二氧化碳长输管道投产置换过程模拟分析

CO_(2)管道是碳捕集、利用及封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术中连接CO_(2)排放地和封存地或注入地的关键环节,CO_(2)管道投产置换主要是利用N_(2)惰性且高吸水性的特点完成管道清洗干燥并为随后管道调试做好准备。目前关于CO_(2)管道投产置换的研究较为缺乏,通过SPS软件研究了延长石油某CO_(2)管道在不同输送介质组成、封存压力条件下的投产置换过程,并与天然气管道的投产置换过程进行对比,比较分析了CO_(2)与天然气投产置换过程所需N_(2)量、时间和升压所需气量的不同。结果表明:在压力升至CO_(2)临界点附近时,CO_(2)密度会发生突变大幅上升,且升高单位压力所需气量减少,并在升压结束时CO_(2)消耗量小于天然气消耗量。管内介质组成变化对N_(2)置换的影响不大,CO_(2)在管道内更易发生相变,不宜在置换完成之后直接升压投产。

CO_(2)管道泄漏过程减压波数值计算模型及初始温压的影响

[目的]超临界/密相CO_(2)管道是目前长距离运输CO_(2)的主要方式,由于超临界/密相CO_(2)管道维持高压运行,对其管材止裂韧性的计算评估极其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据,然而CO_(2)泄漏涉及跨相态减压过程,导致其减压波传递规律复杂,预测难度增加,影响管材止裂评估。[方法]为研究CO_(2)管道泄漏时减压波的传递规律,搭建了CO_(2)泄漏减压波实验平台,以均相流模型为框架,结合气体状态方程、声速模型及出流速度模型建立了减压波数值计算模型,通过将模型计算结果与实验数据进行对比,验证了模型的准确性,并以此为基础,开展了不同初始温度、压力下的数值计算。[结果]不同相态CO_(2)减压波平台的起始点波速均随压力的升高而升高,随温度的升高而降低。与气态CO_(2)不同,密相和超临界CO_(2)减压波平台的高度均随压力的升高而降低,随温度的升高而升高。温度和压力对减压波平台影响的本质为对初始熵值和密度的影响。减压平台的高度取决于初始熵值,对于气相,初始熵值越低,减压波平台越高;对于密相和超临界相,初始熵值越高,减压波平台越高。无论何种相态,初始密度越高,平台长度越长。[结论]实际工程中应重点关注起点高温高压位置的管道止裂,该实验方法和减压波计算模型可为CO_(2)管道止裂韧性计算评估和管道设计提供理论支撑。

“双碳”战略下中国CCUS技术现状及发展建议

碳捕集、封存与利用(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)是当前能够大规模降低工业CO_(2)排放的有效方式。通过系统分析国内外CCUS关键环节的发展现状,发现燃烧后CO_(2)捕集技术较成熟,燃烧前捕集技术分离系统较复杂,富氧燃烧技术制氧电耗大,三者要达到工业应用均需继续降低CO_(2)捕集成本及能耗。中国在CO_(2)管输工艺、管输安全及管输标准等方面已具备一定的技术实力,但缺乏工程验证和CO_(2)管道技术系列标准;CO_(2)封存项目规模较小,在回注方案、地面工艺系统及CO_(2)泄漏监测等方面尚未到工业化推广要求;CO_(2)在油气田开发、化工生产等领域的利用积累了丰富经验,但利用量较低,未来应从提高封存量和利用量两方面入手,降低CO_(2)封存成本。研究结果可为CCUS工程示范和商业化发展提供参考。

含杂质超临界CO_(2)管道减压波波速的预测模型

超临界CO_(2)管道断裂会在裂纹两端产生减压波,其波速计算是预测和控制管道断裂的关键。基于GERG-2008状态方程,结合均相流动模型与气液两相流声速计算模型,建立了含杂质超临界CO_(2)管道的减压波波速预测模型,并开发了相应的计算程序,分析了单元非极性杂质、单元极性杂质、多元混合杂质对超临界CO_(2)管道减压波曲线的影响。结果表明,非极性杂质的混入使超临界CO_(2)管道减压波曲线的平台压力升高,更易与管道断裂曲线相交,加剧管道断裂风险;极性杂质的存在能够小幅度降低超临界CO_(2)管道减压波曲线的平台压力,减小管道断裂风险。该模型可为管道止裂及杂质成分控制提供理论依据。(图4,表2,参25).