催化裂化烟气轮机内不同Stokes数颗粒沉积特性数值研究

采用数值模拟的方法研究了烟气轮机内的催化剂颗粒沉积过程。在计算流体力学软件Fluent中,采用RNG -k-ε湍流模型计算烟气轮机内气相流场。在流场模拟的基础上,应用自定义函数修正了固有的沉积模型,模拟不同Stokes数颗粒的沉积特性。模拟结果表明,小Stokes数的催化剂颗粒沉积速率较大,静叶吸力面、动叶压力面及动叶吸力面轮毂和机壳附近是颗粒沉积的主要区域;大Stokes数的催化剂颗粒沉积区域主要分布在静叶压力面和动叶压力面,分布比较均匀,但沉积速率较小。工业条件下应尽量避免小Stokes数颗粒进入烟气轮机,保障烟气轮机安全长周期运行。     

烟气轮机叶片冲蚀特性数值研究

烟气轮机长期在高温烟气环境服役，烟气中催化剂颗粒持续在流道中冲蚀磨损叶片。利用数值计算方法建模分析了流道内气固两相流动特性和冲蚀特性，探讨了催化剂颗粒直径、导流锥型线、动静叶片轴向间隙和节距比等因素对冲蚀特性的影响。研究结果表明，催化剂颗粒冲蚀主要发生在静叶片尾部边缘、动叶片前缘吸力侧和压力面、动叶片叶顶尾缘区域，动叶片冲蚀情况比静叶片严重。静叶片尾部边缘的冲蚀主要由小直径催化剂颗粒撞击引起，动叶片前缘和叶顶尾部边缘的冲蚀破坏由较大直径催化剂颗粒引起。随着催化剂颗粒直径的增加，颗粒撞击位置逐渐沿叶片高度方向向着叶顶尾部边缘移动，动叶片前缘和叶顶尾部边缘的冲蚀加剧。合理的导流锥型线有助于保持更均匀的颗粒分布，从而减少颗粒集中冲蚀。轴向间隙的增大能缓解动叶片尾部边缘的冲蚀破坏，但气动性能会有所降低。适当增大节距比，能在一定程度降低动叶片尾部边缘冲蚀率密度。     

旋风单管排尘锥内颗粒沉积黏附的数值研究

采用数值模拟与理论分析的方法,建立了旋风单管内的颗粒壁面沉积黏附模型,在此基础上考察了吃力量、操作温度、进料浓度、进料粒度等因素对排尘锥颗粒沉积的影响规律。结果表明：边壁气流剪切速度是影响颗粒沉积的关键,处理量增加,边壁处被分离颗粒浓度升高,且近壁气流剪切速度增大,排尘锥颗粒沉积黏附增加;操作参数及进料参数均影响颗粒壁面沉积,其中操作温度主要通过影响颗粒杨氏模量对颗粒壁面沉积黏附产生影响,温度升高导致颗粒杨氏模量降低,颗粒壁面沉积增加;进料浓度增加,颗粒与壁面碰撞几率增加,使得排尘锥段颗粒沉积加剧;1~10 μm的微颗粒在排尘锥内滞留时间较长,易于沉积黏附。     

催化裂化装置烟气轮机结垢原因分析与对策

烟气轮机(烟机)叶片结垢已成为影响国内催化裂化装置长周期运行的主要原因之一。分析得知,催化剂的强度和旋风分离器的设计是影响催化裂化装置烟机结垢的两个主要因素。立足于烟机结垢机理,结合催化裂化操作工况,分析探讨了上述两个因素对烟机结垢的影响。研究表明,应充分关注三级旋风分离器出口或烟机垢样的颗粒粒径分布情况。如果粒径主要集中在1～10μm,则烟机结垢原因主要是由于催化剂强度不足,大量催化剂被打成细粉;如果大量催化剂颗粒粒径在10μm以上,则烟机结垢原因可能是旋风分离器的设计以及反应-再生操作工况的问题。实地调研了中国石油玉门油田分公司炼油化工总厂催化裂化烟机结垢问题,提出了预防催化裂化烟机结垢的建议。     

流化催化裂化装置烟机结垢原因分析

流化催化裂化装置烟机结垢是导致烟机故障率居高不下的主要原因。针对某石化公司催化裂化装置烟机结垢问题,分析了烟机内细粉、结垢物和所用催化剂的成分,确认了催化剂颗粒存在磨损;测定了新鲜催化剂、平衡催化剂、细粉以及结垢物的比表面积、孔体积等,研究了细粉沉积体系的致密化过程。结果表明,导致烟机结垢的主要原因是催化剂颗粒产生的细粉,烟机结垢是一个粉末烧结过程。     

流化催化裂化装置烟机结垢原因分析

流化催化裂化装置烟机结垢是导致烟机故障率居高不下的主要原因。针对某石化公司催化裂化装置烟机结垢问题,分析了烟机内细粉、结垢物和所用催化剂的成分,确认了催化剂颗粒存在磨损;测定了新鲜催化剂、平衡催化剂、细粉以及结垢物的比表面积、孔体积等,研究了细粉沉积体系的致密化过程。结果表明,导致烟机结垢的主要原因是催化剂颗粒产生的细粉,烟机结垢是一个粉末烧结过程。     

GHH烟气轮机叶片断裂分析

对GHH烟气轮机断裂叶片的宏观检查、断口分析和叶片受力分析计算表明 ,烟机叶片断裂属疲劳断裂 ,断裂部位距叶根高 15mm ,此处正是叶片计算合成应力最大的位置。影响叶片断裂的因素除断裂力学理论的裂纹生成和扩展外 ,还与烟气中粉尘的浓度、粉尘颗粒尺寸和粉尘速度有关。为提高叶片使用寿命 ,采取控制进入烟机烟气温度、压力和流量的措施 ,使烟气中催化剂粉尘浓度小于 2 0 0mg/m3、粒径大于 10 μm的粒子小于 8% ,现烟机已安全平稳运行 60 0d ,取得显著效果     

非常规油气储集层粗糙压裂裂缝内支撑剂运移机理

基于分形插值理论建立了具有粗糙壁面裂缝的生成方法，同时考虑颗粒-颗粒、颗粒-壁面、颗粒-流体的相互作用，建立了基于计算流体力学（CFD）-离散单元法（DEM）耦合的支撑剂-压裂液两相流动模型。经实验数据的检验，证实该模型可以较好地匹配粗糙裂缝内支撑剂的运移情况及堆积过程。经多个方案的数值模拟研究表明：与光滑平板裂缝相比，支撑剂在粗糙裂缝内输送，壁面粗糙凸起会显著影响支撑剂的运移与沉降，裂缝模型的粗糙程度越高，裂缝入口附近的支撑剂颗粒沉降速度越快，其水平运移距离越短，越倾向于在裂缝入口附近堆积，并在较短时间内形成缝内砂堵。裂缝壁面粗糙度在一定程度上可控制流体的运移路径，改变支撑剂填充裂缝的方式，一方面粗糙壁面凸起抬升了支撑剂运移轨迹，使支撑剂流出裂缝，导致覆盖率减小；另一方面携砂液易在粗糙壁面凸起接触点附近发生转向流动，可在一定程度上扩大支撑剂覆盖范围。     

催化裂化装置烟机结垢原因分析及应对措施

针对目前影响催化裂化装置长周期安全运行的核心设备之一——主风机组的烟气轮机存在的结垢问题,收集了国内37家炼油厂催化裂化装置的运行数据,分别从装置的操作条件、烟机的机械设计以及催化剂的使用3个方面进行了详细的对比分析,对烟机结垢的成因进行了探讨。结果表明,烟机结垢是一个多因素相互作用的结果,主要因素包括:烟机流道的流场不均匀、扰动大;烟机的叶型、叶片的表面粗糙度、轮盘冷却蒸汽流量及温度;平衡剂脱附的金属、烟气中的细粉(尤其是超细粉)与烟气中的水蒸气、硫等介质的相互作用,加剧了叶片表面的粗糙度,容易造成烟机结垢。基于对烟机结垢成因的分析总结,提出了减缓烟机结垢的改进措施。     

固液圆盘泵固相体积分数分布数值模拟

为研究固液圆盘泵内固相体积分数的分布规律,应用Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。比较了不同颗粒体积分数及不同颗粒直径对固相体积分数分布规律以及泵的扬程和效率的影响。结果表明,叶片工作面附近的颗粒体积分数大于吸力面的体积分数,叶轮入口的颗粒体积分数大于出口处的体积分数,在叶轮出口处,颗粒更易于集中在叶片工作面附近,在有叶片区域内,颗粒体积分数最高处在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区附近。压水室流道内,颗粒主要集中于与叶轮无叶区相对应的流道区域内,且越靠近压水室流道壁颗粒体积分数越高。     

煤变质程度对煤储层物性的控制作用

通过对大量煤岩样品的压汞实验和低温氮吸附实验测试结果的系统分析，讨论了煤变质程度对煤储层物性的控制作用。结果发现：煤样的压汞孔隙度随煤级的升高呈现出高-低-高的变化趋势；孔喉平均直径小于1 μm的孔隙结构在各种不同煤级的样品中均大量分布，而孔喉平均直径大于1 μm的孔隙结构则仅在中低煤级样品中大量分布，在无烟煤中更是很少见到；在中低煤级阶段，随着煤变质程度的增高，低温氮测试的煤比表面积逐渐降低，到无烟煤阶段，煤的比表面积又开始增加。结论认为：煤的孔隙度、孔隙结构和比表面积均受煤变质程度的控制，且在烟煤与无烟煤的交界处发生突变。     

Potential recoverable natural gas resources in China

Carbon nanosheet films were deposited on Al substrates by using plasma assisted chemical vapor deposition (PACVD) technique. And after being peeled off from Al substrates, carbon nanosheet powders (CNSPs) were obtained. In Raman spectrum of carbon film, there was a strong and broadened peak at about 1,580 cm-1, indicating a carbon diamond-like film. Atomic force microscope image showed that the carbon diamond-like film had a grain size less than 100 nm, and its surface roughness Ra was 17.95 nm in an area of 5×5 μm2. The CNSPs were irregular sheets with curly edges and a length of several micrometers to several hundreds of micrometers. The BET surface area of CNSPs was 6.66 m2/g with no micro-pore present, which was confirmed by N2 adsorption-desorption characterization. In the adsorption testing, when the relative pressure P/P0 was higher than 0.3, the adsorption behavior did not follow the Langmuir equation. The addition of CNSPs to carbon black (catalyst support) could improve hydrodesuifurization performance of carbon supported Ni-W catalysts for diesel oil.     

四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气的晚期逸散

为了探讨四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散方式和强度,应用典型井页岩气层埋藏史、构造特征、压力系数、含气量和页岩岩心物性分析资料,通过页岩气晚期逸散时间和特征分析以及模式构建,指出页岩气晚期逸散的时间为页岩气层晚期持续抬升的整个阶段,从盆缘到盆内五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散开始的时间从早白垩世演变为晚白垩世。页岩储层基质孔隙以纳米级为主、渗透率属纳达西级（平均为0.000 215×10^-3 μm²）、渗透率应力敏感性强（岩心有效覆压从3.5 MPa升高到40 MPa,渗透率降低了两个数量级）。在断裂不发育的页岩气层深埋区,页岩气的逸散为浓度差驱动的微弱扩散。晚期构造作用导致页岩储层抬升或发育开启断裂,随着地应力的释放,页岩储层渗透率增大,且水平渗透率远大于垂直渗透率（地表全直径岩心水平渗透率平均为0.567 8×10^-3 μm²、垂直渗透率平均为0.153 9×10^-3 μm²）。剥蚀露头区附近或浅埋藏带以及开启断裂附近页岩气逸散强烈,且沿层方向逸散强度远大于垂直层面方向。从深埋区到浅埋区再到露头区,以及逐渐靠近开启断裂,随着地应力、页岩渗透率、烃浓度的变化,页岩气沿层方向逸散方式表现为从微弱扩散到较强扩散再到强烈扩散或渗流的渐变特征,且逸散强度有序渐次增大。     

应用产能模拟技术确定储层基质孔、渗下限

采用WS-2000全模拟岩心综合测试系统，在全模拟条件下研究了四川盆地和鄂尔多斯盆地碎屑岩油、气藏在弹性开采过程中，产量和模拟生产压差的关系，得到了日产气（油）量与储层岩石物性呈正相关关系，在模拟生产压差范围内，单井产量随生产压差增大而增大的认识；根据工业产油（气）井的产量标准，应用产能模拟资料确定：鄂尔多斯盆地P₁x₈储层孔隙度下限为5%，渗透率下限为0.4×10^-3μm²；四川盆地J₃p储层孔隙度下限为6.7%，渗透率下限为0.4×10^-3μm²，T₃x²产层孔隙度和渗透率下限分别为3.3%和0.045×10^-3μm²；J₂s油藏的孔隙度下限为2.7%，而渗透率下限则为0.24×10^-3μm²。其中除T₃x²气藏外，其余油气藏下限值均已被生产证实。     

陵水17-2气田深水测试液类型选择

南海北部深水区陵水17-2气田储层地层压力系数1.19~1.21、孔隙度平均值为31.5%,渗透率平均值为633×10-3 μm2,储层孔渗关系好;黏土含量为16.1%,具有盐敏、水敏等特点。对该气田测试液类型进行了优选:氯化钙海水溶液、甲酸钾海水溶液和100%络合水3种基液均能满足密度在1.28~1.30 g/cm3内可调的要求;均具有较好的抑制性,防膨率均在95%左右;3种基液抑制气体水合物生成的浓度低限为28.06%氯化钙、51.05%甲酸钾和72.00%有机醇,因此甲酸钾基液抑制气体水合物生成的能力不足;氯化钙基液矿化度高,具有盐敏潜在损害;络合水自身具有较好的防水锁性,表面张力约为25 mN/m,而氯化钙和甲酸钾基液的表面张力较大。最终优选100%的络合水作测试液基液。其在陵水17-2-1井进行了应用,测试后产量为160×104 m3/d,表皮系数为0.2,储层保护效果好。     

高压气体微管流动机理

为了研究微管实验真实的流动情况,将3种管径(10μm、5μm和2μm)的熔融石英微圆管分别以串联、并联的方式,接入自主研发的高压微管夹持器,研究了气体在微管流动过程中的压力分布规律和流量变化特征。实验结果表明:5根相同管径(10μm)微管串联时,入口压力越高,气体压缩效应越显著,压力分布更趋于呈非线性,同时微管末端动能损失和节流效应越明显,这进一步解释了高压条件下气体微管流动偏离经典Hagen-Poiseuille理论的原因,为高压条件下新型气体流量方程的建立提供了理论依据;3根不同管径的微管并联时,管径大的微管是气体主要流动通道,管径小的微管气体几乎不流动,但提高注入压力可使中等管径的导流能力适度增加,同时结合不等径毛管束模型与气体流量方程,可以解释和验证低渗透多孔介质渗流特性机理。     

苏里格地区上古生界有效储层的确定

苏里格地区上古生界蕴藏着丰富的天然气资源，但在纵向上各沉积地层中的天然气富集程度不同，其主要影响因素是储层特征的不同。文章对比研究了苏里格地区气藏和非气藏储层特征，发现二者之间存在明显差异。气藏储集砂岩形成于水动力条件较强的河流心滩沉积环境，沉积物较粗，经历了较弱的压实压溶作用和较强的溶蚀作用，储层平均孔隙度和渗透率较高；而非气藏沉积岩性较细，形成于水动力条件较弱的河流泛滥平原等沉积环境，经历了较强的压实压溶作用和较弱的溶蚀作用，储层平均孔隙度和渗透率较低。最后，确定了气藏有效储层的下限值，即孔隙度为5%，渗透率分别为0.15×10^-3μm²。     

柱状碳酸铝铵团簇的合成及相变研究

以γ-Al2O3粉末及碳酸氢铵为原料，采用水热处理技术，成功制备了柱状碳酸铝铵团簇，并以此柱状碳酸铝铵团簇为前躯体制备氧化铝。采用XRD、SEM、N2吸附-脱附、TEM等技术分析了反应温度、反应时间、物料配比等因素对柱状碳酸铝铵形貌的影响，并研究其高温相变过程及相应γ-Al2O3的结构特性。研究发现，合成柱状碳酸铝铵团簇的最佳反应条件：γ-Al2O3粉末与碳酸氢铵质量比为1:1.75，反应温度为140 ℃，反应时间为6 h。合成的柱状碳酸铝铵团簇直径为5~15 μm，该碳酸铝铵团簇由直径为50~100 nm、长为0.5~3 μm的柱状碳酸铝铵交叉堆积而成。焙烧温度为600，800，1 000，1 300 ℃时，碳酸铝铵团簇依次转变为γ，η，α相氧化铝。以柱状碳酸铝铵团簇为前躯体制备的γ-Al2O3的比表面积为300 m2/g、孔体积为0.67 mL/g，直径15 nm以上孔的体积占总孔体积的50%以上。