喷淋作用下的深水测试放喷热辐射规律及关键参数

在深水天然气测试过程中,多相混合物会通过地面流程分离、泄压、加热后通过燃烧臂放喷燃烧,现场一般采用喷淋的方式来降低热辐射的影响。为了降低深水放喷测试作业时平台及燃烧臂的热辐射风险隐患,首先采用Thornton模型研究了火焰表面辐射能量、视角系数以及水幕透射率等参数,构建了喷淋作用下放喷火焰的热辐射通量计算模型,并结合现场燃烧放喷下的仿真模型,应用有限元软件分析了放喷喷淋影响下的火焰温度和辐射量变化规律。研究结果表明:(1)喷淋形成的水幕使靠近平台区域的温度和辐射量明显降低,放喷管道附近的辐射量由2 050 W/m^(2)减小到了1 840 W/m^(2);(2)在单个水幕的作用下,水幕吸收了一定的热辐射量,水幕温度从11.85℃上升到约26.85℃;(3)由于平台附近的空气中CO_(2)和H_(2)O含量较低,空气的热辐射吸收系数较小,温度主要受到热对流的影响,空气温度基本保持在26.85~36.15℃之间;(4)不同放喷管径和产量变化下平台附近区域的温度和辐射量变化趋势基本一致,管径减小使得辐射峰值增大。结论认为,该研究成果进一步明确了深水测试放喷不同工况下的热辐射分布,为深水地面放喷热辐射设计分析及安全控制提供了技术支撑。

深水测试密闭环空压力变化下的封隔器胶筒性能分析

为探讨深水测试双封隔器由密闭环空压力变化引起的变形与强度问题,建立双封隔器胶筒结构的力学分析模型。根据工作过程中封隔器间密闭环空压力的变化,对胶筒的密封性能进行分析,得到各胶筒的应变量、等效应力以及接触应力的变化情况。分析采用胶筒不同圆形倒角参数时封隔器胶筒与套管的接触特性,研究胶筒倒角参数对封隔器密封性能的影响,得出封隔器的优化结构参数。结果显示:各胶筒的应变量、等效应力以及接触应力均随密闭环空压力的增大而增大,其中下胶筒的增大幅度最明显;各胶筒变形量随着胶筒倒角的增大无明显变化,但等效应力随着胶筒倒角的增大均减小,而随着胶筒倒角的增大上胶筒和中胶筒的接触应力均增大,下胶筒的接触应力先增大后减小。因此,一定程度上增大胶筒倒角有利于提升封隔器的密封性能,倒角半径为0.75 mm时为最优结构。

管中管流体流动与管柱变形测量实验平台设计与测试

基于海上管中管结构承载特性设计了管中管流体流动与管柱变形测量实验平台。该实验平台可更换不同的内管尺寸,研究不同管柱组合的变形和海水流动响应,能够通过调节外管外流速度、内管内流速度、顶部张紧力大小及水深等模拟海上管中管流体流动和变形特性。该实验平台可帮助学生加深对海上管中管的结构、原理及其作用的理解,提高专业兴趣,还可以进行管中管结构动态响应创新性实验研究,培养创新意识,提高解决复杂工程问题的能力。

深水测试地面流程放喷热辐射安全

为了对深水地面放喷火焰的温度与辐射量进行研究,从而预测放喷过程中的安全范围。基于此建立喷射火焰的热辐射强度理论计算模型,并采用有限元分析软件模拟喷射火焰的热辐射分布规律。根据深水测试现场实际放喷管汇,研究臂长为25 m时,不同管径和不同放喷产量对喷射火焰热辐射分布规律的影响。研究结果表明:①放喷火焰呈纺锤形分布,火焰中心的温度与辐射量最大,随着距离增加,温度和辐射量逐渐减小;②相同放喷产量下,随着放喷管径增大,100 kW/m^(2)以上的辐射区域轴向和径向范围尺寸逐渐增大,且最高辐射量也逐渐增大;③相同放喷管径下,随着产量的增加,温度和辐射量整体上都有一定程度的增加。④总体温度与辐射量在趋势上呈先上升,达到峰值后再下降,后又有小幅度上升。相关研究结果为深水测试地面放喷安全评价提供了一定理论支撑。

波流载荷作用下的下入安装立管横向动态特性

为了研究海洋立管在下入水下设备安装过程的横向动态位移及其下部弯矩变化规律,建立了海洋下入立管的横向动态承载方程、波流载荷计算方程。结合网格离散、边界条件及计算求解稳定性的分析,应用Matlab求解了波浪速度、管柱壁厚和水深变化下的立管横向变形、最大位移和位置,以及位移及弯矩动态波动过程。研究结果表明:距离立管底部50 m内的横向位移、弯矩随时间周期性波动逐步增大,立管最大横向位移与波浪速度近乎呈正比,且弯矩波动幅度及最大弯矩均随海流速度的增大而增大;随着壁厚的增大,立管抗弯强度的增大使得立管的最大位移减小、底部的弯矩幅度减小;在相同张紧力系数下,随着水深的增大,最大横向位移增大、底部的弯矩波动周期减小、弯矩波动变化值减小,最大位移位置自水深“1/3”向海面靠近。研究结果可为海洋立管下入安装设备时的安全作业控制提供基础,并为下入设备分析的上部边界提供条件。