晃速率）对实验现象和水转化率的影响。综合实验结果可知,防聚剂AA-D在本文实验条件下具有良好的水合物防治效果。本文的结果及结论可为水合物的防聚剂防治提供理论基础和借鉴。     

高含二氧化碳采出物节流特性实验研究

随着CO₂驱油技术的发展,高含CO₂采出物在通过井口节流阀时由于焦耳-汤姆逊效应会造成阀后低温,继而可能产生冻堵的风险。本文通过实验研究了高含CO₂采出物(CO₂/天然气/N₂/油/水)在通过节流阀时的温降情况,分别分析了阀前后压降、气液比、含水率等对节流温降的影响。研究发现：节流阀前后压降与节流温降呈线性关系;节流压降越大、二氧化碳的含量越高、气液比越大、含水率越低,节流效应越明显,阀后温度也越低,藉此提出基于阀后温度确定井口防冻的临界气液比的方法,该研究为高含CO₂油井井口防冻及集输工艺提供技术指导。     

板翅式换热器物流分配对天然气液化性能的影响

板翅式换热器入口物流分配不均是造成换热效能降低的主要因素之一,对天然气液化装置稳定和高效的运行产生不利的影响。针对氮气膨胀和混合制冷剂两种天然气液化工艺,分别研究原料气、氮气制冷剂和混合制冷剂物流分配不均对换热器参数和液化工艺性能的影响,得到换热器入口物流分配不均匀度STD(standard deviation,均方差)的临界值,为换热器的选型和天然气液化工艺的设计提供依据。结果表明:相同STD值下,天然气液化性能受不同物流分配不均影响程度大小依次为氮气制冷剂、混合制冷剂和原料气;倾斜严重影响混合制冷剂的分配及换热效果,倾斜角度由0°增加至20°时,液相STD值由1.3增至3.9,天然气液化率从92.8%降至69.4%;为满足天然气液化率在90%以上,原料气、氮气制冷剂及混合制冷剂物流分配的临界STD值分别为8.3、2.8、4.5(液相),混合制冷剂倾斜工况临界STD值为1.5(液相),对应倾斜角度为1.6°。     

LNG FPSO液舱内储液晃动特性的数值模拟

研究液化天然气(LNG)低温大型SPB型储液罐在海上运动过程中晃动引起的对液舱壁面产生的动侧压力、储液的气液混合情况、储液的晃动幅度及液舱内压力分布。基于VOF(volume-of-fluid)模型模拟二维SPB型液舱内储液的晃动特性,并利用试验数据对模型的计算结果进行了验证。结果表明:模拟数据与试验数据吻合较好;晃动幅度与运输船的初始速度有关,初始速度越大,晃动就越剧烈;不同储液充满率引起的晃动不同,充满率越大,晃动的幅度越小,有利于减小储液的晃动;在液舱内合理的设置阻流板有利于抑制晃动。     

H2S在重质原油中的溶解特性研究

塔河油田12区原油属高含硫、高粘度、高凝点的特超稠油,在生产集输和运输环节,溶解在稠油中的H2S不断析出,会带来严重的安全隐患。以塔河12区稠油中H2S的溶解特性为研究对象,研制了稠油中H2S溶解度测试装置,实验分析了温度、压力、含水及油品物性对稠油中H2S含量的影响,结果表明稠油中的H2S溶解度随温度的升高,压力的降低和含水的减少而减少,同时随原油密度减小而减小。实验结果可为重质原油H2S的脱除工艺提供技术支持,为集输系统H2S的安全运行提供指导。     

HCFC-141b水合物在管道中形成及堵塞实验研究

为了研究水合物浆在管道中的安全流动,在低温室中搭建了内径为42 mm、长为30 m的不锈钢实验环道,借助于实验环道进行了一氟二氯乙烷(HCFC-141b)水合物在管道中的形成以及堵塞实验.在水过量的条件下,管道中的水合物形态有浆状水合物和泥状水合物两种,在二者的过渡区,水合物的体积分数为30%-40%.管道中水合物的颗粒粒径在154--450μm之间,而且随着水合物含量的增加,平均粒径逐渐增大.当水合物体积分数达到70%时,管道被完全堵塞.当管道中出现泥状水合物后,随着水合物含量的增加,水合物在管道中的聚集加剧,会很快造成整个管道堵塞,因此在运行过程中应避免泥状水合物的出现.     

板翅式换热器不同气液入口分配方式的分配性能对比分析

采用计算流体动力学方法对换热器单层通道处的气液相"先混合、后分配"的传统入口分配方式(方式A)和气液相"先分配、后混合"的新型入口分配方式(方式B)分别进行数值模拟。通过分析气液总流量在0.078~0.291 kg/s和液相质量分数在7.8%~91.4%内的换热器入口气液流量分布的不均匀度和流量标准方差等评价指标,对两种入口分配方式的分配性能进行评估。结果表明:相同流量条件下,方式B比方式A的气液分配不均匀度更小。流量的增大会导致两种方式的气液分配不均匀度升高,其中方式A的气液分配不均匀度增幅更大。随着液相质量分数增加,方式A的气液不均匀度降低,方式B的气液分配不均匀度小幅升高,但方式B的气液分配不均匀度一直比方式A小,且保持较低值。方式B比方式A更能有效地提高板翅式换热器的流体流动分配均匀性。