FLNG-LNGC系统中卸料软管的服役条件研究

浮式液化天然气生产储卸装置应用于深远海和边际油田,采用串靠卸载方式对环境的适应性好,安全性较高,是浮式液化天然气海上卸载系统的发展趋势。考虑了风、浪、流与系泊浮体的耦合作用,进行了浮式液化天然气装置与液化天然气运输船串靠模型水池试验,研究了多浮体系统的耦合运动特性,并对不同组合工况和连接方式下串靠卸载系统中液化天然气卸料低温软管的两端固定点间的相对运动特性进行了分析。结果表明,对于外转塔式单点系泊条件下串靠卸载作业,浮式液化天然气装置与液化天然气运输船间采用双缆连接时,其运动稳定性优于单缆;卸料低温软管的长度设计应考虑风浪流非同向组合的外输点相对运动中的最大距离,软管端部设计则应考虑风浪同向组合中转角的动态变化范围。     

低温高速屏蔽泵汽蚀性能的流热耦合分析

针对低温高速屏蔽泵输送易汽化介质时,在流道内容易因温度升高引起介质汽化的问题,考虑温度变化对低温介质热性能参数的影响,采用流热耦合方法对一台液化天然气泵在不同工况下进行了全流场数值模拟.分析了诱导轮的压力分布和汽蚀性能,得到了温度升高最大区域屏蔽套间隙内介质的温度、压力分布以及介质与电机之间的对流换热信息.分析结果表明：高压冷却润滑回路能满足低温高速屏蔽泵输送液化天然气等易汽化介质的要求,整个流道内不会发生汽化现象.     

液化天然气船舶海上泄漏危害性与风险分析

系统地分析了液化天然气船舶泄漏的危险源、泄漏后可能造成的危害,总结了对危害结果造成影响的决定性因素.对开展液化天然气船舶海上运输安全性研究,建立严格有效的液化天然气船舶液货泄漏的预报评估体系与整个液化天然气运输链的正常运行都具有重要的意义.     

泵间管内多股液氧/气氧直接接触冷凝数值研究

针对高压补燃循环发动机泵间管路中高温氧气再液化回收时的安全问题，建立了高温氧气与高温液氧在低温液氧中掺混冷凝的三维数值仿真模型，研究了泵间管内三股流体掺混冷凝的全过程，获得了管内流场、气液相分布、气相冷凝长度等关键信息，对比了由掺混腔和主管路注入回流高温液氧两种回液方案对氧气冷凝的影响。同时，针对定流速和变流速两种情况，探究了掺混孔数量和孔径的优化方案；此外，对不同管路出口背压下管内气相完全冷凝长度的变化趋势进行了研究。研究表明：掺混腔回液方案会导致气相流量增加和分布不均，不利于管内气相快速冷凝；主管路回液方案能够避免回流高温液氧对气相冷凝的负面影响，推荐采用此方案回收高温液氧；当流速不变时，适度增大掺混孔有利于避免不同掺混孔的气相融合，采用8个孔径为35 mm的掺混孔可使完全冷凝长度缩短26.5%;通过减小孔径增大流速有利于气相快速冷凝，采用16个孔径为20 mm的掺混孔可使完全冷凝长度缩短38.6%;增大泵间管出口背压有利于气相冷凝，背压由1.6 MPa上升至1.8 MPa时，完全冷凝长度缩短28.9%。该研究结果对液体火箭发动机增压输送管路设计具有理论参考意义。     

FLNG装卸载系统流动特性仿真研究

浮式液化天然气(FLNG)生产储卸装置的装卸载系统是海上液化天然气(LNG)生产链的重要组成部分.由于作业环境和传输介质的特殊性,传统的流体传输和LNG码头装卸并不满足其要求.为研究流体温度的变化对管网内部LNG流动状态的影响,首先确定FLNG装卸载系统风险特性参数的计算流程,应用相关公式和数据进行编程计算,得到单时间节点各舱液货泵的流量、管网各节点的压力和温度,然后结合边界条件的变化,将此瞬时装卸工况的求解方法推广至整个装卸载过程,由此确定LNG传输过程中流动特性参数的时历变化关系.该模型的计算结果与实际装卸过程基本符合,说明该计算方法对FLNG装卸载系统风险特性参数的研究具有一定的可行性和准确性.     

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。     

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。     

高压浓相粉煤气力输送

在高达700kg/m3的高压气力输送试验台上,用氮气进行煤粉高压浓相粉煤气力输送试验研究.分别在不同的总输送差压、煤粉含水率、风量和压力等条件下进行了输送试验,考察操作参数对煤粉质量流量、固气比和单位管道长度的压损等气力输送特征参数的影响.结果表明:随着总差压和流化风流量的增加,煤粉的质量流量增大;当流化风流量较小时,煤粉质量流量受流化风的影响较大,随着流化风流量增大,流化风对煤粉质量流量的影响变缓.固气比随着注入速度的增大先增大后减小,随着总差压的增加而增大;其他输送参数相同的条件下,输送压力越高,煤粉的质量流量和固气比就越大;随着含水率的增加,煤粉的质量流量逐渐减小;在输送相图中,相同煤粉湿度下,输送压损随表观速度的增加先减小后略有升高;相同表观速度下,煤粉含水率越低,压力损失越大.     

液氮管道排空过程CFD模拟及分析

为研究低温管路中低温液体的排空过程,采用计算流体力学(CFD)方法中非稳态流动以及流体体积(VOF)模型对管路中液氮向外排空过程进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证.模拟结果显示,当氮气质量流量较小时,氮气虽然会在一定时间内到达出口,但管道底部仍存有液氮,出现分层现象.这就需要通过氮气带进的热量使液氮受热蒸发排空,致使完全排空时间变长.随着氮气质量流量的增大,排空时间变短.当氮气流量增加到一定数值时,管道底部无液氮残留,可以直接完全排空.该研究结果可以同时为排空低温液氢等危险流体提供理论指导.     

伊朗南帕尔斯天然气田天然气运输的经济评价

全世界对天然气的消耗量正在迅速增加.为了满足这日益增长的消费需求,打算从伊朗最大的气田-南帕尔斯气田输送天然气到一些能源消耗城市.从气田把天然气以气体的形态输送到消费市场有几个可行的方法,包括以管道天然气的方式,液化天然气的方武,压缩天然气的方式及天然气水化物的方式.所选用的输送方法对天然气的输送会有影响,且每次输送也随其容量和距离而定,因此方法的选用会对整个输气工程的经济效益产生显著地影响.在该篇论文中,对从伊朗南部的港口城市阿萨鲁耶输送100_106标准m3/d的天然气到潜在市场所采用的输送方法,例如:管道天然气的方式,液化天然气的方式,压缩天然气的方式和天然气水化物的方式作了调查研究.为了做这项调查,需要模拟一个过程,就是把天然气转换成一个产品,然后将它运送到市场上,再运用一个经济模型对其进行分析.调查结果显示,管道天然气对于长达7600KM的距离来说,生产成本是最低的,而对于更远距离来说,液化天然气的生产成本是最低的.     

海上外输漂浮软管的结构角度设计研究

海上外输漂浮软管是FPSO 外输原油的唯一通道,是复合型橡胶软管,具有结构复杂及材质多样性特点,且缺乏相关的设计规范及标准,理论体系尚不完善。使用有限元分析方法对一段典型结构的外输漂浮软管进行分层建模,分析其帘线层结构角度对拉伸和弯曲性能的敏感度,给出了不同工况下结构角度对拉伸和弯曲的影响,最后对外输漂浮软管实物进行试验验证,并与国际通用OCIMF 标准进行比较,为指导以后管道的优化设计,实现外输漂浮软管国产化提供参考。     

Y型浮式生产储油轮船侧结构耐撞性

利用先进的非线性数值仿真技术,对一种浮式生产储油轮(FPSO)的Y型船侧结构的耐撞性进行了研究．计算出5万t穿梭油船以6m／s航速正撞30万tFPSO Y型船侧结构的场景下,FPSO船侧的结构损伤、最大碰撞力-撞深和船侧构件吸能-撞深等曲线及数据,并与传统型FPSO船侧结构在同样碰撞场景下的相应数据进行比较,以评价Y型船侧结构在耐撞性方面的优势．     

新型沙漏式浮式生产储油系统的概念设计分析

为了解决现有传统船型、圆柱筒型和棱柱型浮式生产储油系统(FPSO)的性能局限,提出了一种具有沙漏外形,并配有各种生产和生活功能模块的新型沙漏式FPSO.利用基于频域势流理论的边界元数值模拟和谱分析方法分析浮体在波浪中垂荡和纵摇运动性能,结合概率统计理论分析甲板上浪概率,采用变排水量法计算浮体的静稳性曲线.最后,与挪威Sevan Marine公司设计的圆筒形FPSO浮体模型和中海油公司设计的八角型FPSO浮体模型进行对比.结果表明,新型沙漏式浮体外形设计能够显著地提高FPSO的稳性和各项水动力性能,可以为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.     

浮式生产储油轮诱导软刚臂系泊系统的动力响应

建立软刚臂系泊系统的理论模型和动力方程,模拟实际几何与物理特性及作用机制.开发误差判断结合变步长迭代搜索的数值逼近求解方法和软件,计算分析软刚臂系泊系统在浮式生产储油轮(FPSO)空间6自由度运动诱导下的动力响应特性,并进行模型试验验证.结果表明,该模型的数值计算与试验结果符合很好,而且迭代计算次数少、收敛快、误差小,可用于海上软刚臂系泊FP-SO系统动力性能的实时监测或理论预报.建议进一步研制实时监测装置,实现安全监控与防护.     

基于实测的软刚臂横摆疲劳分析

针对浮式生产储存卸货装置中软刚臂系泊系统所产生的横摆问题,运用相位分析方法分析软刚臂横摆与船体横摇的共振现象,研究了软刚臂横摆的疲劳分析方法;以软刚臂上铰点为例,运用雨流计数方法统计上铰点1a的循环次数,并推算出其15a的循环次数,利用有限元方法计算15a的循环次数下的疲劳损伤.结果表明,上铰点的整体损伤达到了0.57.在软刚臂的设计年限内,上铰点存在疲劳失效的隐患风险,亟需寻找切实可行的方法以降低共振所带来的影响.     

用蒸发气充填液化天然气球形储罐隔热层的传热计算

针对大型液化天然气储罐在隔热层填充N2(氮气)成本高、工艺复杂的问题,现改为用BOG(蒸发气体)代替N2填充隔热层.阐述BOG代替N2的不同及其用球形储罐储存LNG的优点.通过分析传热过程、建立传热模型,计算总漏热量和蒸发率,验证BOG代替N2在理论上的可行性.     

转塔式系泊生产储油轮低频纵荡运动阻尼实验

为研究转塔式系泊生产储油轮的运动特性,引入并分析了低频纵荡运动方程,通过具体模型分别在静水和规则波中的纵荡衰减试验,验证了低频运动阻尼力的存在及与缓变运动速度之间的线性关系,计算得到了二阶低频纵荡运动的粘性阻尼和波浪慢漂阻尼及其与波高平方之间的线性关系。     

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.