天然气处理装置的模拟与优化

油田伴生气的处理多采用深冷回收工艺，主要的能耗集中在站内的压缩机和机泵上，这些能耗的大小与压缩机出口压力是密切相关的。本文针对天然气处理工艺进行模拟，通过对压缩机出口压力与全站能耗的关联，优化出能耗低、装置综合效益高的最佳操作点，大大降低装置的能耗水平，提高装置的经济效益。     

氨合成塔模拟与操作优化

采用一维拟均相数学模型，模拟计算国内具有代表性的日产千吨的Kellogg氨合成塔操作工况，在此基础上运用MATLAB语言对该塔的操作工况进行优化．结果表明：在其它条件不变时，第一段入口温度在385℃、氢氮比在2．6时产量最大．     

天然气增输器数值模拟

根据自激振荡脉冲射流理论与壁面振动减阻理论,对变径管及天然气增输器管道内天然气流动情况进行了数值模拟及分析。结果表明,天然气流经增输器时,在碰撞壁处压力波动较大,存在径向环流,引起壁面的径向振动;与普通变径管相比,增输器出口处的压强与入口相比有明显的降低,湍动能变化较大。在相同工况条件下,经增输器后压力降低,管道输气量显著增加。     

天然气计量检定站检定流程工艺模拟研究

天然气流量计检定过程中,预期流量不易调节,降低了检定效率。针对齐河天然气计量检定流程,对在不同检定管路和检定台位下的检定流程进行了模拟研究,得到了天然气流量计检定过程中各阀门百分比行程与检定流量之间的对应关系。针对Q=3 200m3/h的预期检定流量,按模拟得到的匹配结果,得检定管路中实际流量为Q=3 235.59m3/h,二者误差为1.10%,证明了数值模拟结果正确,数值模拟的方法为提高天然气检定效率提供了一条有效的途径。     

天然气热值调控中掺混效果数值模拟研究

为了研究天然气热值调控过程的掺混效果,通过建立不同热值天然气掺混管路模型和划分网格,并基于ANSYS Fluent 16.0仿真软件对支管掺混和汇管掺混进行数值模拟研究。基于天然气掺混后管路内的速度场和组分场分布特点对天然气掺混后的效果进行对比分析。此外,通过了对天然气掺混后不同管径位置处掺混气体各组分百分比分析,并进行天然气掺混效果评价。结果表明:对于单管掺混流动,在掺混处拐角易发生低速滞流区域,掺混的效果不如汇管。对于单管掺混流动,在距离掺混中心位置15 D=3000mm处,掺混相对充分,各气体组分达到相对均匀状态,但在下游随着流动的发展,掺混仍在进行。对于汇管掺混流动,由于汇管的存在,改变了流体流动的方向,加剧了天然气流动的掺混,掺混效果较好。在汇管的出口,即支管的入口处,各气体组分已经达到相对均匀状态。     

架空天然气管道泄漏扩散数值模拟

针对天然气管道穿孔泄漏扩散问题,结合有限容积法,建立了天然气管道不同泄漏位置的CFD仿真模型,分别对天然气管道上部、下部、迎风侧及背风侧等4种工况的泄漏扩散进行了数值模拟。研究结果表明,下部泄漏比上部泄漏气体更贴近地面且不易扩散,且横向危险范围也比上部泄漏大30～70m;迎风侧泄漏与背风侧泄漏情况相似,但迎风侧泄漏危险区域的纵剖面面积更大,更危险。应用数值方法模拟管道穿孔扩散问题,给出了不同工况下的泄漏范围,为天然气管道泄漏的安全输送及安全抢修提供了理论依据。     

湿天然气管道积液处理方案设计与分析

积液得到必要的处理是湿天然气集气管道日常运行管理中面临的重要任务之一。为了减少集气管道中积液带来的影响和危害,基于OLGA软件的清管工艺瞬态仿真方法,建立了积液在湿气管道中的发展过程预测模型,开展了湿气管道积液沉积以及发展规律分析,在此基础上进行了湿气管道积液处理方案设计和模拟仿真,对所设计积液处理方案的有效性进行了评估。指出在集气管道间增设分离装置可以明显降低集气管道中的积液量和延长管道积液发展直至稳定的持续时间,为减小管道清管频次以及优化末端处理装置容积提供参考;在同等输量以及管道末端压力约束不变条件下,管间增设分离装置可以有效降低管道起点的动力需求,有利于整体工艺流程的节能降耗。     

凝析油回收和天然气液化动态仿真模拟研究

焦-汤绝热节流和透平机是凝析气轻烃回收和天然气液化的主要设备。文中给出了新的考虑效率核算的凝析气轻烃回收和天然气液化二级低温动态仿真模拟模型，利用PR方程对某凝析气藏地面工艺中的绝热节流膨胀和透平膨胀深冷分离过程进行了仿真模拟。结果表明：该方法可以较好地描述焦-汤绝热节流和透平膨胀过程。     

双级氮膨胀天然气液化制冷循环流程优化

使用调峰型天然气液化较为常用的串联双级氮膨胀循环,针对“西气东输”浙江气源条件进行了数值模拟,根据循环中关键设备如压缩机、膨胀机的最佳操作运行工况,确定各设备的最佳的运行参数,从而进一步对总体流程进行了优化分析.对小型调峰装置的设计、加工、制造具有一定的指导作用.     

气流干燥过程数值模拟

通过分析气流干燥的特点,建立的直管气流干燥模拟方程,采用Matlab语言调用标准四阶Runge-Kudra法,给出高精度的数值解。经验证,该模型正确可靠,具有较广泛的适用性,为模拟试验优化参数提供了分析基础。     

气流干燥过程数值模拟

通过分析气流干燥的特点，建立的直管气流干燥模拟方程，采用Matlab语言调用标准四阶Runge—Kudra法，给出高精度的数值解。经验证，该模型正确可靠，具有较广泛的适用性，为模拟试验优化参数提供了分析基础。     

浅海天然气管道泄漏扩散过程模拟研究

为评价浅海海底天然气管道泄漏事故后果,根据计算流体力学与多相流动理论,针对国外某天然气管道海峡穿越段,建立浅海海底管道泄漏扩散过程的计算模型。将泄漏孔径、泄漏速率、水流速度3个主要影响因素作为条件变量,模拟不同情况下的气液两相运动过程。结果表明,水下气体扩散分为三个阶段,即泄漏口上方形成气团、气团呈蘑菇状上升、气团由大气泡分裂为小气泡;泄漏孔径和泄漏速率对水下气体扩散到水面的时间具有显著影响,泄漏孔径与泄漏速率越大,气体泄漏量越大;气体泄漏量越大,水下气团体积越大,到达水面的时间越短;水流速度显著影响气体的扩散轨迹,水流速度越大,气体运动轨迹与海底的夹角越小,沿海流方向扩散的距离越远。研究结果可为水下天然气管道泄漏事故应急处理提供一定的科学指导。     

天然气管道氮气置换过程混气段数值模拟

通过建立管道模型,给定边界条件,在Fluent软件中进行求解器设置后,运用组分输运模型模拟分析了氮气置换过程中混气段的特性。由分析得到：入口处混气头形状随入口速度增大由“直线”形状过渡到“子弹头”形状;在速度方向上,混气段氮气体积分数沿管道轴线呈线性规律递减,随着时间延长,扩散范围不断变大;氮气置换速度随着入口流速的增加而增大,置换初期,混气段长度增长速度快,大于置换后期;管道置换长度随时间增加而增大,置换速度越快,管道置换长度增长越快,管道置换效率随着流速的增加而增大,但是增长率呈下降趋势。     

天然气分步捕获原理及在成藏研究中的作用

天然气生成具有阶段性,不同演化阶段形成的天然气的地球化学性质不同。构造的演化与圈闭的形成具有阶段性,因此不同阶段形成的圈闭可捕获不同演化阶段的天然气。源岩早期生成的天然气及形成的气藏可能由于后期构造活动遭散失或转移,使一些圈闭只能捕获源岩晚期生成的天然气,即圈闭对天然气的捕获具有阶段性,属于部分捕获而非连续捕获（或聚集）过程。介绍了天然气分步捕获的原理,并结合塔里木盆地塔北地区天然气地球化学特征,讨论了天然气分步捕获原理在成藏研究中的作用。     

基于重要用户优先服务策略的天然气管网优化调度方法研究

由于气源供应不足、设备故障、自然灾害、用户用气需求增加等原因,天然气管网运营部门需要对各个用户供应量进行重新分配和调整,而天然气在管网系统的运行过程中,其运行参数受流动规律的限制,用户对天然气供应压力和流量也有相应的要求。在综合考虑管网运行特性和用户用气需求的基础上,以用户重要度作为配置天然气供应量的依据,提出基于重要用户优先服务策略的天然气管网资源优化分配模型,优化资源分配,减少天然气的低效利用率,降低因天然气供应紧急、短缺带来的不利影响。以一个由35个节点、33条管段和3个压缩机站构成,涉及各个用户类型的实际管网为例,应用建立的模型和方法,通过计算得出管网系统的最优运行方案,为生产运行调度提供了重要依据。     

酸性天然气偏差因子计算方法优选

研究目前计算天然气偏差因子的各种模型,以及针对天然气混合物拟临界参数的各种校正方法。通过对比各种模型下计算结果与真实实验值的误差,分析得出高含CO2或H2S天然气偏差因子计算模型与校正方法的最佳组合。     

天然气发动机点火提前角的优化

为提高天然气发动机的动力性和燃料经济性, 对天然气发动机的点火提前角进行了优化研究.利用GTPower软件搭建了天然气发动机的仿真模型, 通过理论分析与数值模拟相结合的方法, 分析了点火提前角对天然气发动机缸内燃烧压力和燃烧温度、压力升高率、燃烧放热率、转矩及燃气消耗率的影响.在此基础上, 利用DOE (design of experiments) 模块, 针对增压天然气发动机节气门全开、空燃比为22~25的工况, 以转速和点火提前角为独立变量、以输出转矩为相关变量、以缸内燃烧压力峰值出现的位置及压力升高率限值为约束条件, 进行了点火提前角的优化计算, 得到了最佳点火提前角的三维MAP图.     

海底管线天然气泄漏过程数值模拟

采用VOF(Volume Of Fluid)多相流模型对海底管线天然气泄漏过程进行了数值模拟研究,通过实验验证了数学模型的准确性和可靠性.结果表明:在泄漏初期天然气上升的同时也会横向扩散并逐渐形成直径为1.92m一个气团,随后气团脱离泄漏口继续向上运动,气团将分裂为多个小气团,海水将占据小气团之间的空隙.气团两侧会产生回流,气液两种流体之间形成强烈的湍流运动,加强天然气和海水的混合,造成天然气泄漏过程中气液两相之间的相互渗透.泄漏流量的增大将导致天然气从泄漏口运动到自由表面所需时间的减小,特别是在流量较小时,下降幅度较为迅速.