π型管液固两相冲刷腐蚀数值模拟

输油管道系统常常会发生冲刷腐蚀现象,冲刷腐蚀现象产生的主要原因是颗粒对壁面的撞击。使用DPM模型研究固体颗粒对管壁的冲蚀作用,分析π型管的流动特性,研究流体速度、颗粒质量流量、颗粒直径以及颗粒密度对管道冲刷腐蚀速率的影响。模拟结果表明,π型管道在弯头处冲刷腐蚀最严重;当流体速度增大、颗粒质量流量增多时,最大冲刷腐蚀速率增大;当颗粒直径和密度增大时,冲刷腐蚀效果削弱。     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

烟气成分对静电除尘器放电特性的影响

为了研究烟气中O₂、H₂O、CO₂体积分数变化对负电晕放电特性的影响机理,采用实验和数值模拟方法分析静电除尘器在不同气体成分下的伏安特性,应用COMSOL软件建立模拟烟气的电晕放电模型. 研究结果表明：当CO₂体积分数增大,O₂体积分数降低时,起晕电压增大,电流在低电压时与CO₂体积分数负相关,在高电压时正相关;当相对湿度增大时,起晕电压降低,电流在低电压时与相对湿度正相关,在高电压时负相关;当CO₂体积分数增大,O₂体积分数降低时,电子数量增大;当相对湿度增大时,空间中的负离子团数量增大,离子迁移率降低. CO₂体积分数和相对湿度增大,空间电荷密度增大,有利于增大扩散荷电量,从而提高细微颗粒物的脱除效率.     

CO2增采环境下X70管线钢的应力腐蚀开裂行为研究

在CO₂增采（CCS?EOR）环境下,研究了X70管线钢在不同CO₂压力下的腐蚀开裂行为及其机理。 使用高压反应釜及模拟采出水溶液,对现场环境进行了模拟;通过电化学实验,研究了X70管线钢在CCS?EOR环境下的腐蚀速率与腐蚀机理;通过慢应变速率拉伸实验,研究了模拟环境下X70管线钢的腐蚀开裂行为;通过扫描电镜,分析了不同CO₂压力下X70管线钢的腐蚀开裂机理。 结果表明,X70管线钢的腐蚀速率随着CO₂压力的增加而增加;X70管线钢表面产生的腐蚀产物膜不能保护金属基体,而且加剧局部腐蚀;在腐蚀产物膜的影响下,CO₂压力的增高使X70管线钢应力腐蚀敏感性增加,X70管线钢腐蚀开裂同时受金属表面裂纹的影响。     

常压塔顶换热器出口管道冲蚀特性的数值模拟

针对石化工业常压塔顶(常顶)系统中换热器出口管道的冲蚀失效问题,分别利用工艺仿真软件Aspen和计算流体力学软件,进行工艺计算和热器出口管道的三维流场数值模拟,得到多相流中腐蚀性介质的分布规律和流场结果。研究发现:管道内油气水三相流中均存在腐蚀性介质,其溶于水后形成的腐蚀性溶液对管道壁面产生腐蚀作用,生成的腐蚀产物保护膜在壁面剪切应力的作用下快速的脱落、再生,进而加速了管道的腐蚀破坏;流场中水相主要集中在管道的外侧,水相分率由外侧壁面至内侧壁面逐渐降低,在腐蚀性溶液聚集的外侧壁面,各弯管和直管段剪切应力沿流动方向逐渐增大;沿流动方向第四只弯管内侧由入口至30°之间区域、其它四只弯管外侧壁面沿流向30°至出口段和第三、四只弯管间直管外侧壁面,为水相分率和壁面剪切应力最大区域,即在腐蚀和流体剪切作用下失效的高风险区域,仿真结果与管道测厚结果基本吻合。     

结构参数对Z型管内油气水多相流影响计算研究

管道中的局部构件可以起到改变流体速度和方向的作用,但同时受到流体的巨大的压力和冲击。通过CFD软件模拟了介质为油气水多相流的组合,管道模型为2个改变流体方向的局部构件加立管的Z型组合管道,分析了局部构件在不同弯折角度下,不同的立管长度和流体以不同的初始速度进入Z型管管壁压力的变化以及不同立管长度下的流型图,结果表明,弯管角度增大,弯管外径壁面受到流体撞击的压力减小,作用面面积增大。增加立管长度后,经过弯头的外径壁面压力值降低。且在管中易形成不易被排出管道的断塞流;增大流体入口速度,一定程度会使弯管外壁压力增大明显,在较大速度时增大流体速度,外壁压力变化不明显。     

中高渗倾斜地层与水平地层中CO2地质封存的差异性对比

CO₂地质封存是减少CO₂向大气排放,缓解温室效应的有效手段之一。由于构造和成岩作用,倾斜地层在自然界中普遍存在,研究倾斜地层对CO₂封存量及安全性的影响具有实际意义。依托新疆准噶尔盆地阜康凹陷某CO₂地质封存示范工程,采用数值模拟方法,分析了中高渗CO₂储层地层倾角变化对CO₂地质封存过程的影响。结果表明:CO₂注入将导致近井区域地层压力显著升高; 中高渗倾斜地层与水平地层相比,在地层压力分布、CO₂侧向运移距离、CO₂注入速率和总封存量等方面均存在明显差异。相比于水平地层,由于地层倾角的存在,倾斜地层压力呈不对称分布,CO₂侧向运移距离显著加大。倾斜地层中压力传递和消散过程与水平地层差异显著,受此影响,倾斜地层与水平地层CO₂的总注入量差值随时间呈非单调性变化。在注入初期,倾斜地层CO₂的总注入量小于水平地层,随着注入时间延长,倾斜地层CO₂的总注入量逐渐接近并超过水平地层; 注入20年后,相较于水平地层,倾斜地层倾角越大越有助于增加CO₂的总注入量,这一研究结果与前人基于低渗倾斜地层的研究结论正好相反。地层倾角的存在会促进CO₂向浅部运移,倾角越大,CO₂向浅部含水层和大气泄露的风险越大。因此,在CO₂地质封存场地选址中,应充分考虑倾斜地层对封存效率及安全性的影响。     

不同气体成分下高温直流放电特性

为了提高静电除尘器用于高温气体除尘时的运行可靠性及稳定性,采用小型线管式高温静电除尘实验装置,对CO₂、N₂、空气及热解煤气4种气体在300-700℃下的直流放电特性进行研究.结果表明,随温度升高,放电电流增大,起晕电压及击穿电压下降,击穿电压降低更快;温度对电负性气体CO₂、空气放电特性的影响大于非电负性气体N₂.高温热解煤气放电会发生生成C和H₂O的化学反应,放电特性与N₂更相似,但与之不同的是,当电源电压较低时,因煤气中含有电负性气体,放电电流存在一个缓冲;热解煤气中CO₂浓度越高,放电电流越小,放电越稳定,但温度越高,CO₂浓度对煤气放电特性的影响越小.     

输油管道90°弯管冲蚀磨损数值模拟研究

为了研究输油管道系统的冲蚀磨损问题,运用ANSYS FLUENT软件,通过改变管道进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径,对90°弯管的流场分布及磨损情况进行了数值模拟。结果表明,随着进口流速的增加,弯管的冲蚀率逐渐上升;随着颗粒直径的增大,弯管的冲蚀率总体呈下降趋势;随着颗粒质量流量的增大,弯管的冲蚀率基本呈线性增长;进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径等3个冲蚀影响因素之间存在交互作用。     

多孔介质中CO2埋存机理物理模拟实验评价

为了弄清高温高压多孔介质中CO₂的埋存机理,采用室内物理模型,对多孔介质中CO₂埋存机理进行了物理模拟实验评价。结果表明,CO₂溶解埋存主要受温度、压力和地层水矿化度的影响;CO₂溶于地层水后与岩石中的矿物发生矿化反应,反应前后岩石矿物质量分数发生显著变化;气水交替驱可有效地延缓CO₂的突破,提高CO₂埋存率,从而提高原油采收率。     

旅大油田A井液控管线腐蚀分析及管材优选

旅大油田A井为稠油热采井,注350 ℃高温高压蒸汽,井下监测设备液控管线腐蚀严重。通过扫描电子显微镜(SEM)以及电子能谱分析(EDS)对现场液控管线腐蚀试样进行分析,对采出液水样进行离子及腐蚀性气体成分分析,得出该管线腐蚀主要原因是在高温、高压和高矿化度条件下的H₂S腐蚀,并伴有氯离子腐蚀和少量CO₂腐蚀。在模拟现场温度、压力和介质条件下,挑选316L、Inconel 625、P110、9Cr1Mo材质的试片,进行动态模拟腐蚀实验,用失重法对4种材料的腐蚀性能进行了评价。结果表明,在稠油热采环境中,Inconel 625材料抗温耐蚀效果最优。     

集输管道弯管内油水两相流压力变化数值模拟

油水两相混合流动是集输管路中经常遇到的现象,研究压力变化规律对集输管道的设计和运行有重要意义。采用VOF模型,在不同含水率和流动速度条件下对油田地面集输管道弯管处的油水两相流进行了数值模拟。对计算结果进行分析的结果可知,两相流的含水率和流动速度对弯管处的压降有很大影响;弯管内两相流的压降随含水率的增大而增大;在弯管内壁压力减小的同时速度增大,在外壁压力增大的同时速度减小;增大流速时,高含水率的油水两相流的压降先减小后增大。     

基于正交实验的水源井水腐蚀影响因素及腐蚀预测

针对SZ36-1油田水源井水对油管腐蚀穿孔的影响日益严重的问题,在现场工况下研究了管材的腐蚀规律并对腐蚀进行了预测。设计5因素4水平的正交实验,分析了温度、压力、流速、CO₂质量浓度和矿化度等5个因素对腐蚀速率的影响,确定了SZ36-1油田水源井腐蚀环境下的主控因素是温度和CO₂质量浓度。通过多元线性回归分析方法和BP神经网络方法,建立腐蚀预测模型并进行了对比分析。对比分析结果表明,基于多元线性回归方法的腐蚀预测模型预测精度更高,更适合目前油田水源井水的腐蚀预测。     

水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究

针对我国稠油油田较多和油田含水率高的特点,运用VOF多相流模型对地面集输管网中较为常见的水平T型管内油水两相流流动进行数值模拟。给定条件下中质稠油含水率为80%,流速1.5m/s,模拟结果为油水两相流属于水包油型分散流型,水作为基本相,油为分散相。分支前主管段内压力值以300Pa/m的速率线性减小,分支处主管段内压力值有所增大,而后随着流动线性减小,分析了支管段内油水两相流的压力降机理。研究结果对于优化管网结构、合理设计管道参数、管道腐蚀与防护具有重要作用。     

浅论八面河油田集输油管线的选材

输油管线的选材对油气集输起着至关重要的作用。由于八面河油田地下、地面情况的特殊性和复杂性,加之目前对输油管线的选材尚无统一的定性认识,一定程度上造成输油管线在投入使用过程中腐蚀穿孔现象严重,使用寿命趋短,给物资供应部门的采购工作带来极大压力。通过对不同厂家输油管线在八面河油田投入使用过程中的阐述,分析了输油管线产生腐蚀、穿孔现象的原因,制定正确的输油管线选材方案,提高输油管线使用效率,为领导决策提供依据。     

非金属管道内原油流动静电起电速率实验研究

油品在非金属管道内流动过程中和管道内壁面发生接触产生大量的电荷,过量电荷聚集放电会产生火花导致管壁的穿孔以及引起火灾,严重影响正常生产。对其静电产生的原因及影响因素进行分析可知,起电速率受油品流速、温度、含水率、管线材质及粗糙度影响。结果表明,起电速率与油品流速呈正相关;油品温度的升高不利于油品静电的积累;在一定含水率范围内起电速率随着含水率的上升而逐渐增大,超过反向点后呈相反趋势;起电速率与管线粗糙度呈正比;并结合已有实验数据,建立油品流动静电模型。     

基于有限元方法的悬空管道稳定性分析

自然灾害中的土体塌陷严重威胁埋地管道的稳定性。为了研究埋地管道在悬空塌陷区的稳定性,基于有限元方法,研究了壁厚、外径不同的埋地弯管在悬空状态下的位移、应变和应力;采用特征值屈曲理论,研究了一定条件下埋地弯管在土体塌陷时所能承受的极限长度。结果表明,减小管道在土体中的埋深、增大管道外径以及壁厚,可以有效降低管道在土体塌陷过程中的位移,管道的应力和应变均发生在塌陷区的中心和两侧固支端的位置;管道外径、壁厚的提高,可以在一定程度上抑制局部应力过高;埋地弯管在采空区的极限长度约为87 m,并且增大管道外径和壁厚可增强埋地弯管在土体塌陷过程中的抗屈曲能力。     

基于雷-菲法的油气管道可靠性分析

影响管道安全可靠性的因素众多且具有随机性,因此直接求解极限状态方程比较困难。应用雷-菲法,求解过程简便且精度高。基于可靠性理论和B31G—1991标准,综合考虑腐蚀缺陷长度、径向缺陷深度、腐蚀速率、壁厚、管材屈服强度、管线内压等可靠性影响因素的随机性,应用雷-菲法建立腐蚀管道可靠性评价模型,编制了相应的计算程序。计算结果表明,缺陷深度是管道失效的主要影响因素;管道的可靠性指数随缺陷长度、缺陷深度、径向腐蚀速率的增加而降低,随着管材屈服强度的增加呈线性增加,随内压的增加迅速减小。