湿气混输管道瞬态输送数值模拟研究

湿天然气在混输过程中管道内会产生凝析液和水,由此带来水合物和腐蚀等一系列安全隐患问题,而现有的多相流模型对湿天然气管道低含液率输送工况的计算适用性较差。为准确预测湿天然气管道的低含液率瞬态流动特性,基于双流体模型和特征线算法提出了一个新的低含液率气液混输瞬态水力计算模型,通过实验验证了模型的计算精度,并针对湿天然气管道长距离输送的供气和储气瞬态过程进行了模拟分析。研究结果表明,建立的瞬态水力计算模型能够较准确地预测湿天然气管道的集液量、集气量、起终点压力变化等瞬态输送过程,模型所采用的差分特征线算法具有较好的稳定性和收敛性。     

凝析气管道输送泄漏监测技术

凝析气田在新勘探开采的油气资源中占较大的份额，凝析气管输技术在海洋、沙漠、滩海等条件恶劣的环境中已经得到了广泛应用，但随着输气管道使用年限的增长以及一些自然的和人为因素的影响，不可避免地会发生管道泄漏，从而造成环境污染。为此，基于凝析气在输送管道中的流动总处于慢瞬变流状态，根据气体管输的连续性方程、动量方程和混合能量方程，建立了凝析气管输模拟数学模型； 同时为了便于使用计算机实现实时模拟过程，对所建立的模型进行了简化处理，并设计了具体的计算思路；进而以管道SCADA系统实测两端运行参数为边界条件，根据凝析气管输瞬变流数学模型，建立了凝析气管道输送泄漏监测的方法。实例计算结果表明，所提出的方法是一种可行度很高的凝析气管输泄漏检测方法。     

埋地湿天然气管道安全停输时间计算方法研究

为了防止湿天然气管道在停输过程中水合物的形成,有必要对管道的安全停输时间进行计算。湿天然气管道在停输过程中,管内介质与周围环境进行热交换,停输时间过长可能会导致水合物形成,造成再启动困难。采用多相流模拟软件对安全停输时间计算方法进行了研究,利用有限元方法分析停输时埋地管道及周围土壤温度变化情况,将天然气温度与水合物形成温度进行对比,计算湿天然气管道安全停输时间,并研究了不同输送工况下安全停输时间变化规律。一般说来,安全停输时间随着输量、起点温度、环境温度增加而延长。所以,准确计算湿天然气管道安全停输时间对于指导气田安全生产具有重要意义,可以为计划停输方案制定提供依据,防止事故停输工况下水合物的形成,提高输气管道操作安全性。     

长距离输油管道水力瞬变特性分析

针对长输管道输送过程中由于各种原因而引发的水力瞬变现象,提出了管道瞬变流动的数学物理模型及有限差分求解方法,研究了在长距离管道输送过程中常见的几种边界条件。结合具体算例,对水力瞬变物性进行了分析,为提高长输管道的设计和管理水平、深入掌握管道输油的水力瞬变规律提供了依据。     

管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进展

管道流动体系下天然气水合物生成模型的建立对天然气水合物浆液的输送、管输天然气水合物防治以及天然气水合物技术的应用都具有重要意义。为此,查阅了大量的国内外相关文献并进行了总结与分析,认识到目前对该类模型的研究较少,现有的模型也是在静态釜式反应器天然气水合物生成理论基础上拓展而来的,主要包括驱动力、成核速率、诱导时间、水合物生长等方面的模型,上述模型被广大研究者用于计算管道单个截面处天然气水合物的生成速率预测,具有较好的计算精度。但现有模型用于管道流动体系下天然气水合物生成特性的预测还不成熟,需要进一步开展管道流动体系下天然气水合物的生成机理、管道沿线温度变化、添加剂及其流动界面对气液传质的影响等研究,建立动力学、传热、传质三者相结合的管道流动体系下天然气水合物生成模型,以此来解决管道流动体系下天然气水合物生成预测的技术难题。     

甘醇在天然气管道中相变过程的计算

本文是荷兰化学博士 Lammers 在1990年10月,欧州油气会议上发表的论文。提出了向输送含 CO_2的湿天然气管道中注入甘醇来减缓管道腐蚀的新方法。文中详细介绍了甘醇在管道中相变过程的计算方法,从计算原理、传质效应、扩散准则到生产方案都有详细说明,并有计算方法和方程式。对了解这种防腐方法和实际应用有一定的参考价值。在管道中输送含 CO_2的湿天然气,需要用特殊的方法来防止管壁腐蚀。一种较新的方法是注入甘醇,水相中甘醇的存在能减缓管道的腐蚀。已经找到一种计算甘醇在含CO_2的湿天然气管道中相变过程的方法。管道中甘醇-水冷凝液的组成是确定腐蚀速率的关键。天然气冷凝液对管道底部液态甘醇-水和气相之间的传质的影响用两个扩散准则来解决。挪威海岸 Troll 平台和 Troll 海上加工厂之间的66km 长的 DN900天然气干线系统运行时,管道内甘醇-水的组成是不同的。     

相国寺储气库采气管道清管周期探讨

相国寺储气库采气管道属于湿天然气输送管道,无法直接获得采气管道入口天然气的含水量,难以预测管道内的积液规律并制定合理的清管周期。为此,结合管道实际运行压力、输量、清管液量等参数,基于气液两相流动仿真方法,确定了管道内天然气含水量及清管周期的计算方法。以相国寺储气库南段采气管道B段为例,进行了实例分析。结果表明:①计算的管道终点压力、终点温度、清管液量与实际值之间相对偏差范围为0.91%～4.1%;②提出的模型和方法可用于分析管道输量、积液量与管输效率之间的关系;③以管输效率不小于95%为原则,同时考虑积液恢复时间、收球站清管水量接收能力,确定了南段采气管道B段在不同输量下的清管周期。     

NGH浆体管道的阻力特性及其摩阻损失的计算

天然气水合物浆体管道输送工艺是近年来研究开发的一项极具应用前景的天然气输送技术，在发挥管道输送独特优势的同时，借助水合物储气高密度的特性，使管输能力得到进一步提高。天然气水合物浆体在管道中流动时存在能量耗散，导致沿程压力的降低，即产生阻力损失。鉴于浆体管道设计、动力设备选型等方面的考虑，对浆体管道的阻力特性进行了分析，讨论了固体物料特性、浆体特性、管道特性等诸因素对其产生的影响。介绍了浆体管道摩阻损失的计算方法与思想，结合实例给出了计算步骤与结果。     

水合物法天然气管道输送的实验研究

随着海洋油气开发向深海进军,海底油气混输管线受困于天然气水合物堵塞问题。天然气水合物浆液管道输送技术是保障深水油气田开发的新工艺,而研究天然气水合物浆液的流动特性则是实现上述管输新技术大规模工业应用的重要基础。为此,自行设计了一套模拟海底油气管道天然气水合物生成及其浆体流动的实验装置,分析了模拟海底管道工况下天然气水合物的生成特点,推断出海底管道中天然气水合物生成大致经历乳状物→粒状物→团状物→云状物4个过程;测定了不同工况下天然气水合物生成的诱导时间和生成时间,发现随着反应压力增大,天然气水合物的诱导、生成时间逐渐缩短;比较了温度对天然气水合物生成的影响,发现随着温度升高,天然气水合物的诱导、生成时间均变长;研究了不同工况下的耗气量;初步探讨了海底管道中流动体系下天然气水合物的生成机理。该成果为海底管道以水合物法输送天然气提供了技术依据。     

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。     

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针对含水天然气输送管道的热力学计算，分析了组分模型与黑油模型以及不同状态方程的使用范围，提出了用于含水天然气输送管道的热力学计算模型和方法，即组分模型和管道内相平衡计算方法。计算结果表明组分模型不仅可以准确地计算含水天然气物性参数，而且能够计算凝析与反凝析以及气液相间的质量传递；明显优于黑油模型；与实际运行管道数据相比误差较小。     

湿天然气输送管道积液发展过程影响因素分析

针对湿天然气输送管道运行过程中存在的积液问题,基于OLGA软件的清管工艺瞬态仿真方法,建立了积液在湿天然气管道中的发展过程预测模型,对积液发展过程及其影响因素进行分析。研究表明:受环境温度、运行压力、介质组成以及管道流速等的影响,湿天然气管道中的液相从凝结析出到发生沉积直至积液量达到稳定的时间往往会持续数天到数月不等;在其他运行条件不变的情况下,湿天然气管道中的积液量随着环境温度的降低、运行压力的增大以及含水量的增加而增加,管道积液发展持续的时间会随着环境温度的降低、含水量的减少以及管道流速的减小而延长。其中,含水量和管道流速是影响湿天然气管道积液量以及积液发展持续时间的关键参数。     

川气东送管道模拟仿真软件研发

随着川气东送管道工程等国家重大天然气管道工程的启动,研发具有自主知识产权的管道模拟仿真软件势在必行。以“川气东送”工程为背景,采用连续性方程、动量方程、能量方程、SHBWR真实气体状态方程建立了较真实反映管内气体流动的静、动态数学模型,并分别采用四阶龙格-库塔法及隐式中心有限差分法进行数值求解;分析给出了管道多种工况及静（动）态调峰能力计算、动态预测模型。在以C++builder 6.0为开发工具,有机地吸取工控软件与计算软件各自的优势,及数据库、图形化编程理念的基础上,编制了川气东送管道模拟仿真软件。利用TGNET软件及设计资料,完成了软件部分核心程序的验证,并分析了计算结果。实践证明,软件可信程度高,具有较高的工程应用价值。     

利用管网压力能制备天然气水合物的调峰新技术

高压天然气管网节流调压过程中会产生大量的压力能,绝大部分压力能不仅被浪费了,而且还会对下游管道设备造成一定的冷破坏。为此,开发了一种利用管网压力能制备天然气水合物调峰新技术,充分利用天然气膨胀产生的冷量制备天然气水合物,以供城市燃气储气调峰。计算结果表明,管网天然气流量为1000kg/h,进口温度为25℃,进口压力为8.0MPa,出口温度为-112℃,出口压力为0.4MPa时,最高制冷量可达71kW,有效利用冷量达60kW,生成的天然气水合物可储存100m3天然气。该工艺既有效回收了管网压力能,又实现了天然气的安全储存和调峰,具有广阔的发展前景。     

中国天然气调峰保供的策略与建议

目前中国天然气供需矛盾较突出,供暖季天然气调峰保供压力较大。为此,在分析中国天然气储运设施调峰保供主要影响因素的基础上,从资源、市场需求及国家能源改革政策等方面阐述了构建中国特色综合调峰保供体系的必要性。研究结果表明:(1)中国天然气储运设施受制于地下储气库建库地质条件复杂、气田放大压差式调峰影响气田开采寿命、LNG调峰成本和安全风险较高、进口管道气存在着中断风险等影响因素,天然气调峰设施建设进度落后于市场发展速度,难以满足天然气调峰需求量的快速增长;(2)多种类型储气设施并存、多渠道资源供气是未来中国天然气调峰保供的常态,需要建立天然气需求淡季重储存、旺季强优化的调峰保供体系,以满足北方供暖区天然气需求量季节性峰谷差巨大的市场。进而提出了中国天然气调峰保供的应对策略与建议:(1)加快推进全国天然气输配管线建设,实现互联互通;(2)因地制宜地发展适合中国国情的天然气调峰设施;(3)大力发展地下储气库,使其成为天然气调峰的首要方式;(4)充分发挥LNG的调峰优势,适度发展LNG调峰设施,提升海陆四大能源通道的综合利用水平;(5)加大天然气供给侧保障力度,确保国产天然气的供应主体地位;(6)积极利用经济杠杆,采取不同的定价机制,确保供气安全。     

天然气管道干空气干燥技术模拟

商品天然气输送中，输气管道入口处天然气中的水汽含量被控制到能使天然气在最高输送压力下的露点温度低于它在输送中可能达到的最低温度。但输气管道投产前存在于管道内壁和管道低洼处的液态水对天然气有增湿作用，导致天然气露点在输气管道投产初期不能满足管输要求。为此，投产前需要对天然气管道进行干燥处理。干空气干燥天然气管道是一个复杂的传热、传质过程。基于质量守恒定律、相平衡原理和费克定律，提出干燥过程以及随后封闭过程的机理模型。运用隐式差分法求干燥模型的数值解和分离变量法求封闭过程的解析解。在此基础上编制了反映干空气流动过程中的吸水和液态水平衡蒸发过程的应用程序。利用西气东输管线的干燥实例验证了模型的正确性，并提出了建议。     

西气东输管道运行调峰技术

针对西气东输天然气管道供气用户多、用户类型不同、供气量峰谷变化大等造成管线运行不平稳的突出矛盾，分析了城市用户、工业用户、电厂用户等不同类型用户的用气峰谷变化规律及对管道平稳运行的影响；根据管道现有条件，提出了利用管段末端储气解决日调峰、全线储气解决周调峰、气田调控和储气库解决季节调峰等调峰技术措施,并对联络线调峰方式进行了探讨；同时针对现有储气库设计，提出改进储气库调峰功能的技术建议,尤其要从设备选型上满足储气库解决各类调峰问题的能力。     

Pigging simulation for horizontal gas-condensate pipelines with low-liquid loading

Liquid condensation in natural gas transmission pipelines commonly occurs due to the thermodynamic and hydrodynamic imperatives. Condensation subjects the gas pipeline to two phase transport, which dramatically affects their delivery ability and operational modality and the associated peripheral facilities. It is therefore imperative for the pigging simulation in gas-condensate flowlines to be taken into consideration in their design. Periodic pigging helps keep the pipeline free of liquid, reducing the overall pressure drop, and thereby increasing the pipeline flow efficiency. A new simplified pigging model has been developed for predicting the pigging operation in gas-condensate horizontal pipelines with low liquid-loading, which couples the phase behavior model with the hydro-thermodynamic model. The comparison of the calculating results with those of the two-phase transient computational code OLGA (with a dynamic, one-dimensional, extended two-fluid model), indicates the new pigging model has a good precision and high speed in calculation. The model also contains the capability of pig-tracking and slug-length-increasing model, which can be suitable for engineering design.     

积液量预测方法在海底天然气管道中的应用

天然气输送过程中,在一定的温度和压力条件下会有凝析液析出造成管内积液,积液量的准确预测是确定合理清管方案的前提。为此,建立了积液量预测模型,认为管路积液量大小是由液相析出量和气体携液能力综合作用的结果,液相析出量主要取决于管线内的温度和压力,而气体携液能力主要与气相流速、管道结构以及管内流型等参数有关。对“友谊号”外输管线积液量及其分布进行了预测,获得了持液率和积液量沿线分布曲线。该预测方法对于清管作业时管路末端液体收集容器的确定、清管器的选择等具有参考意义。     

华北华东地区天然气季节调峰对比分析探讨

选取天然气用户结构差距较大的华北、华东地区(华北地区选取典型城市北京、天津;华东地区选取典型城市及省份上海、南京及浙江),对比分析不同地域的负荷持续特性、天然气季节调峰理论储气量和调峰成本等问题。计算表明,华北、华东地区理论季节调峰储气量占年用气量分别为31%和4%,华北地区天然气季节调峰成本约为华东地区的7.8倍。建议在华北地区发展以非采暖季用气为主的燃气调峰电厂、季节性调峰LNG液化工厂,提高天然气综合利用水平,改变负荷持续特性,降低调峰成本。