含蜡原油管道恒压再启动失效概率研究

管道停输后再启动失败(即凝管)是含蜡原油管道安全运行的主要威胁.传统的管道再启动安全性评价采用确定性方法,未考虑相关参数随机波动的影响。本文基于可靠性思想,综合考虑运行参数、油品物性参数以及环境参数的不确定性,从管道再启动失效机理出发,建立了基于流量恢复的极限状态函数,并引入干涉原理对其进行求解;研究了输量、管径、土壤温度等随机参数均值变化对管道再启动失效概率的影响,实现了以概率形式定量描述管道再启动的安全性,提出了基于可靠性的输油温度和安全停输时间确定方法.     

架空管道停输介质温度分布的影响因素分析

考虑环境温度、对流换热系数、初始温度和析蜡潜热等因素的影响,研究热油管道停输过程中介质的径向温度场分布及变化规律,对确定安全停输时间具有重要的指导作用。本文建立了架空热油管道停输径向传热物理模型及数学模型,利用FLUENT软件模拟了架空管道停输温降过程特定半径处温度变化过程。该方法能够确定不同半径处原油凝固时刻,为管道维修争取更多的时间。     

管线中气—液两相流动数值模拟

石油、天然气开采和输运过程中大量使用管道输运。在天然气的输运过程中，常常会有凝析成份析出，构成气液两相流动。在海洋、沙漠边际油藏开采中，为了节省投资和运行费用，也倾向于采用油气混输方案。气液混输技术在石油工业中有着重要的发展前景。为了发展具有我国自主知识产权的稳态、非稳态管线气—液两相流动数值模拟软件，我们使用双流体模型，建立了一维气—液两相流动的非线性数学模型，并使用时间相关法求解了非线性方程组，对若干算例进行了数值模拟。     

海底管道油气混输数值模拟研究

本文建立了海底管道油气两相混合输送的数学模型。分析中采用双流体模型,并应用四阶龙格-库塔法对稳态模型进行求解。文中设置了多组算例对模型及程序进行验证,结果表明该数值模拟方法是研究油气混输的海底管道稳态运行的一种有效方法。     

叶片式混输泵内气液两相流的数值计算

气液两相流的数值模拟是多相混输技术研究中的一个难点.本文假定混输泵叶轮内为泡状流动,基于雷诺时均N-S方程和气液两相双流体模型,采用SIMPLEC算法,对叶片式混输泵叶轮内部两相三维紊流流场进行了数值计算,分析了水气混合工况下的流场分布特点.对含气率GVF=15%工况下的扬程特性进行了预测并与试验结果进行对比.数值计算结果表明,混输泵叶轮流道采用较小的径向尺寸差能较好地避免离心力所引起的气液分离,防止气堵现象的发生;叶轮进口部分存在的低压旋涡区容易使气体积聚,因此有必要进一步改进叶轮进口区的水力设计.     

严重段塞流现象与立管顶部节流的瞬态模拟

在对严重段塞流现象实验研究的基础上,本文采用OLGA软件建立了实验系统的瞬态模型,对水平段长度为114 m,下倾段长度为133 m,立管高度为15.3 m,内径为50.8 mm的集输-立管系统中的严重段塞流现象进行了数值研究,给出了相应流型图,并将立管底部压力、立管顶部持液率、段塞周期等严重段塞流特性参数的模拟结果与实验结果进行了对比;本文还对控制严重段塞流现象的立管顶部节流法进行了模拟研究,并与实验结果进行了对比。研究发现,本文的瞬态模型能够较好地模拟出实验中发现的四类流型,但对严重段塞流详细特性参数的模拟不够准确,对顶部节流的模拟与实验结果相差较大,对顶部节流法消除严重段塞流的机理仍需进一步研究。     

含蜡原油乳状液触变性研究

触变性是含蜡原油管道停输再启动压力计算和原油可泵性评价的重要基础资料,为了确定油水混输海底管道的停输再启动特性,必须掌握含蜡原油乳状液的触变性.本文在脱水含蜡原油触变性研究的基础上,对含蜡原油油包水乳状液的触变性进行了研究,发现含蜡原油乳状液的触变趋势与脱水原油类似;建立了一个描述含蜡原油乳状液在恒定剪切速率作用下剪切应力衰减这一触变行为的数学模型.用最小二乘法对本文和文献中的实验数据进行拟合,结果表明,该模型能够较准确地描述在恒定剪切速率作用下剪切应力衰减的触变行为,不仅适用于含蜡原油乳状液,对脱水含蜡原油和化学剂改性含蜡原油也适用,与其他触变模型相比,该模型具有参数较少、计算方便等优点.     

多相混输管道水合物预测及控制动态试验研究

应用轮式流动模拟器可以模拟多相混输管道的生产实际工况,通过监测流动模拟器转轮的扭距、转速、试验介质的温度、压力参数的变化,并结合直接观测的手段,综合进行水合物动态模拟试验.建立了水合物生成预测方法、水合物生长规律及动力学抑制效果试验研究方法,应用这些方法可以进行混输管道中的水合物生成条件预测试验、水合物热力学抑制效果试验及水合物动力学抑制效果试验,为混输管道的设计和正常生产运行提供技术依据.     

油气混输中掺混器的研究与改进

在常用的油气混输工艺中,从油井开采出的油和气经分离处理后重新掺混,再由混输泵加压后通过管道运送或由气泵、液泵分别加压,掺混后运送。为了避免引起混输管道的大幅振动以及对泵造成损坏,混输工艺一般都要求掺混器出口不能出现大规模气态段塞现象。在本文当中,我们对T形管掺混器、文氏管掺混器进行了实验研究,并提出了能对进入掺混器的气体质量流量进行控制的拉伐尔喷管掺混器设计方法。试验结果表明,拉伐尔喷管掺混器可以非常方便地根据需求控制掺混器下游流态。这一特性使得拉伐尔喷管掺混器在石油、化工领域具有非常广泛的应用前景。     

深海海底斜坡环境下的声传播

海底地形变化对声传播具有很大影响,在南海深海区域海底斜坡环境下进行了一次声传播实验,实验显示倾斜海底环境下声传播损失出现了一些不同于平坦海底环境下的现象,分析并解释了海底地形变化对产生声传播差异的原因.结果表明,海底斜坡对声波的反射增强作用可使斜坡上方的声传播损失减少约5 d B.当声波第一次入射到达的海底位置有较小幅度的山丘(凸起高度小于1/10海深)时,海底小山丘即可对声波有反射遮挡作用,导致在其反射区特定传播距离和深度上出现倒三角声影区,比平坦海底环境下相同影区位置处的传播损失增大约8 d B,影响深度可达海面以下1500 m.而海底斜坡对声波的反射阻挡作用使得从海面反射及水体向下折射的会聚区结构消失,只剩下从水体向上折射的会聚结构.因此,海底地形对深海声传播影响较大,在水下目标探测和性能评估等应用中应予以重视.     

水平管段塞流压力/压差波动特性分析

本文在对水平管段塞流压力波动特性进行理论分析的基础之上,对其压力/压差波动特性进行了试验研究。结果表明,折算液速对段塞频率的影响作用远大于折算气速的影响作用;分别增加管线中的气量、液量,或者气液量同时增加,均会造成管线运行过程中均值压力/压差和最大压力/压差的增加;压力信号的概率密度分布大部分呈双峰分布,但其中也存在单峰和多峰分布;压差信号的概率密度符合正态分布;压力信号的功率谱密度具有频率波动范围窄、幅值大的特点;与同工况压力信号的功率谱密度相比,压差信号的功率谱密度具有频率波动范围宽、幅值小的特点。     

小长径比垂直管气液两相流动特性分析

实验观察了小长径比垂直上流管内流型及特点,并对管入口处的压力波动特性和系统的压差波动特性进行了试验研究.结果表明:小长径比(L/D)垂直管内流型表现为泡状流、塞状流、乳沫状流、环状流和液束环状流;分别增加管线中的气量、液量,或者同时增加气液流量,均会造成垂直管入口处压力波动的均值和最大压力的增加;压力信号的概率密度(PDF)大部分呈双峰分布,也存在单峰和多峰分布;差压信号的概率密度符合正态分布,其功率谱密度同压力信号相比具有频率波动范围宽、幅值小的特点.     

翅片管气化器管内相变传热流动数值模拟

采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义程序(UDF)实现了液氮相变模拟,模拟了不同进口流速对翅片管气化器管内流体换热量、压力降、含气率及汽化体积的影响,并分析了各参数随进口流速改变而变化的原因。由数值模拟可知,翅片管内流体进出口焓差、含气率及单位质量汽化体积随进口流速的增加而减少,而压力降和总换热量随进口流速的增加而增大,其中压力降增大的主要原因是由加速压降引起。     

油气旋流分离器的模型试验研究

为研究输油管线清管扫线时,油气旋流分离器的工作状况,建立油气旋流分离器模型,试验了进口气速、气量、环境温度、柴油含量(油气比)、雾化油滴直径对分离效率的影响以及汽油的动蒸发现象.试验表明,进口气体流速和气量越大,进口油雾直径越小,温度越高,分离效果就越差;分离器入口气速越大,温度越高,动蒸发量也随之增加.     

带压液化天然气流程中二氧化碳晶体析出现象初探

带压液化天然气(PLNG)是在较高压力下(1~2MPa)液化并储存的天然气,对应的液化温度约-100~-120℃。较高的液化温度大大增加了LNG中CO2的溶解度,使得天然气液化流程有可能去掉占地很大的CO2预处理装置。不同条件下带压液化天然气中CO2晶体析出现象的研究是PLNG技术的基础。借助HYSYS软件,初步分析了天然气组分及PLNG储存温度对CO2晶体析出温度和溶解度的影响。结果表明,CO2和乙烷的含量对CO2析出温度有较大的影响,析出温度随着CO2浓度的增大而增大,而随乙烷含量的增大而降低;而氮含量对析出温度的影响较小。此外,随着PLNG储存温度的降低,二氧化碳溶解度也逐渐降低。     

严重段塞流压力及持液率周期特性模拟研究

本文采用简化严重段塞流节流模型数值模拟了不同出口阀门开度下管道入口压力和出口持液率等特性参数的周期规律。研究结果表明,在一定的阀门开度下,严重段塞流具有明显的周期性,压力波动较为明显,气液间歇流出。当管道出口阀门开度减小到一定程度后,管道入口压力波动减小,周期降低,管道出口气液由间歇流转为混合流动。本文数值模拟结果与实验结果进行了比较,管道入口压力峰值、压力波动、周期等参数吻合较好。     

液氢加注系统低温管道中的两相流仿真与分析

在液氢加注输送过程中,由于其具有低温和高压的特性,极易产生气液两相流,而使管道发生过压故障.因此,对液氢管道的仿真研究有着重要作用.文中对裸态和防护后的液氢管道进行建模计算,并通过AMESim软件的两相流库对氢物理属性和管道模型进行仿真分析,然后对系统的对液氢输送管道进行了应用改进与分析.仿真结果表明:液氢在裸管道中输...     

单泡超声空化仿真模型的建立及其动力学过程模拟*

为了模拟单泡超声空化的动力学特性,建立了单泡超声空化的有限元仿真模型,基于流体动力学控制方程和流体体积分数模型,利用有限元分析软件模拟了超声驱动下水中单泡的空化动力学过程。结果表明:单泡随时间的演化规律是先缓慢膨胀到最大后迅速塌缩;泡内压强与气体密度变化与单泡体积变化成反比;在膨胀阶段,泡外压强与气体密度沿着泡的径向向外递减;在压缩阶段,泡外在声压垂直方向的压强与气体密度要大于声压激励方向的压强和气体密度。该文分析结果将为超声空化动力学过程模拟及研究提供参考。     

主喷管叶片中热壁面对分流管道流场特性的影响

 连续波化学激光器运转时,位于主喷管叶片内的副气流的分流管道壁面将被主喷管叶片加热而形成热壁面。通过3维的数值模拟,分析了单端、双端不同供气方式下,热壁面对分流管道流场特性的影响。热壁面将使总管气流总温沿着气流的流动方向逐渐升高,由此引起的支管入口总温的升高会降低支管的流量。无论是单端供气,还是双端供气,热壁面引起的管道流量波动幅度都要远大于绝热壁面的情况,最大波动幅度达2.16%。对进入总管的气流预热,适当增加供气总温,或将冷却管道与供气管道分开设计,气流总温变化引起的流量波动将会得到一定地抑制。     

水平管气液段塞流流量瞬变特性模拟研究

以Taitel 和Barnea(1998,1999)提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的瞬态段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪。计算结果与King等的段塞流气体流量瞬变实验数据对比表明,瞬态跟踪模型较好地预测了气体流量上升造成的段塞流压力“过升”现象,以及长液塞的出现;当气体流量下降时出现的压力“过降”现象和短暂分层流现象也由模型准确预测,分析认为,由于段塞流压降远高于分层流型,因此大部分液塞消失而出现的短暂分层流导致了压力过降。