天然气管线计划性放空回收数值仿真模拟

天然气中甲烷的温室效应强度远高于二氧化碳,消除或减少输气管线放空作业中的天然气排放对实现双碳目标具有重要意义。为此,针对需计划性放空的输气管线,分别对采用下游压气站离心压缩机和移动式往复压缩机的2种天然气回收过程以及传统冷放空过程建立了瞬态仿真模型,并对放空回收所需总时间、放空气量、回收气量等参数进行了对比分析。研究结果表明:(1)采用隐式中心差分法求解这些模型,获得的回收时长、排放时长、回收气量、排放气量等参数与相应的TGNET软件仿真结果及放空过程实际数据的偏差均在±8%以内;(2)针对放空气回收过程的仿真模型,离心压缩机和往复压缩机需要考虑进行边界条件的转换;在放空过程的模拟中,需要考虑立管出口处压力和流速边界条件的转换;(3)针对输气管线计划性放空提出了3种天然气回收方案,其中方案1利用下游压气站的离心压缩机,方案2利用移动式往复压缩机,方案3为方案1和方案2的组合,即先用下游压气站的离心压缩机进行回收,当其进口压力降至允许最低值时,再切换至移动式往复式压缩机继续回收过程。结论认为:(1)方案1的回收时长最短但回收率最低,方案2的情况刚好相反,而方案3的回收率与方案2相近但回收时长介于方案1和方案2之间;(2)针对阀室间管线放空气回收方案的选择,离心压缩机与往复式压缩机结合进行回收的方案,可同时兼顾回收时长和回收效率,具有较好的经济性和可行性,因而具有较好的综合效果。

CCUS管道阀室放空工艺技术研究

CCUS管输中的流动保障问题对于实现双碳目标至关重要,为研究合理的CCUS管道阀室放空方案,基于模拟软件建立了放空物理模型,分析了不同因素对放空过程的影响,考察了地形起伏对放空过程的动态规律,提出了间歇放空作业方案。结果表明:放空口的温降是由于压力下降引起的焦汤效应造成的,低点处的温降是由于节流效应和相变吸热造成的,且低点处的温降更大,风险性更强;通过降低初始压力、提高初始温度,并设计合适的放空系统,可显著提高沿线温度;间歇放空过程经历了4次开阀和4次关阀,放空时间为1.21 h,放空总量为586 t,该方案可降低管道放空带来的低温风险。研究结果可为同类CCUS管道的投产和运行提供实际参考。

海上油田压缩机管理对放空的影响分析

海上油田正常生产投用的火炬,在压缩机等天然气设备运行不合理时,可能会导致放空量的产生,不仅造成天然气资源浪费,而且在一定程度上也会造成环境的污染。本文通过对油田压缩机管理的提升,选择合理工况,摸索出合理的运行参数,消除压缩机放空量的产生,达到了节能减排的目的。

天然气冷放空模拟及实验研究

天然气放空是输气管道生产运行过程中的重要环节,是压力、温度、放空流量都随着时间变化的复杂过程。基于放空管道的实际情况,对相关规范所推荐的计算方法进行改进完善。改进的模型考虑了出口临界流动和亚临界流动的放空计算,研究放空管阀门开度、天然气气体膨胀导致的内能变化对管道放空的影响。该模型的计算结果与工程实际中的管道放空数据大致吻合,为以后的生产调度和事故维抢修提供了技术支持。

井口点火放空装置在天然气井处理中的绿色环保作用评价

天然气是清洁能源,其开发利用有助于减少酸雨形成,减缓地球温室效应,从根本上改善环境质量。天然气在冬季生产过程中,经常需要井口放空处理,如果直接将天然气排入大气中,则会造成环境污染;如果不进行放空,则不利于气井的正常处理,存在环境污染与气井管理的矛盾。针对这个问题,引入了井口点火放空橇,通过管线与气井井口采气树相连接,利用车载小型气液分离器将天然气进行气液分离,液体排入储液灌,天然气则在井口直接点火燃烧,有效避免了环境问题,又解决了气井的处理需求。井口点火放空橇体积小,以车载方式移动,施工时安装连接方便,两个小时内可完成施工作业,投入产出比为1.00∶4.34,推广应用前景广阔。

基于拉法尔喷管的新型放空立管可行性研究

针对传统放空立管介质出口速度小、扩散高度低等缺点。文章基于理论分析和模拟的手段对新型放空立管进行可行性研究。结果表明,放空介质动能来源于进出口压差及介质焓值,放空过程是一个压降、温降过程;通过对新型放空立管合理设计,在不改变进出口条件下,可比传统立管出口速度提高37.5%~41.7%,提高可燃气体的扩散高度,降低对地面工作人员的潜在危害。该新型放空立管切实可行,可为今后放空立管的设计提供新的思路。

输气管道超量放空分析与计算

为研究输气管道超量放空的流动状态、噪声、放空反力、低温工况,保证放空作业安全可靠,文中采用OLGA软件建模的方法,结合实际案例计算放空参数,根据计算结果分析了输气管道超量放空对管道运行的影响。得出结论:建议放空阀初始开度不高于20%,然后逐步加大放空阀门开度;放空马赫数不超过0.6,防止噪声超标;放空立管基础设计时需考虑放空反力载荷;放空立管需考虑风载产生的弯曲应力,校核低温低应力工况。

冷放空天然气火灾爆炸事故影响范围模拟

针对冷放空作业中的意外火灾、爆炸事故,许多研究单一从冲击波超压方面考虑伤害范围,一旦发生火灾,热辐射强度也非常强,研究不同影响因素下火灾的热辐射伤害范围十分必要。首先,分析放空压力6 MPa和放空速率20×10~4m~3/h时冷放空天然气火灾的热辐射影响范围和冲击波超压影响范围,然后,模拟不同放空速率和不同放空压力下热辐射的影响范围和冲击波超压的影响范围。结果表明,在模拟工况下,放空压力对热辐射强度影响更大,热辐射导致的轻伤距离最远达到269.72 m;在模拟工况下,放空速率对冲击波超压影响更大,冲击波导致轻伤的最远距离达到198.00 m。在实际工程中,控制放空压力和放空速率对减轻意外火灾爆炸事故的后果极为重要。

海上平台强引射放空火炬流动特性数值研究

针对一种强引射放空火炬,应用Fluent软件对辅助引射器和火炬头的流动特性进行了数值模拟研究。基本型计算表明,辅助引射器的引射系数为3.25,火炬头的引射比为0.77。正交分析表明,辅助引射器优化参数组合为:混合管道扩张角4°、喉部环空间隙7.5 mm、燃气入口直径7 mm、空气入口直径60 mm,优化结构引射系数为6.30;火炬头优化参数组合为:筒体扩张角7°、防风罩间隙207 mm、辅助引射器数量8、主放空管深度242 mm,优化结构引射比为0.89,引射性能提高16%。

带报警装置爆破片在高含硫天然气放空系统中的应用

高含硫天然气生产现场常见爆破片等安全保护装置,标准中规定爆破片更换周期2-3年,期间爆破片破裂难以及时发现,给安全生产带来隐患。基于姜一昌、温殿江等人设计的一种爆破片运行状态监测装置理论研究,在爆破片环缝圆板上设计1根固定报警导线,爆破片破裂时环缝圆板张开将其上固定的报警导线拉断,通过信号远传让操作人员及时发现爆破片破裂,从而第一时间更换爆破片。现场应用表明:带报警装置爆破片能够让值班室操作人员迅速发现爆破片破裂并及时更换爆破片,可有效预防长明火场站的火源通过破裂的爆破片越过阻火器进入气田水罐,防止安全生产事故的发生,对长明火和阻火器易堵塞的高含硫场站具有一定的推广应用价值。

浅谈分级放空系统在压气站场的应用

传统的压气站紧急放空系统操作简单,放空时同时打开放空阀门,但这会导致放空量非常大,从而造成放空系统的流速高,噪音大,背压高并且增加了热辐射和爆炸极限的范围。因此设计需要增大放空管径,提高放空立管的高度,增加放空立管和压气站之间的间距。

导管架注水放空系统测试技术研究

导管架注水放空系统是深水滑移下水导管架安装作业的关键附属装置,主要用于海上安装深水导管架时对其进行扶正。在深水导管架的安装过程中,注水放空系统一旦发生故障,会严重影响整个海上安装计划,造成巨大的经济损失。因此,为保障注水放空系统质量,验证注水放空系统功能完整性,其关键部件出厂测试(FAT)、系统总装后出厂测试(FAT)、配套设备使用前测试和系统安装到导管架后的系统集成测试(SIT)是非常必要的。本文对导管架注水放空系统相关测试技术进行研究,相关研究成果在南海某工程项目中推广应用,为后续深水导管架项目提供参考。

低温氢气火炬燃烧放空特性数值模拟研究

放空火炬系统作为氢液化、储运、加注等关键装备的末端保护屏障,在紧急处理大规模失衡氢气时起着关键作用。建立了低温氢气火炬燃烧排放过程的工程物理模型和三维CFD数值计算模型,对氢气放空燃烧过程进行数值模拟,评估了不同放空温度条件对火炬火焰燃烧特性及热辐射分布特征的影响。研究结果表明,在低温氢气燃烧排放过程中,由于冷氢气与空气混合不充分,射流火焰更易受环境影响,导致火焰形态及热辐射场分布特征变化明显;随着氢气排放温度接近环境温度,氢气密度减小,流速增大,火焰体积、热辐射场中心偏移距离、偏移角度均以逐渐减小的趋势变化。相较于低温排放(43 K)情况,排放温度为293 K时火焰体积、热辐射场中心偏移距离以及偏移角度分别减小了53.77%、78.18%和49.75%,印证了低温条件会为火炬放空作业带来极大的危险性。研究可为放空火炬系统的布置设计和氢安全控制策略的制定提供指导。

蒸汽放空阀噪声传播分析及结构优化

针对某化工厂DN100-PN63蒸汽放空阀在开度0~60%的振动噪声问题,基于分离涡算法和M9hring声类比理论,采用Fluent和Actran软件对开度为40%的阀门进行真实工况的流场和声场数值模拟分析,研究阀门内部流动情况及阀门内、外噪声分布情况,提出4种改进结构,并分别对其流场和声场进行深入的对比研究。结果表明:原结构阀门内部存在多处涡旋;阀内件和孔板的高马赫数(Ma>0.2)区域约占90%,且存在超音速流动区域,极可能产生较大的冲击波并产生激波啸叫;离阀门及管道1 m处的噪声达116 dB(A),具有宽频特性,并有明显的四极子声源特点;与原结构相比,改进后的4种阀内件对涡旋的消失起到了促进作用,具有明显的降噪效果。

输气管道站场放空管扩散事故模拟分析

针对如何确定输气管道站场放空管内天然气燃烧时释放的辐射量对周边环境的影响程度,建立了放空管扩散事故模型,使用安全评估软件PHAST 6.51模拟计算出在不同放空速率下的事故影响范围及变化特点,定量分析了不同放空速率对放空扩散范围、燃烧热辐射及爆炸超压后果的影响程度,以及大气稳定度对天然气扩散和对喷射火热辐射范围的影响,得出了模拟分析结论:随着放空速率的增大,天然气扩散范围逐步增加,热辐射及爆炸的影响范围也大幅增加;随着大气稳定度的增加,天然气扩散越困难,大气稳定度对喷射火热辐射范围无影响。

站场天然气放空扩散模拟程序设计

基于高斯烟羽模型的天然气扩散模拟可以使用C#开发来实现,并通过编写相应的算法代码,实现对天然气扩散过程的可视化和分析。根据程序运行结果,天然气达到燃烧或爆炸浓度的扩散范围与源强呈正相关,与风速呈负相关,符合实际情况,可以为站场预估放空风险提供有力支持,减少可能发生的火灾或爆炸事故。

天然气掺氢对站场放空系统的影响规律分析

为了掌握天然气掺氢后对站场放空系统的影响规律,利用ASPEN HYSYS流程模拟软件,分析天然气掺氢后放空系统的适应性。结果表明:天然气掺氢后安全阀额定泄放量始终大于所需泄放量,原安全阀能满足泄放要求;天然气掺氢不会导致放空系统运行温度超出设计范围,反而对放空管道的低温工况有明显的抑制作用;天然气掺氢会使安全阀背压轻微减小,不会导致安全阀背压及放空系统运行压力超压;天然气掺氢后放空系统管径均满足泄放要求;随着掺氢比例的提高,放空火炬的辐射热距离逐渐减小。

掺氢天然气放空过程自燃影响因素分析

目的天然气掺氢是大规模、长距离输氢的有效方式,但高压掺氢天然气在放空过程中,由于压力、温度、化学反应和静电摩擦等多种因素的作用而存在自燃风险,因此,对掺氢天然气放空自燃条件进行分析。方法基于流体力学、化学反应和电场理论,建立了放空过程流场、温度场、化学反应和电场耦合模型,研究了模型解耦求解算法;以西气东输一线管道某阀室放空管道为对象,分析了掺氢比、放空管内径、放空立管高度和放空压力对自燃的影响。结果掺氢比、放空管内径、放空立管高度与放空压力增大均会导致放空管各区域内气体最高温度升高与OH^(−)质量分数增大,而水平管长度对气体温度与OH^(−)质量分数无显著影响;在最接近自燃的放空工况下,气体温度与OH^(−)质量分数均未达到自燃条件。结论该阀室放空管道在现有的设计及运行条件下放空掺氢天然气时,不具备发生自燃形成稳定燃烧火焰的条件。

川气东送管道放空参数的计算

利用SPS软件建立了川气东送管道放空计算模型,模拟计算了不同条件下的放空时间和放空过程中的压力变化,进行了放空阀出口管径的比选。模拟结果可为合理组织天然气管道事故抢险提供技术支持。

输气管道工程放空系统的模拟计算

放空泄压在输气管道工程中是不可缺少的操作,如生产运行过程中设备或阀门的检维修、管道疲劳导致泄漏以及火灾等情况,需对线路或站场中的天然气快速泄压并安全的排放到大气中。安全阀的关键选型及利用TG NET和HYSYS软件对天然气管道进行放空模拟计算,可以分析并确定放空过程中放空量、放空时间和限流孔板的尺寸等重要数据。通过对天然气管道的深入计算分析,能够大幅度降低天然气的损耗并缩短放空时间,降低环境噪音,适用于长距离输气管道降压放空操作,同时也对实现站场及线路的日常管理,节约建设成本提供帮助。