大口径天然气管道置换规律研究

应用Fluent软件对天然气管道的投产置换过程进行了数值模拟,分别得到了氮气置换空气及天然气置换氮气时所需液氮量及置换时间随管道长度、直径、压力的变化规律,该置换规律的研究为大口径天然气管道无隔离器的氮气置换的生产工作提供了理论依据。     

浅谈天然气管道置换方法

文章阐述了3种城市天然气管道置换方法,分析了不同置换方法的优缺点,对天然气管道置换过程中气体推进流速、注氮量等工艺参数的确定及过程控制进行了探讨,通过合理控制置换过程工艺参数,实现置换工作的安全性和经济性.     

二氧化碳长输管道投产置换过程模拟分析

CO_2管道是碳捕集、利用及封存(carbon capture, utilization and storage, CCUS)技术中连接CO_2排放地和封存地或注入地的关键环节,CO_2管道投产置换主要是利用N_2惰性且高吸水性的特点完成管道清洗干燥并为随后管道调试做好准备。目前关于CO_2管道投产置换的研究较为缺乏,通过SPS软件研究了延长石油某CO_2管道在不同输送介质组成、封存压力条件下的投产置换过程,并与天然气管道的投产置换过程进行对比,比较分析了CO_2与天然气投产置换过程所需N_2量、时间和升压所需气量的不同。结果表明:在压力升至CO_2临界点附近时,CO_2密度会发生突变大幅上升,且升高单位压力所需气量减少,并在升压结束时CO_2消耗量小于天然气消耗量。管内介质组成变化对N_2置换的影响不大,CO_2在管道内更易发生相变,不宜在置换完成之后直接升压投产。     

天然气管道站场泄漏扩散三维动态研究

针对天然气管道站场中天然气的泄漏扩散对安全生产造成的问题,开展了天然气管道站场中天然气泄漏扩散规律研究。采用专业软件模拟的方法,使用FLACS进行模拟,设置边界条件进行求解,研究不同风速、不同风向及不同泄漏速率对天然气泄漏扩散的影响,并结合天然气行业相关标准对天然气管道站场内可燃性气体位置进行优化。研究结果表明,泄漏速率越大、风速越小时,站场区域内可燃气体体积越大,可燃气体扩散范围越广,危险程度越高,同时,顺风向泄漏的危害程度要小于其他方向。基于计算结果建议收发球筒区的可燃气体探测器应设置在距离收球筒1 m处,高度设置为2m。这一研究为天然气管道站场的安全运行提供了重要理论支撑。     

城市天然气置换焦炉煤气低压混烧技术研究

结合天然气置换过程中涉及的用户停气、低压放散、工作量大等实际问题,对焦炉煤气与天然气的燃烧速度和气体流速进行了理论计算及燃烧试验,得出了在一定压力范围内焦炉煤气与天然气低压混烧技术。     

高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD软件FLUENT对高含硫天然气集输管道破裂泄漏后的甲烷、硫化氢的扩散进行了数值模拟.结果表明,受重气扩散时沉积效应的影响,高含硫天然气泄漏扩散时近地面的横向污染范围比普通天然气更大,烟云高度明显降低.在自然风速影响下,随海拔高度的增加,危险气体向下风向偏移明显.压力为3.5 MPa、含硫化氢5%的高压天然气管道断裂泄漏2 min后,在环境风速影响下爆炸危险范围为下风向150～290 m,中毒范围为下风向0～270 m.山顶地形条件下的扩散规律与平地类似,山谷地形条件下硫化氢将发生沉积而不利于扩散.     

高含硫天然气集输管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD软件FLUENT对高含硫天然气集输管道破裂泄漏后的甲烷、硫化氢的扩散进行了数值模拟.结果表明,受重气扩散时沉积效应的影响,高含硫天然气泄漏扩散时近地面的横向污染范围比普通天然气更大,烟云高度明显降低.在自然风速影响下,随海拔高度的增加,危险气体向下风向偏移明显.压力为3.5 MPa、含硫化氢5%的高压天然气管道断裂泄漏2 min后,在环境风速影响下爆炸危险范围为下风向150～290 m,中毒范围为下风向0～270 m.山顶地形条件下的扩散规律与平地类似,山谷地形条件下硫化氢将发生沉积而不利于扩散.     

土壤地下空间耦合下天然气泄漏扩散数值模拟

随着燃气管道数量和规模的增加,由于燃气泄漏至相邻地下空间导致燃气爆炸的事故日益突出。为了研究天然气管道泄漏后气体在土壤和地下空间耦合下的扩散过程及规律,本文采用COMSOL软件中建立燃气管道泄漏在土壤和阀门井中扩散的数学模型,分别研究不同管道压力、土壤孔隙率、泄漏口到阀门井水平距离对燃气泄漏扩散的影响,结果表明：随着管道压力和土壤孔隙率的增加,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间相应减小;不同孔隙率条件下阀门井内甲烷摩尔分数差值逐渐稳定在一个定值;泄漏位置距离地下空间小于12.5 m时,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间小于7天,距离大于12.5 m时阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限需要一周以上的时间。     

基于FLUENT的天然气管道微量泄漏数值模拟

为了降低天然气管道泄漏对环境造成的危害,采用FLUENT软件对高压天然气管道微量泄漏后甲烷扩散特性进行数值模拟,模拟了非稳态时甲烷浓度分布情况;探究不同管道压力和泄漏方式以及不同时间下天然气泄漏扩散过程的变化规律,并通过甲烷浓度分布图分析天然气的扩散特性和区域。结果表明:管内压力越大,甲烷扩散区域越大;泄漏方式为细缝泄漏时,扩散范围就相对小孔泄漏较大;甲烷泄漏出去的扩散浓度变化在前几分钟内就已达到稳定。     

上倾管道充气排液过程两相流动特性

在直径为40 mm、倾斜角为20°的管道内,以空气、水为试验介质,利用高速摄影仪和数据采集仪对上倾管道充气排液过程气液两相流动特性进行研究。建立跟随气泡和领先气泡速度比与气泡距离的关系,对比不同入口气体流速下管道内部压力、流量、气泡变化特性。结果表明,充气排液过程分为4个阶段,气体侵入和气液喷发阶段是气液混合物产生阶段,此阶段上倾管内流型以段塞流为主。管道底部压力和出口流量随气体流速的增大而增大,排空时间随气体流速的增大而减小。气体侵入过程气泡呈合并趋势,入口气速越大气泡越长,形状越不规则,领先气泡的速度和液体速度呈线性关系。Hout公式与本文中拟合公式最为接近。     

地形高程差对天然气输送管道工艺计算的影响

通过对气体稳定流动基本方程组进行解析求解,给出了考虑地形高程差影响的输气管道精确计算公式、简化计算公式和水平管计算公式.通过数值计算,研究了地形高程变化对天然气输送管道工艺计算的影响.结果表明,地形高程变化对管道压降计算的影响比较明显,而对管道直径和输气能力计算的影响不太明显,当高程差大于200m时,应该考虑高程差对天然气输送管道工艺计算的影响.结果为天然气输送管道设计的工艺计算提供了理论基础.     

气液环境下注氮气井管道腐蚀因素和机理研究

塔河油田注氮气后油井井口及井下管道取样观察有冲刷及点蚀现象,地面单井管道也出现注气后腐蚀穿孔情况。为了研究注氮气井管道腐蚀影响因素及机理,在对注氮气工艺、介质及生产工况分析的基础上,对氧分压及含量、流型流态及酸性气体分压比参数计算分析,研究了氧、氯离子、流型流态、酸性气体因素对管道腐蚀的影响,结合腐蚀产物XRD衍射特征及腐蚀形貌VRD镜像特征分析,研究表明注氮气井不同生产过程不同部位的管道腐蚀机理存在明显差异性。在注气过程中,井口及井下管道腐蚀主要受氧和流态的影响;在注气后的生产过程中,地面单井管道腐蚀主要受氧和酸性气体的影响。氯离子是点蚀发生的催化剂;其中前者的腐蚀机理为相互促进的氧的电化学腐蚀与冲刷腐蚀,后者的腐蚀机理为氧的电化学腐蚀为主,并促进了酸性气体的电化学腐蚀进程。两者腐蚀机理差异性受溶解氧扩散过程控制。     

天然气管输系统输气潜力分析及精细化管理研究

天然气管输系统的输配气能力是影响天然气定价的关键因素,然而学者们对于天然气管输系统输气能力的研究未考虑安全文明运行的要求,且未结合精细化管理来提高输气能力。本文利用气体管道仿真软件TGNET,结合广安天然气管输系统的实际运行情况,考虑安全运行和降噪要求,从站场工艺管道流速限制、输气干线管道流速限制、其他限制条件3个方面分析了该管输系统的最大输气潜力,并基于精细化管理角度提出了提高天然气管输系统输气潜力的措施。研究表明:从以上3个方面可以有效分析天然气管输系统的最大输气潜力;从设备维修、设备维护、建立设备管理案例库、建立奖惩制度4个方面,可以有效提高天然气管输系统的输气潜力。这对确定合理的天然气定价、提高供气调度的准确性提供了参考价值。     

天然气管道瞬变流动数值模拟新算法

针对管道中介质瞬变流动的非线性偏微分方程组难以解析求解的问题,由质量、动量、能量三个偏微分方程构成的控制方程组,应用TVD/Godunov混合算法数值模拟天然气管道中气体的瞬变流动,摒弃了传统的差分方法对动量方程非线性对流项的线性化处理,而直接处理非线性对流项,从而大大提高了算法的稳定性和管道瞬变流动的仿真精度。算法采用了时间分裂法描述不完全堵塞管道,没有作等温假设,进一步增进了数值模拟的精度与合理性,获得了理想精度的计算结果。     

掺氢天然气管路结构对超声波流量计适应性计算流体力学仿真研究

氢气是实现降低温室气体排放的潜在能源载体。氢气输送是阻碍氢能大规模应用的薄弱环节。而掺氢天然气管路是实现氢气大规模、长距离、低成本输送的高效途径。但氢气掺入天然气会导致流速,压力等参数发生变化,影响超声波流量计的性能。因此,研究氢气和天然气的掺混过程及超声波流量计的适应性是很有必要的。本文构建T型管、单螺旋管、单螺旋+前收缩管掺混管路的三维模型,使用CFD方法分析管路结构和掺氢比对流场氢气浓度和混合气体速度分布规律的影响。通过比较,5%掺氢体积比时C型掺混管路为最佳模型,掺混均匀时的氢气摩尔分数约为4.92%;并分析超声波流量计的适应性,进而推荐具体安装位置。此研究内容为超声波流量计在掺氢天然气精确计量方面提供了参考。     

高压天然气水合物生长动力学及浆体黏度特性

为探究油气混输管道中天然气水合物的生成及流动特性,得到实际混输管道天然气水合物浆液的安全运行规律。运用高压天然气水合物实验环路,进行了油水乳液体系天然气水合物浆液流动实验。通过控制变量法研究了不同初始压力、初始质量流量与加剂量对天然气水合物生成诱导时间、管内浆液表观黏度、密度以及水合物体积分数等的影响,结果表明：初始压力越高,水合物生成诱导时间越短,由初始压力5.3 MPa下的1.47 h缩短至6 MPa下的0.71 h,缩短了约51.7%,水合物在生成过程中反应越剧烈,不利于运输的安全;初始质量流量越大,水合物生成诱导时间越长,由初始流量895.3 kg/h下的0.76 h增加到1 414.6 kg/h下的0.90 h,增加了约18.4%,表观黏度波动幅度越小,运输过程越平稳安全;增大阻聚剂的加剂量对水合物诱导时间影响较小,但水合物大量生成阶段现象越平稳,水合物生成后管内水合物体积分数越小,浆液输送性越好;在流动过程中若流速下降,压降反而增加,则说明水合物体积分数的聚并很明显且管内浆液表观黏度很大,管道堵塞风险较大。     

真实气体高速非达西流的单井数值模拟

在考虑天然气高速非达西渗流特征和真实气体PVT参数随压力变化基础上,建立了平面径向流下单井高速非达西不稳定渗流数学模型,模型中气体渗流符合Forchheimer二项式方程,并引入了天然气PVT参数的计算和拟压力的计算,采用数值差分方法对模型进行求解,并编制了计算软件。计算了非达西渗流以及真实气体PVT参数随压力变化对产能的影响,为气藏产能计算和动态分析提供依据。     

U形槽防护燃气管道爆炸对下方隧道安全影响有效性分析

铁路隧道的线路建设常与城市地下燃气管线有所交叉，以某市铁路下穿天然气管道为背景，为分析隧道上方天然气管道爆炸对隧道结构的影响，提出在燃气管道周围设立U型槽的隔离防护措施。通过理论计算燃气管道爆炸TNT当量，建立ABAQUS有限元三维数值模型的方法研究爆炸情况下隧道的结构响应及U型槽防护有效性。结果表明：在爆炸冲击作用下，隧道出现较严重拉伸损伤，在隧道上部圆拱部分出现较大位移变形，且已超出工程容许标准；爆源上部土体抛掷范围较大，位移云图分层明显；设立U型槽防护之后，隧道基本无塑性损伤，结构变形程度明显减小；U型槽阻碍了爆炸波在土体中传播，上部土体抛掷范围主要集中在U型槽内上方区域，且隧道上部土体位移情况有所改善。可见U型槽的设立在天然气爆炸时可以对隧道起到有效的防护作用，数值模拟结果可为类似工程案例提供参考。     

天然气管道运输中两阶段动态博弈定价模型

利用两阶段动态博弈理论,对天然气管道运输行业自由竞争、税收调整、存在交叉补贴、政府限价4种情况下的博弈定价进行研究,并讨论不同情况下的价格与各参数之间的关系以及不同的政府行为对价格的影响.结果表明:自由竞争和固定税收对定价尤影响;交叉补贴会导致价格上升,不利于市场发育;政府限价是较为可取的常规管制方法.所得结论可为其他具有部分公益职能的企业产品定价提供理论依据.