Laval喷管设计及在天然气液化中的应用研究

提出通过超声速喷管使气体在高速流动条件下急剧膨胀而产生的低温效应液化天然气。结合双三次曲线法、BWRS真实气体状态方程、圆弧加直线方法及边界层黏性修正进行Laval喷管的设计,对喷管内甲烷气体的流动及液化过程进行研究,并分析入口温度、压力及背压对甲烷气液化过程的影响。研究结果表明:气体在喷管内流动达到超声速并导致低压低温,促使气体液化;入口温度的降低或入口压力的升高能促进气体液化,但过低温度(低于170 K)将使气体进入固相区,同样,提高压力时,由于比热比增大,当压力增大到2.5 MPa时也将使气体进入固相区,阻碍气体的液化;随着背压的升高,激波将进入喷管内,减弱或破坏气体的液化过程。利用超声速旋流分离器液化天然气时,应尽可能地回收压力能并保证激波不进入喷管和旋流分离段内。     

屏蔽泵故障分析及处理

根据天然气处理装置在生产中输送介质为易燃易爆,屏蔽泵具有无泄漏的优点,精馏塔塔顶回流、凝液回收、外输、轻烃及液化气装车都可采用屏蔽泵。但屏蔽泵运行1年半时间内相继出现轴承损坏现象,针对此现象进行了原因分析,并提出相应的解决措施。     

液化天然气浮式生产储卸装置低温液货卸载参数的定量分析

基于海上液化天然气的浮式生产储卸装置,应用Aspen plus软件建立1∶1的物理及数学模型,模拟计算了其低温液货卸载的流程,结合模拟结果和动量及能量方程分析了影响海上天然气卸载的主要参数,着重研究液化天然气输送流量、管路高度差对泵压差和蒸发气体质量的影响.结果表明:随着液化天然气输送流量增加,泵压增大而蒸发气体质量先减小而后增大,并存在一个最为经济的设计流量值;管路高度差对低温软管液货卸载的影响明显.     

高含硫天然气引射增压的数值模拟及硫析出分析

针对普光气田高含硫且井口压力不断降低的特点,提出了使用喷射器来将低压天然气增压输送的方案。高含硫天然气在引射增压过程中由于温度压力的变化,在喷射器内可能出现硫析出,单质硫的沉积会造成堵塞,还会加剧设备的腐蚀。建立了高含硫天然气引射增压数学模型,数值模拟了喷射器中天然气的压力、温度、速度分布特征。分析了引射系数的影响因素及引射增压过程中的硫析出的可能性.研究发现温度对喷射器内硫析出有重要的影响,所以可以提高工作流体入口温度来提高喷射器内的整体温度,从而减少硫的析出。     

涡流管的流道特性及制冷能力实验

以常温定压下的压缩空气为介质,对不同流道数目和轨迹的涡流管喷嘴内的温度分布及能量分离特性进行了实验研究,得到涡流管内的温度分布及制冷能力曲线;实验结果表明:在常温和入口气流压力为0.7 MPa下,4流道喷嘴制冷效应最佳,6流道喷嘴的制冷效应最差,3流道、5流道喷嘴的制冷效应介于两者之间;3种型线中阿基米德螺线喷嘴的制冷效应最好。实验发现涡流管内0.7R处存在着一个冷热两股气流的分割面,界面以内是冷气流,界面以外是热气流。     

天然气与电力长距离联合高效输送的可行性研究

为提高长距离能源输送效率,提出了一种新型联合输送模式。电力采用超导电缆输送,而液化天然气作为高温超导电缆的冷却工质,使得天然气输送和电力输送"同路"进行。初步设计了电缆与管路结构,建立了液化天然气输送模型,分析了影响能耗的相关因素。新型联合系统的效率与系统输送比成正比,与绝热结构的导热系数成反比。计算结果表明,联合输送系统的损耗率仅为传统输送系统的1/3,其能源输送效率高达96%。同时,由管道漏热引入的功耗占冷泵站总功耗的85.1%。与传统模式相比,新型输送模式的效率高,节能效果显著。然而,管道漏热是最主要的功耗因素,更优良的长距离低温管道绝热技术可以显著降低联合输送系统的功耗。     

喷管内高速流动天然气相变特性数值研究

在超声速旋流天然气分离器中,气流经过拉伐尔喷管绝热膨胀形成带液滴的超声速低温混合气流,喷管内的相变是实现天然气分离的关键.根据相变理论、气体动力学理论并考虑了实际气体的影响,建立了描述有相变的喷管中天然气高速流动的数学模型.研究了喷管内有相变的天然气的流动特性;计算了不同入口条件下的相变起始点位置和水蒸汽的凝析率;分析了当喷管入口温度一定时,相变起始点、水蒸汽凝析率与入口压力的关系.计算结果表明,随着入口压力的升高,相变起始点位置逐渐前移,水蒸汽凝析率逐渐增大,建立了一种预测超声速旋流分离器正常工作压力范围的方法.     

低温液空储能系统液化流程模拟及其■分析

为了探索液化过程参数设计方法,利用Aspen Plus软件开展低温液空储能系统液化过程热力学特性的仿真研究,建立液化过程的模拟流程,并采用■分析方法研究了液化压力、节流入口温度、膨胀机入口温度对液化过程的影响规律,结合p-h图分析参数变化对膨胀过程工作特性的影响,获得液化过程各部件■损失随工作参数的变化情况。研究发现:液化压力的变化对节流阀及膨胀机■损失的影响较小,但较低的液化压力将导致液化过程冷箱热负荷降低,使得冷箱■损失降低;同时,较低的液化压力可有效减少膨胀机出口带液量,进一步提升液化过程的安全可靠性。当节流入口温度和膨胀机入口温度降低时,液化过程流量及出口总气相分量变小、冷箱换热量降低,使得节流阀和冷箱的■损失不断降低。液化过程的总■损失随着液化压力、节流入口温度、膨胀机入口温度的不断降低,其最大降幅分别为13.17%,51.02%和19.95%。结果表明:液化流程的参数优化设计可以有效降低系统能量损失、提升系统性能,有利于空分、天然气液化等低温系统及其设备的高效安全运行。     

天然气长输管道中水合物生成的预测

天然气管道运行过程中,随着管道内压力、温度和天然气组分的变化会生成水合物。水合物的生成会降低管道的输送能力,从而提高输送成本,严重时更会堵塞管道甚至发生管道爆裂,造成重大的生产事故和巨大的经济损失。通过天然气管道内水合物生成条件预测模型的建立,确立天然气水合物形成时的温压关系,再结合天然气输送管道中温度和压力分布的仿真模拟,就可以预测天然气输送管道中水合物生成的大体位置和水合物生成的类型。这可以为防止天然气输送管道中水合物生成和堵塞提供技术依据,也为管道的设计和运行提供指导性建议。     

矿井地面固定式液态CO2防灭火工艺流程模拟

根据采空区煤自然发火的实际情况,在分析CO2相态的基础上,为了防止液态CO2在长距离输送过程产生干冰堵管,确定了液态CO2汽化输送的防灭火工艺流程,建立了液态CO2汽化管道输送的热力学模型.利用Aspen HYSYS V7.3软件模拟了液态CO2汽化管道输送过程及影响因素,通过对液态CO2汽化管道输送过程模拟与分析,得出了液态CO2汽化时摩尔流量与加热量、有效输送管长、管道出口温度等之间的关系,确定了加热器功率与管道入口温度、压力和管道出口温度、压力及管道长度之间的关系;根据不同矿井的实际情况,确定合理的加热功率,提高防灭火的效率,优化液态CO2防灭火系统的工艺技术参数,确保系统能够安全稳定地运行,研究成果对促进CO2防治煤层自燃技术体系的完善具有重要的意义.     

基于海上油田低产井回流补液参数优化

在海上油田低产井采用电潜泵举升过程中,电机温度过高将导致烧泵.针对于此问题,首先通过实验确定低产井电机烧泵时间,并通过有限元模拟的方法分析低产井井下流体的流动特征及传热规律,同时提出一种应用于电潜泵的回流补液方法.研究结果表明:在油井产量较低的条件下,流体温度对于电机温度影响不大;由于动液面低于泵吸入口,流体携热能力下降发生烧泵事故,电潜泵泵寿命最少减小为原有的0.21倍;采用回流补液方法后,温度平均降低130℃,电机温度处于安全温度范围内,说明回流装置具有很强可行性;回流通道尺寸在3～4 cm时,回流量最大,相应的电机温度也为各尺寸中最低.     

解决因油液离心力造成齿轮泵容积效率低的方法

利用流体力学和理论力学原理,在外啮合齿轮泵中新设计出一进油槽,能及时补充齿轮泵高速旋转时因油液离心力而使齿间充油不足的现象,提高容积效率明显。该进油槽结构简单,制造容易。可为解决外啮合齿轮泵容积效率低提供一条新的途径。     

低温输送系统间歇泉现象实验研究

为研究低温输送系统的低温垂直管路中可能出现的间歇泉现象,采用液氮为工质,进行了间歇泉现象模拟实验研究.实验纪录了不同的管路结构及不同绝热结构条件下,管路出现的振动信号及管路温度分布,并将实验结果与Murphy曲线进行了对比.结果表明,管路的长径比和绝热结构对间歇泉现象的产生有较大的影响.     

油管掺液稠油泵井筒流体温度分布计算

根据传热学和能量平衡原理 ,考虑环空产出液与油管掺入液及地层之间的双重热传导作用 ,同时考虑了由流体相变导致的焦耳汤姆森效应 ,建立了稠油泵井筒流体温度分布数学模型 ,并研究了温度分布随时间的变化规律。编制了计算程序 ,该程序能用于计算任意生产时间及井筒深度下掺入液及产出液的温度。计算结果表明 ,在一定条件下 ,生产时间及焦耳汤姆森效应对井筒温度分布有明显的影响。     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

开式吸收式热泵型真空干燥系统建模及性能分析

针对传统谷物干燥能耗高,粉尘、废热污染严重,干燥品质较差的问题,提出了一种连续型谷物真空干燥系统,该系统采用开式吸收式热泵回收利用谷物在干燥过程中产生的水蒸气及其汽化潜热,兼具低温真空干燥与热泵节能的双重优势。以连续型真空干燥滚筒实验为依据,设计了基于开式吸收式热泵的连续型真空干燥系统;建立了该系统的物质、能量守恒数学模型;并依托Aspen Plus软件对整个系统流程进行建模,分析了干燥压力、溶液热交换器效率、加热温度和稀溶液浓度对系统性能系数(coefficient of performance,COP)及干燥能耗的影响。结果表明:设计工况下系统COP为1.728 5,干燥能耗为3 346.92 kJ/(kg·H_2O),降低当前传统谷物干燥机能耗的37%;该系统在理论上具有可行性且节能效果显著。提高溶液热交换器效率、降低加热温度以及降低稀溶液浓度均能提高系统COP,降低干燥能耗。     

海洋条件下印刷电路板式换热器多通道内超临界液化天然气瞬态分配特性分析

印刷电路板式换热器（PCHE）是海上LNG浮式储存和再气化装置的核心部件。在海洋条件下,其内部微细多通道间的流量分配特性复杂多变,易急剧恶化,严重影响气化效率和运行安全。本文通过UDF分别引入晃荡导致的周期性变化的附加惯性力及LNG物性计算关联式,构建适用于PCHE内超临界LNG流动与传热的三维非稳态模型,并开展了数值研究。结果表明,相比于初始稳态条件,晃荡过程中PCHE各通道内超临界LNG的流量及温度等参数随之发生周期性的震荡,而且工质分配的均匀性明显恶化,各通道间流量、温度分布的相对标准偏差均显著高于初始稳态值,本文算例中最高甚至达到初始稳态值的3倍以上;晃荡振幅及晃荡频率越大,PCHE各通道间工质的流量分配及温度分布越不均匀;相比于在垂直于通道内工质流动方向上施加晃荡作用力,当在工质流动方向上施加晃荡作用力时,晃荡作用引发的工质分配恶化现象明显较为微弱,通道内参数的震荡幅度明显降低。     

水隔泵的噪声研究与控制

对水隔泵噪声的产生机理及原因进行了分析与研究．阐述了水隔泵机械性噪声与清水阀开度的关系：流体动力性噪声是当清水阀节流时,断面收缩处流速增高所致;气穴噪声是由于清水阀内压力低于流体气化压力,流体急骤地气化而形成的．阐述了噪声对人体及设备的危害．提出了改进阀芯密封形式,改进阀芯结构,在管路设置降噪声设施等控制方法,以降低或消除水隔泵噪声．通过实验证明改进阀芯结构既起到降底噪声作用,又起到泄荷和减小驱动力的作用．     

基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析

根据高温泵零件二维图,应用Pro/E软件对高温泵内叶轮结构模型及整机水体模型进行实体建模,采用CFX软件对高温泵内部流场进行数值模拟,分析了泵内部的压力随不同工况的变化情况,基于流固耦合利用Ansys软件对叶轮施加静力载荷,进行应力应变分析,揭示了整个叶轮的变形情况及应力分布.结果表明:首级结构的对称性使其变形较为均匀,应力应变分布较为规律;水泵叶片根部两侧存在明显的集中应力,并且应力逐渐向叶片外侧扩散,叶片外缘所受到的应力值很小,应力集中点为次级叶片与轮毂相交处靠近进口的位置;在不同工况下叶轮最大静应力随着高温泵轴功率的增大而降低,且线性关系较差.     

稠油蒸汽驱生产井井筒温度计算

为实现对蒸汽驱生产井井筒温度实时动态监测的目的,以传热学和两相流理论为基础,以能量守恒为依据,基于温度和压力对热物理参数的影响,着重考虑了蒸汽驱受效层对地温梯度变化的影响,推导出蒸汽驱稠油井井筒温度分布的非齐次微分方程,建立了井筒温度场的二维数学模型。据此可直接由井口温度、产量等参数准确计算出井筒温度分布规律,为进一步预防闪蒸、提高泵效提供理论依据。计算的井筒温度与实测温度吻合。