超临界CO_(2)管道输送流动保障分析要点探讨

近年来,随着碳捕集与封存的需求不断提高,CO_(2)管道成为关键支撑,大规模发展趋势明显。CO_(2)管道可采用气相、超临界相或密相输送的方式。相比气相输送,长距离CO_(2)管道采用超临界输送模式具有更好的经济性。与常规油品输送相比,超临界CO_(2)在输送过程中存在水击超压、热膨胀超压、降压相变、相变低温等问题,受超临界CO_(2)物性特点、输送工艺等影响,超临界CO_(2)流动保障值得系统性探讨。基于超临界CO_(2)输送工艺与运行特点,识别了超临界CO_(2)管道输送流动保障分析要点,探讨了超临界CO_(2)与常规油品的水击超压、热膨胀超压问题,具体开展了超临界CO_(2)计划性放空管体相态与温度分布研究。研究表明:超临界CO_(2)管道水击超压影响相对较小,但存在水击点下游降压相变风险;超临界CO_(2)管道停输后存在热膨胀超压风险;受地形影响,超临界CO_(2)管道计划性放空时存在不均匀相变与不均匀温度分布等问题;超临界CO_(2)管道计划性放空宜同步开展数值模拟分析,泄放过程温度监测方案还需进一步研究。研究成果可为超临界CO_(2)管道设计与运行提供相关借鉴。

基于热力学影响的氢气与掺氢天然气管道工艺安全问题探讨

天然气管道中掺入氢气输送或纯氢输送是推进氢能大规模利用的有效途径。由于氢气与天然气物性存在较大区别,氢气与掺氢天然气管道的运行安全是不可回避的问题。近年来,国内外开展了天然气管道掺氢输送的前期理论研究、输送工艺影响分析、末端适应性与低压先导试验,也建设了部分代表性的氢气管道,但尚未完全结合氢气物性对工艺安全问题进行深入研究,氢气与掺氢天然气管道的工艺安全问题值得进一步探讨。借鉴天然气管道设计与运行场景,从热力学对氢气与掺氢天然气物理特性的影响出发,对氢气与掺氢天然气管道工程设计面临的关键问题进行了梳理,通过理论分析与模拟研究探讨了热力学对管道工艺安全的影响规律,提出了工程设计的建议。研究表明:在相同压力下,较低的运行温度将增大氢气与掺氢天然气的绝热系数,导致泄漏质量流量升高;在相同泄漏场景下,较低的运行温度对泄漏后介质的热辐射、水平扩散和爆炸均具有正向提升作用;现有标准规范提出的潜在影响半径评价方法未充分考虑温度的影响,实际工程精细化评价中宜进一步考虑;紧急泄放下,氢气设备将面临更低的介质温度。研究成果为后续氢气与掺氢天然气管道的工程设计提供了借鉴。

高含硫气液混输管道在清管工况下的瞬态流动规律及优化设计

针对目前对高含硫气液混输管道清管工况瞬态流动规律认识不足,导致管道设计压力与终端段塞流捕集器尺寸不好确定的问题,以某高含硫气田为例,采用数值模拟方法,研究了清管过程中管道起点压力、管道终端排液量等参数的变化规律,分析了管内气相流速与原料气气液比对清管工况的影响,进而提出了高含硫气液混输管道设计压力与终端段塞流捕集器尺寸的优化确定方法：①当管内气相流速介于2～6 m/s时,清管中管道起点压力超压现象不明显,清管时宜将管内气相流速控制在此范围内;②当管内气相流速或气液比减小时,清管中管道起点压力峰值和终端排液量均将增大,但不同管道的增大幅度并不一致,管道越长、高程差越大,其增加幅度越大;③在设计阶段,应根据管道运行后期可能会遇到的低管内气相流速与低气液比工况参数来确定管道合理的设计压力与段塞流捕集器尺寸.该成果可为高含硫气液混输管道的优化设计与清管操作提供依据.

试压工况下盾构隧道内输气管道应力分析

目前输气管道的应力分析主要针对普通埋设管道,对隧道内的输气管道(尤其是在试压工况下)的应力分析还比较少,一般情况下管道试压压力大于运行压力。因此,有必要分析试压工况下穿越输气管道的应力分布情况。为此,采用CAESARⅡ建立了试压工况下XX竖井盾构隧道穿越管道的应力分析模型,得到了穿越管道的应力分布情况,确定了应力关键点,校核了管道强度,通过实例分析发现管道应力的最大值在管道的弯管处。一次应力、二次应力和管道自重引起的应力对比分析结果表明,在试压压力较高的情况下,内压是产生管道应力的主要因素,而温度、管道自重对管道应力的影响很小。最后建议:在穿越管道的设计中应进行试压工况下的应力分析,以便找出应力集中点,采取相应的工程措施,保证穿越管道的安全运行。

考虑腐蚀缺陷的管道内检测周期优化方法

内检测是进行风险识别,保障油气管道安全运行的重要手段。为了平衡风险与成本,确定最优的腐蚀管道内检测周期,提出了基于成本的以失效概率阈值为决策变量的内检测周期优化方法。利用蒙特卡罗仿真技术计算了管道的可靠性和总成本率,以最低总成本率确定管道最优失效概率阈值,从而得出最优内检测周期。采用某天然气管道的实际数据对提出的方法进行了论证和敏感性分析,结果显示最优内检测周期随着缺陷初始深度和缺陷深度生长速率的增大而减小,缺陷初始深度变异系数和失效成本对最优内检测周期无显著影响。所提出方法可以在风险和成本之间寻求平衡,有效地确定腐蚀管道的最优内检测周期,能定量评价腐蚀缺陷相关参数对管道内检测周期的影响,具有一定的先进性。

CAESARⅡ软件在大口径厚壁钢管应力分析中的可靠性研究

输气管道(大口径厚壁钢管)设计的合理性直接关系到管道运营的安全性,而目前该类管道结构设计仅依赖于经验参数,所以管段的应力分析在管道设计中显得极其重要。以大口径厚壁钢管的简化模型为例,进行了管道应力的理论分析及计算;同时,采用CAESARⅡ软件建立相应的管道应力分析模型,得到管道应力分布情况。将2个应力分析结果作比较,发现理论计算值与软件模拟值的最大误差在标准允许范围内。因此,CAESARⅡ软件在大口径厚壁钢管中的应力分析是可靠的。

基于LedaFlow和Fluent的冲蚀临界速率研究

利用水力压裂技术开采页岩气,生产过程中会携带泥砂等固体杂质。气体携砂在管道中流动时,速度过大会对弯头等关键部件产生冲击,从而造成冲蚀,对管道安全运行造成隐患。基于LedaFlow的API RP 14E冲蚀临界速率预测模型对页岩气管道携砂能力进行模拟计算,分析了管道直径、压力、流量对冲蚀临界速率的影响,并通过Fluent数值模拟计算出冲蚀临界速率对应的管壁最大冲蚀损失量,从而给出冲蚀临界速率和管壁最大年冲蚀损失量的关系式,既弥补了LedaFlow无法计算出管壁冲蚀损失的问题,也简化了Fluent的复杂计算过程,为实际生产提供参考。

CN页岩气田地面建设标准化体系的建立及应用

页岩气是以吸附状态和游离状态赋存于泥岩及页岩中的天然气,具有开采寿命长、压力和产能衰减快、生产周期长等非常规特点。随着中国页岩气田规模化开采和滚动开发模式的应用,页岩气田在地面工程建设中逐渐呈现出集输规模不确定性强、管网和站场布局适应性差、建设周期长、工业装置配套难度大、投资高等诸多问题。为了解决这些问题,构建了一套以“标准化工艺流程、模块化功能分区、橇装化高效设备、系列化装置组合、数字化管理”为核心的标准化建设体系。通过CN页岩气田地面建设标准化体系的实践应用,克服地面建设难点,缩短地面建设周期,节约地面建设成本,为中国页岩气田地面建设标准化设计体系提供一定的借鉴。

油气田天然气放空分析

目前,各油气田在生产过程中存在大量的天然气放空现象,造成严重的资源浪费和环境污染。对放空天然气进行回收,不仅符合国家发展大趋势,还有利于企业提高天然气产量、增加收益、树立企业正面形象。

CAESAR Ⅱ在大口径、厚壁管中的可靠性研究

为了验证CAESARⅡ软件在大口径、厚壁管应力分析中的可靠性,有必要了解管道应力分析的基本原理,熟悉软件的工作环境。在大口径、厚壁管的简单实例中,对管道应力进行了理论分析,计算出管道上各约束的受力、管道各点应力及管道上各点位移;同时,采用CAESARⅡ软件建立管道应力分析模型,加载管道约束,得到管道应力分布情况,直接显示出计算结果。将两种应力分析结果作比较,发现理论计算值与软件计算值相差不大。因此,CAESARⅡ软件用于大口径、厚壁管方面的应力分析是可靠的。

人工神经网络预测管道冲蚀速率研究进展

本文系统综述了近年来采用人工智能方法对固体壁面受固体颗粒冲击摩擦导致质量损失现象的研究成果,回顾了现有的理论与实验研究结论,分析了人工智能方法的优势及与传统研究方法的互补性。从数据来源的角度分类,讨论了以实验数据为基础及以CFD模拟为基础的人工神经网络方法预测结果。同时,简要介绍了最新的应用支持向量机、随机森林等方法进行冲蚀研究的案例。近年来的研究结果表明,人工智能方法在管道冲蚀现象的研究中具有很高的应用潜力,将在未来管道完整性管理水平的提升及管道智能化建设的加速中发挥重要的作用。

天然气站场放空系统有关标准的解读及应用

放空系统是天然气站场安全设施的重要组成部分,其设置应严格遵循相关标准规范,通过各种工况分析确定。结合川渝气田在放空系统设置的实际情况和应用经验,根据目前工程集输设备设置及技术水平,通过合理解读国内现行标准GB 50183-2004、GB 50350-2005、GB 50251-2003中的相关规定,并加以分析论述,提出适合现阶段工程设计的推荐性做法,以提高对天然气站场放空系统的认知或者优化该部分的设计。

土库曼斯坦某气田清管工艺优化

土库曼斯坦某气田集输采用多井集气、气液混输工艺,在处理厂集气装置终端设置2台段塞流捕集器,单台容积150m3,设2台缓冲沉降罐,单台容积100m3。为确保气田集气干线清管过程的安全平稳,同时复核下游段塞流捕集器和缓冲沉降罐的有效性,利用目前较为先进的多相流动态模拟软件OLGA分别对各干线的100%、75%、50%和25%输量工况下的清管工况进行动态模拟。模拟结果表明:①气田处理厂集气装置段塞流捕集器和缓冲沉降罐容积设计合理,能保证大部分清管工况的平稳安全;②低输量工况清管前,应临时增加产量,提高管道持液能力,减少清管液量;③小产量清管过程中,应降低输量,同时控制清管速度在0.3m/s以上,延长清管时间,充分利用下游管道排液能力,减少液体在段塞流捕集器和缓冲沉降罐内的聚集。

页岩气中不同耐蚀合金堆焊弯管腐蚀行为研究

页岩气采集系统介质复杂,易造成设备及管线内腐蚀穿孔泄漏,严重影响页岩气田正常开发与生产。把碳钢冷弯管、堆焊825冷弯管和堆焊316L冷弯管设计成实验管段,通过模拟喷砂实验及现场实验研究不同材料的耐蚀性能。结果表明,碳钢冷弯管受冲刷腐蚀影响较大且容易出现点蚀,堆焊825冷弯管和堆焊316L冷弯管冲刷腐蚀影响较小且无点蚀。因此,页岩气开发用的弯管选用堆焊825冷弯管具有较高的性价比,可以满足实际需求,堆焊316L冷弯管可作为弯管的备选材质方案。研究结果可为页岩气田弯管选材提供参考。

集气干线清管液量计算及清管方案分析

以气液混输工艺的气田为例，对各集气干线各种运行工况下的清管液量的计算结果进行分析，从而合理确定下游处理厂的段塞流捕集器的规模，并对低输量下的清管运行操作提出建议。

地形起伏超临界CO_(2)管道两端阀室放空动态模拟

[目的]碳捕集,利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术作为实现碳中和的重要手段,其中CO_(2)的安全高效输送是关键环节。超临界相CO_(2)管道输送已在国际上得到广泛应用,国内现已基本掌握了超临界CO_(2)管道稳态输送的工艺规律,但对于具有起伏地形的超临界CO_(2)管道放空作业的动态规律和安全风险认识尚不够深入。[方法]借助OLGA软件,建立具有起伏地形的超临界CO_(2)管道两端阀室放空物理模型,开展管道放空的动态模拟分析,揭示了放空过程中主管道内低温现象的物理本征,探讨了地形起伏超临界CO_(2)管道放空过程中的关键问题,特别关注了地形起伏对相态变化、低温风险及干冰生成的影响,提出了控制背压的安全放空方案。[结果]具有地形起伏超临界CO_(2)管道放空应尽量避免在高压、低温下进行;需设计适宜的放空管径和开度,以规避低温脆断、干冰生成等风险;所提出的放空方案在具体地形条件下表现良好,能有效解决主管道放空过程中低洼地段的极致低温问题,并对放空出口的危害较小。[结论]研究成果为地形起伏地区超临界CO_(2)管道的安全放空工艺设计与工程建设提供了理论支持,对工程实际应用具有参考价值,有助于保障CO_(2)管道的安全高效输送。