含杂质超临界CO_(2)输送管道停输再启动瞬态特性研究

为研究超临界CO_(2)管道停输后管内温度压力和相态变化规律,以国内某CO_(2)管道为研究对象,利用OLGA软件开展停输再启动瞬态数值模拟,探究不同工况及工质对管道停输再启动过程的影响。研究结果表明:在保证相态不变且下游用户流量不变的情况下,流量越大,最大停输时间越短,且管道中前部和管道高点较其他位置先出现相变;在相同工况下,H_(2)和N_(2)等非极性杂质的存在会使CO_(2)的相包线向上移动,最大停输时间减少;而H_(2)S和CO等极性杂质的存在会使CO_(2)的相包线向下移动,最大停输时间增加;停输再启动过程中,如果所含杂质的密度小于纯CO_(2)的密度,则含有该类型杂质的管道恢复稳定运行状态所需时间短于纯CO_(2)工质管道。研究结果可为相关单位制定CO_(2)管道设计方案和安全停输预案提供参考。

适用于超临界CO_(2)管道的稳态输送水力热力计算模型

超临界CO_(2)管道输送是碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)中的重要环节,由于超临界CO_(2)水力热力特性与气液有明显差异,为满足实际CO_(2)管道工艺方案设计要求,需要建立适用于超临界CO_(2)的水力热力计算模型,为CO_(2)管道工艺设计参数选择及方案优选提供理论支撑。基于此,以考虑高程差的管道稳态连续性方程、运动方程、能量方程三大守恒方程为基础,结合相平衡实验选择适宜状态方程计算纯CO_(2)或含杂质CO_(2)的物性参数,采用四阶龙格—库塔法迭代数值求解,通过C++语言采用自适应步长设置来满足实际高程变化影响,自主编程得到了一维非等温考虑地形起伏的超临界CO_(2)管输稳态水力热力计算模型,并分别通过实验和OLGA软件从多个方面验证了模型具有较高的精度。利用建立的模型研究杂质含量及种类对CO_(2)管道稳态输送过程的压降和温降的影响,得到杂质种类对压降和温降的影响规律:O_(2)、N_(2)、H_(2)O、CO、Ar、H_(2)、CH_(4)等杂质对温降数据有相同的趋势,几乎不存在影响;在压降数据上发现H_(2)O杂质会导致压降减少,其余杂质均会造成不同程度的压降增加,影响程度体现为H_(2)>CO>N_(2)>CH_(4)>O_(2)>Ar。结合CO_(2)的独特性质,针对超临界CO_(2)管道稳态运输的计算不应当忽略高程差的影响,同时也应注意杂质导致的温降和压降的变化。

我国现代煤化工产业清洁高效利用战略研究

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的集群化部署是推动现代煤化工产业实现清洁高效利用的重要引擎。为了解决我国现代煤化工产业碳排放强度大、碳减排成本高等问题,本文在收集整理我国现代煤化工产业已投产及在建、拟建项目的产量或产能数据的基础上,通过运用二氧化碳捕集潜力计算模型,以及构建的现代煤化工CCUS项目源汇匹配模型,分别研究了我国现代煤化工项目的分布情况、碳排放量情况、CCUS项目的二氧化碳捕集潜力、CCUS项目的源汇匹配情况,以及CCUS项目的全流程成本。研究结果表明:1)当今,我国现代煤化工产业已形成了以“三西(蒙西、陕西、山西)+宁夏”为核心,以新疆、青海2省(自治区)为补充,以东部沿海省份为外延的现代煤化工产业格局。2)在考虑了在建和拟建的现代煤化工项目后,我国现代煤化工产业的碳排放量呈现出了显著上升的趋势。截至2020年,我国在建的现代煤化工项目的二氧化碳年排放量预计为26388万t,拟建的现代煤化工项目的二氧化碳年排放量预计为64479万t。3)截至2020年,我国现代煤化工CCUS项目对二氧化碳的年捕集潜力为55622万t,其中内蒙古、陕西、新疆、山西是我国现代煤化工CCUS项目碳捕集潜力最大的省份(自治区),二氧化碳年捕集潜力分别为14873万t、9988万t、8088万t、4000万t。4)在兼顾了二氧化碳捕集规模与管道运输经济性的省份(自治区)之中,内蒙古及陕西与鄂尔多斯盆地、山东与渤海湾盆地、新疆与鄂尔多斯盆地及准噶尔盆地、江苏及浙江与苏北盆地分别形成了良好的源汇匹配关系。5)从CCUS全流程成本和碳捕集潜力及源汇匹配关系的角度来看,陕西、山东、江苏、浙江4省是适合优先运用现代煤化工CCUS技术的省份。

含硫原油对X65钢的腐蚀行为研究

海底管道在输送含硫原油的过程中,因原油含水量较高容易造成管道腐蚀,甚至产生腐蚀泄漏等严重后果。为此,开展海上原油(硫含量质量分数1.79%)对X65管线钢的腐蚀速率测试、腐蚀产物分析、点蚀形貌观察,并自配不同硫含量和含水率的原油(硫含量和含水率都按照质量分数进行配比,且硫含量和含水率都不高于3%)进行腐蚀速率测试。结果表明:X65钢表面腐蚀产物分布不均匀,产生点蚀现象;腐蚀的主要原因是氧化性硫的作用;当硫含量和含水率都在3%以内时,X65钢的腐蚀速率基本与原油中的硫含量和含水率呈线性递增关系;温度对腐蚀速率影响不大。

剪切历史对胶凝原油结构强度的影响

针对不同剪切历史作用后的长庆原油,测试其表征结构强度特征的凝点和储能模量的实验研究。通过改变剪切强度以及剪切作用时间,模拟长庆原油在不同管输条件下的管流剪切历史,测量经过不同剪切历史后含蜡原油的凝点和储能模量的数值。实验结果表明:在一定条件下随着原油装样温度的降低,原油的凝点是降低的;在高剪切长时间作用下长庆原油的凝点和储能模量是降低的,在低剪切长时间的作用下,原油的凝点和储能模量是升高的。

纳米技术在含蜡原油管道输送中的应用

总结了含蜡原油管道加剂综合热处理工艺技术的局限性和纳米材料的特殊效应,讨论了将纳米技术用于含蜡原油降凝降粘管道输送的优越性,在秦京线迁安—宝坻工业管道、宝坻—宝坻中试环道进行了纳米材料改性含蜡原油的现场应用试验。结果表明纳米材料改性剂可参与石蜡的结晶过程并影响晶体的结构,使低温原油的内部结构强度减弱并且动、静态时效稳定性变好,有效改善了含蜡原油的低温流动性,其降凝降粘效果明显优于传统的化学降凝剂,可实现含蜡原油的安全、节能输送。

物理老化对玻璃态高聚物非线性蠕变行为的影响

在不同应力水平下对经历不同老化时间的有机玻璃(PMMA)进行常温蠕变测试,分析物理老化和应力对材料蠕变柔量函数的影响.分析表明,老化时间对PMMA蠕变行为的影响满足流变简单性规律,即不同老化时间的蠕变柔量曲线可以沿对数时间轴平移而叠加到参考曲线上.取最长的老化时间为参考状态,依时间-老化时间等效原理,得到了各应力水平下的蠕变柔量主曲线.老化移位因子与老化时间在双对数坐标图上呈现线性关系,其负斜率就是老化移位率.结果表明,老化移位率随应力的增高而减小.

物理老化对PMMA准静态力学性能的影响

研究物理老化对玻璃态高分子材料力学性能的影响。通过单轴拉伸和蠕变测试,分析了物理老化时间对PMMA瞬时弹性模量、断裂强度以及等时蠕变柔量的影响。结果表明,在文中讨论的老化时间范围内,初始瞬时弹性模量和断裂强度随对数老化时间的增大而线性递增,而等时蠕变柔量则与对数老化时间成线性递减关系。此外,不同应力下等时蠕变柔量的实验结果显示,提高应力起到了加速老化的作用。

热历史对含蜡原油结构破坏与恢复的影响

含蜡原油热处理的温度、降温速率、重复加热次数等热历史条件对含蜡原油低温形成的结构强弱、破坏结构的程度及破坏后结构的恢复都有直接影响。采用恒剪切法对长庆原油经历不同热历史处理后的表观应力进行测试,结果表明:在一定温度范围内,含蜡原油的破坏度随着热处理温度的增加、降温速率的减小及加热次数的增加而升高,且恢复度逐渐降低。

管输原油物性变化和加剂效果分析

津华线投产以后,经过持续监测发现,管输原油物性发生了较大的变化,同时降凝剂作用的稳定性也随之降低,管输油品凝点随着输送距离的增加而逐渐升高。首先通过对投产之前、投产初期、正常运行之后油品物性监测,揭示出津华线投产前后不加剂冀东油凝点由21℃升高至28℃,同时降凝剂的作用效果逐渐减弱的现象;而后从热处理温度、取样问题、流速变化、降凝剂失效等方面进行了现场跟踪对比测试,进一步确定降凝剂作用效果存在稳定性不足的问题,并得出管输过程中只要热处理温度足够,加剂油凝点仍可恢复到较低水平的结果;最后指出将进一步改进降凝剂以提升降凝剂的性能。

埋地保温管道和非保温管道停输温降规律对比研究

针对非保温、新建保温和在役多年保温三种保温效果差异性较大的热油管道,通过数值模拟,对比研究了其在停输过程中油温的变化规律和热力性能差异。结果表明:对于管段首端,停输时间较短时非保温管道的停输温降速率和温降幅度要大于保温管道,但随着停输时间延长,非保温管道的停输温降速率逐渐变小,同时非保温管道的停输油温开始高于保温效果较差管道的油温;对于管段末端,停输过程中非保温管道油温始终低于保温管道,但非保温管道停输温降速率总体要小于保温管道。针对不同管段保温效果不同的管道模拟也表明:非保温管道的降温速率并不一定是最快的。因此,在生产运行管理中,要注意保温管道与非保温管道在停输过程中的热力差异性,结合仿真模拟科学决策,杜绝简单惯性思维。

一种新的输油管道泄漏量预测方法

为了开发一种输油管道泄漏量预测方法,利用SPS仿真软件对输油管道泄漏过程进行了模拟,将泄漏过程分为初始阶段工况变化期和工况稳定期。根据输油管道压力波传导机理、运动方程、能量方程建立泄漏量计算模型,在泄漏位置和孔径未知的情况下计算随时间变化的泄漏量。利用此方法对SPS模拟工况进行计算并与仿真结果进行对比,在泄漏量小于100t时最大误差为37.89%;100～500t之间时最大误差为8.08%;500～1 000t之间时最大误差为7.72%。对比结果表明,计算误差满足维护抢修工程需要,为管道应急管理提供了技术支持。

可动胶体技术在油气输送管道内的应用现状

近年来,可动胶体技术逐渐被应用于处理管道油气输送的现实问题,代替了部分传统产品和技术,于在役管道的运营和维护中发挥着重要作用。该研究阐述了可动胶体技术在管道内流动的原理研究,介绍了其在多油品顺序输送和管道内清理回收等方面的研究成果和应用现状,并讨论了该技术的应用难点和发展趋势。

Effects of stress and physical ageing on nonlinear creep behavior of poly(methyl methacrylate)

The effects of stress,ageing time and ageing temperature on creep behavior of poly(methyl methacrylate) were studied.After annealing above its glass transition temperature for a period of time to eliminate the stress and thermal history,the specimens were quenched and aged at various ageing temperatures for different ageing time,and then the short-term creep tests under different stress levels were carried out at room temperature.The creep strains were modeled by means of time-ageing time equivalence and time-stress equivalence,and the master creep curves were constructed via ageing time shift factors and stress shift factors.The results indicate that the creep rate increases with stress,while decreases with ageing time,and the ageing temperature history obviously affects the creep rate.For linear viscoelastic material,the ageing shift rate is independent on imposed stress,while for nonlinear viscoelastic material,the ageing shift rate decreases with increasing stress.The unified master creep curve up to 540 d at reference state was constructed by shifting the creep curves horizontally along the logarithmic time axis to overlap each other.It is demonstrated that the time-stress equivalence,united with the time-ageing time equivalence,provides an effective accelerated characterization technique in the laboratory to evaluate the long-term creep behavior of physical ageing polymers.

控应变流变仪测试含蜡原油的胶凝过程

含蜡原油的粘弹性参数储能模量G′和耗能模量G″可用来表征原油内部结构特征,它们在凝点和倾点附近随温度变化特性能够描述含蜡原油的胶凝特性和流动特性。采用ARES-G2控应变流变仪对大庆原油和马岭原油进行不同温度的应变测试,结果表明:随着应变增大,原油从线性粘弹区过渡到非线性粘弹区,并且线性粘弹区范围随着温度的升高而增大。在线性粘弹区范围内对经50℃恒温热处理的大庆原油和经33℃恒温热处理的马岭原油进行振荡剪切温度扫描,降温速率分别为1℃/min和0.8℃/min,应变为0.5%,频率为1Hz。结果表明:储能模量曲线和耗能模量曲线的两个交点温度可分别用以表征原油的凝点和倾点,且凝点和倾点之间符合线性经验关系。

用滞回曲线法表征含蜡原油的触变过程

随着温度的降低,含蜡原油发生胶凝,此过程中由于形成蜡晶结构,整个原油体系表现出触变特性,其对于输油管道停输再启动压力的计算起着决定性作用。采用滞回曲线法对大庆原油和马惠原油的触变过程进行实验研究,结果表明:表征含蜡原油触变性相对强弱的滞回环面积的对数值随温度升高而线性递减,且偏差值都在1%以内。在凝点温度附近用滞回曲线法和按照SY/T7547-1996标准测得含蜡原油屈服值的结果偏差在10%以内,并且在凝点温度时该值偏差最小。

NPZ纳米降凝剂对石蜡晶粒电性能的影响

为了研究有机与无机纳米杂化材料降凝剂(简称NPZ)对高含蜡原油的作用机理,采用Zeta电位技术对添加了NPZ的大庆原油中石蜡晶粒的表面电荷及其与晶粒聚集、运动的关系进行研究,结果表明:大庆原油添加NPZ降凝剂后,石蜡晶粒的Zeta电位明显高于添加EVA降凝剂和未加剂大庆原油的Zeta电位,石蜡晶粒尺寸减小,蜡晶不易聚集,不能形成三维网络结构,因而使大庆原油具有良好的低温流动性,同时证明了NPZ对含蜡原油的作用机理中吸附作用占主导地位。

埋地热油管道非稳态传热的环道试验

借助大型埋地工业试验环道,模拟生产管道的投产预热和停输再启动过程,开展埋地热油管道传热规律的试验研究,从蓄热量、等温线等角度对土壤温度场的建立以及停输再启动后土壤温度场的恢复时间等问题进行了关联分析。研究表明:埋地管道的预热过程,投油7 d后,管外土壤等温线形态固定,但温度值随着时间的延长逐渐上移增大;投油10 d后,等温线呈椭圆形分布于管道周围,水平方向半径为1.2 m,垂直方向半径为0.9 m;在距离管壁1.4～2.0 m的范围内,土壤温度浮动较小。对于计划停输,再启动后的前3 h,土壤蓄热量的增长速率最大,需要保持原油温度的稳定,在再启动后的前10 h内,尽量减少工况变动,以利于土壤温度场的恢复。

用储能模量表征含蜡原油的屈服值

含蜡原油的屈服性能直接影响其管输安全,当温度降低时,含蜡原油析出的蜡晶与其中的胶质、沥青质相互作用形成具有一定强度的三维空间网络结构,在外剪切力作用下,该结构屈服裂降,存在一个屈服值,即屈服应力。通过应变扫描实验法对长庆、大庆、环江、冀东4种含蜡原油进行流变性测试,结果表明:含蜡原油在线性黏弹区内储能模量基本不变,应力与应变呈线性递增关系,其线性黏弹区随着温度的升高而增大;含蜡原油的储能模量与屈服值在双对数坐标图上呈现线性递增关系,可以用结构屈服系数表示含蜡原油屈服时结构的强弱,该系数等于储能模量和屈服值的对数比值。与其他方法相比,该方法获得的屈服值结果更加稳定,易于形成相关标准。(图2,表2,参9)

热油管道温度场模拟研究

在热油管道输送过程中,常遇到管道停输、环境温度降低等使得管道内油品冷却的工况,当油品温度低于临界值后,其物性将发生变化,从牛顿流体转变为非牛顿流体,流动性骤然下降,甚至引发油品在管道内凝结的凝管事故。凝管事故严重时会导致整条热油管道无法使用,不仅影响了输油系统的正常运行,还可能引发火灾、爆炸等安全事故,对环境和人员安全构成威胁。热油管道水热力数值模拟是查明原油管道运行规律、安全运行边界及进行可靠性评价的重要手段,而管道径向温度场的计算模型构建是数值模拟的关键。通过构建热油管道流动和停输状态下径向温度场的精细数值仿真模型,实现热油管道内部和外部径向温度场的统一求解。与国内某热油管道现场停输数据对比,该仿真模型的误差范围小于±0.5℃;经与商业软件FLUENT对比,验证了仿真模型的准确性。