海域可燃冰开采集输工艺探讨

可燃冰是世界公认的清洁高效能源之一。中国南海神狐海域2次可燃冰试采显示,该海域可燃冰矿藏呈现游离气和水合物共存的特征,且多分布在泥质粉砂黏土中;采出流体特性具有CH4含量高、产砂及出水量大的特点。针对南海神狐海域可燃冰特点,提出了水下气液分离的预处理方案,对比分析了水下气液分离+砂液回注、气液分输+平台砂液处理、气液混输+平台砂液处理3种集输方案的优缺点。针对水下气液分离+砂液回注方案,探讨了总工艺流程、水下分离工艺和平台工艺流程,论述了方案的可行性。进一步考虑了工艺流程中存在的出砂、水合物二次生成问题,为可燃冰输送过程安全高效运行提供支撑。研究思路和方案设计对中国南海可燃冰矿藏的开发具有一定的参考意义。

黄麻固定化漆酶去除水中Cd^(2+)和刚果红

本文通过酶固定化技术合成漆酶-黄麻复合材料(L-SJ),以Cd^(2+)和刚果红(CR)为模型污染物,通过批处理法研究了黄麻和复合材料对Cd^(2+)和CR的等温去除规律,考察了漆酶浓度、温度、pH和离子强度对Cd^(2+)和CR去除的影响,并结合红外光谱图探讨其去除机制.研究发现,黄麻和复合材料对Cd^(2+)和CR的去除曲线均符合Langmuir等温吸附模型,复合材料对Cd^(2+)的去除高于黄麻,增大约1.71—1.96倍,但降低了对CR的去除.黄麻与复合材料对Cd^(2+)的去除均表现为放热反应;随pH的增大,黄麻对Cd^(2+)的去除先增大后趋于平稳,而复合材料则不断增大;随离子强度的增大,黄麻与复合材料对Cd^(2+)的去除不断下降.黄麻与复合材料对CR的去除随温度、离子强度的升高而增大,随pH的增大呈现先增加后降低的趋势.漆酶效能实验发现,NaOH预处理、戊二醛改性和漆酶负载均增大了复合材料对Cd^(2+)的去除,NaOH预处理和漆酶负载也增大了复合材料对CR的去除,但戊二醛交联后黄麻却降低了CR的去除能力,降低量远远高于NaOH改性和漆酶负载增加量.复合材料对Cd^(2+)的去除机理以静电引力和络合反应为主,漆酶作用为辅,对CR的去除以表面吸附为主,漆酶作用为辅.

铬铁高温合金恒温氧化动力学行为研究

基于金属氧化理论和扩散控速机制,建立了铬铁合金平板高温氧化动力学模型,研究了合金成分、温度、气氛、氧分压等因素对合金氧化行为的影响。结果表明,该氧化动力学模型可较好地定量描述铬铁合金平板氧化过程,模型拟合结果与实验结果吻合程度较好。铬铁合金的氧化特征时间tΦ约为(3~4)×10^(-14)s,氩气中tΦ随合金中铁含量增加总体呈下降趋势,氧分压对合金氧化速率的影响不显著,铬铁合金在氩气中的氧化平衡产物均为Cr_(2)O_(3)。依据高温合金的抗氧化标准,铬铁合金在空气中可达到抗氧化和次抗氧化的评级标准。

新型双压Linde-Hampson氢液化工艺设计与分析

为降低氢液化厂的生产能耗与投资成本,加快我国氢能商业化、民用化的发展,本文提出了一种采用液化天然气(LNG)预冷的新型双压Linde-Hampson(L-H)氢液化工艺系统。系统的设计液氢产量为5t/d,采用膨胀降温与换热冷却相结合的方法实现了对氢气的深冷。借助Aspen HYSYS软件对工艺流程展开了详细的模拟计算与分析,结果表明,该氢液化系统的比能耗为9.802kWh/kgH_(2),㶲效率为41.4%,系统的总㶲损失为1373.3kW,其中换热设备的㶲损失占主要部分;在对系统中关键参数进行的灵敏度分析中发现,氢气预压缩压力在2~4MPa范围内变化对液化系统的比能耗和氢气液化率影响较大,而LNG的加压压力对系统性能影响较小。新型氢液化工艺系统设备简单,投资成本较低,具备良好的液化性能,在未来中小型氢液化厂的建设中优势明显。

气体超声速凝结与旋流分离研究进展

超声速旋流分离技术是天然气加工处理领域的一大技术创新,它将膨胀降温、旋流式气/液分离、再压缩等处理过程集中在密闭紧凑装置中完成。本文总结了超声速旋流分离装置种类、原理及优缺点,并从理论分析、数值模拟、实验和现场应用等方面回顾了易凝气体低温凝结理论和超声速旋流分离技术研究现状和最新进展。大量实验及现场应用均表明超声速旋流分离装置具有结构紧凑轻巧、节能环保、安全可靠等优点,同时该技术的应用不断趋于多元化,从传统的脱水、脱重烃逐渐向脱酸气和天然气液化领域拓展,应用前景广阔,但在应用过程中也存在液滴二次蒸发与能量损失较大等问题。下一步研究工作可以从多组分混合物凝结过程的交互作用机制、凝结液滴的运动特性和碰撞聚并机理等方面入手,在此基础上探索提高凝结效率和降低能量损耗的方法,以促进超声速旋流分离技术多元化的工业应用。

三组分气体超声速凝结过程数值模拟与实验研究

结合液滴成核与生长模型,以及气、液流动控制方程建立了超声速凝结流动数学模型,对空气+水+乙醇三组分(双可凝)气体超声速流动条件下凝结特性进行了数值计算,研究了三组分气体超声速凝结特性影响因素,通过与空气+水双组分(单可凝)气体对比,分析了第二种可凝组分对凝结成核的影响,并开展了实验验证与对比分析。结果表明:随着三组分气体中乙醇含量的升高,Laval喷管内成核率、液滴数均增大,但成核区收窄,液滴生长区向前移动;在入口可凝气体为饱和状态下,升高入口温度与压力均能促进凝结的发生,使Wilson点向喉部移动,进而提高出口气体湿度;与双组分气体相比,三组分气体发生凝结的Wilson点更靠近喉部,出口湿度更大,说明三组分气体发生凝结时,两种可凝气体的凝结过程是相互促进的;Laval喷管沿程压力及Wilson点测试结果与数值计算结果吻合较好,说明所建立的数学模型具有较高的准确性。

入口压力对天然气超声速液化特性的影响

为研究入口压力对天然气混合物超声速液化特性的影响规律,建立了三维双组分天然气混合物超声速凝结流动数学模型,对Laval喷管内双组分混合物凝结流动进行了数值模拟,得出了沿Laval喷管轴向的参数分布,通过开展双可凝组分气体凝结相变实验,对比发现数值模拟与实验结果基本一致,说明了所建立的数学模型及计算方法的正确性。还研究了入口压力对甲烷-乙烷混合物超声速液化特性的影响,结果表明,保持Laval喷管入口温度及组成不变,增大入口压力,混合气体成核位置前移,成核率、平均液滴半径、液相质量分数均随之增大,即入口压力越大,混合气体在Laval喷管内越易发生凝结,在实际生产中可以通过调节入口压力来促进天然气的凝结,提高Laval喷管的液化效率。

入口温度对天然气超声速液化性能的影响

为揭示入口温度对天然气混合物超声速液化特性的影响,本文建立了双组分天然气混合物超声速凝结流动数学模型,研究不同入口温度下Laval喷管内甲烷-乙烷混合气体自发凝结过程。结果表明:保持Laval喷管入口压力及气体成分不变,降低入口温度,混合气体成核位置前移,成核率、液滴半径、液滴生长率、液滴数目、液相质量分数均随之增大,凝结液化效率提高。采用本文设计的Laval喷管结构,在入口压力为6 MPa、入口温度为265 K、甲烷与乙烷摩尔体积比为9∶1时,Laval喷管内可获得的最大成核率为0.982 2×10^(21)(m^3·s)^(-1),最大液滴半径为4.719 4×10^(-7) m,单位质量最大液滴数目为5.070 4×10^(14) kg^(-1),最大液相质量分数为7.812 1%。当入口温度高于275 K时,Laval喷管液化效率急剧下降。实际生产中可通过降低入口温度、减小喷管与外界环境的热量交换等措施来促进天然气的凝结,提高Laval喷管的液化效率。

基于联合仿真的板翅式换热器换热特性模拟

为获得板翅式换热器整体结构内的流场与流量分配特性,采用联合仿真中MATLAB和FLUENT计算模型的流动和传热模块,在压力场和温度场相互耦合的情况下,以天然气为例分析板翅式换热器内部流量分配特性对换热的影响。研究表明:板翅式换热器内由于流量分配不均而引起的出口温度分布不均更为严重;天然气侧在不发生相变的情况下,因温度压力变化会使密度升高约10%,动力黏度降低13%;流量由小到大变化会使表面传热系数增加约1.9倍,计算微元压降增加约3.5倍;板翅式换热器内由于流量分配不均而出现的小质量流量和大质量流量都会造成换热效率下降,出现换热面积不能得到充分利用或天然气不能冷却到理想温度等问题。

CO_(2)水合物分解实验及分解速率模型

利用CO_(2)水合物(以下简称水合物)储存与固定CO_(2),能够减缓全球温室效应,是当前水合物界研究的热点。为了探究水合物的分解机理与分解速率,利用反应釜开展了不同降压幅度、温度以及初始水合物体积分数工况下的水合物分解实验;基于实验结果分析了压力、温度、水合物体积分数以及质量交换与能量交换对分解速率的影响,进而建立了考虑本征分解动力、质量交换等综合机制影响的水合物分解速率模型。研究结果表明:①在水合物分解过程中,存在着气泡在水合物表面解吸与边缘薄片状水合物颗粒脱离两种分解现象;②水合物分解是一个本征分解动力驱动、质量交换和热量交换的过程,可以根据分解速率的变化情况将其划分为稳定分解和分解衰弱两个阶段,前一阶段分解速率维持在定值,后一阶段随着分解阻力(质量交换)的增大,分解速率逐渐降低;③压力和温度均通过影响水合物表面实际逸度与相平衡逸度之差来驱动分解的进行,降压幅度的增大会使分解速率升高,同时使得稳定分解段持续时间增长,而温度升高也能增大分解速率,但影响相对降压来说较小。结论认为,所建立的分解速率模型能够很好地预测水合物分解速率的大小及变化趋势,在工况2.0 MPa的情况下,与实验结果的最大相对误差为5.1%。

高压CO_(2)水合物的生成机理实验和模拟

温室气体CO_(2)的捕捉和储存对减缓温室效应具有重大意义。CO_(2)水合物法储存CO_(2)具有效率高、储量大、易运输等优点。为了更高效制备CO_(2)水合物,对其生成机理进行实验和模拟研究。通过建立水合物生成的热力学模型,对水合物生成条件进行预测,利用高压静态釜式反应容器开展水合物生成实验,通过温度压力数据验证模型的准确性。在选取化学势能差作为水合物生成驱动力的基础上建立气体消耗速率模型,并与实验结果对比,结果表明:模型的预测值与实验值相对吻合。在低于水合物相平衡温度的条件下,升高容器的内反应压力可以促进气-液质量交换过程,提高生成效率。在生成过程中测得不同位置的电阻率变化数据,发现容器内的电阻率随固态水合物的生成而升高,并且首先在容器上部靠近壁面处结晶、团聚。

深水海底管道预调试技术发展现状概述

随着海洋油气开发逐步向深水方向发展,深水油气田海底管道预调试技术显得尤为重要,它包括充水、清管、试压、排水、干燥、惰化等管道工艺。通过查阅相关文献资料,总结了深水海底管道预调试工艺技术的发展现状。基于传统的浅水海底管道预调试工艺,考虑深水环境的特殊性,提出了更适合深水环境的预调试工艺方案,为深水油气田水下生产系统海底管道预调试工艺提供技术支持。

固体颗粒对T型盲管弯头结构冲蚀的数值模拟

利用欧拉-拉格朗日方法对T型盲管弯头中气固两相流对管壁的冲蚀程度进行三维数值模拟。通过数值模拟分析得到T型盲管弯头中流场分布情况和不同盲管长度时的最大冲蚀速率。结果表明:气体流场在T型盲管弯头后半部分可以形成气体旋涡和气垫,在一定程度上有助于降低固体颗粒对管壁的冲蚀速率。冲蚀速率随着盲管长度增加而减小;但在盲管长度为6倍管径的时候存在拐点;不同盲管长度的T型盲管弯头的最大冲蚀位置均位于盲管的末端,但随着盲管长度的增加最大冲蚀位置逐渐向下偏移;入口速度越大,最大冲蚀速率越大,同时盲管长度对冲蚀速率的影响程度越剧烈;颗粒粒径越大对管壁的冲蚀程度越大。

段塞流下携砂水平弯管的冲蚀试验

采用气液固多相流冲蚀试验环道开展了段塞流条件下携砂水平弯管冲蚀试验,研究了不同砂粒粒径对冲蚀规律的影响。结果表明:液塞流经弯管时会卷携底部的砂粒,在离心力及二次流的作用下,砂粒偏向弯管外侧,对外侧出口处造成严重冲击,冲蚀最严重部位出现在弯头出口外侧中下部;砂粒粒径和数量均会影响冲蚀速率,且粒径的影响更显著,随着粒径的增大,冲蚀速率呈现先减小后增大的趋势;砂粒冲击试样表面主要会造成微切削、犁割及冲击变形三种形式的破坏,最大冲蚀坑深随粒径的增大而增大。

天然气中硫化氢超声速凝结特性

基于欧拉-欧拉双流体模型,结合凝结相变理论建立气体自发凝结数值模型,对所设计Laval喷管内硫化氢气体的自发凝结特性进行模拟研究,分析入口压力、温度及背压对凝结过程的影响。结果表明:气体高速膨胀产生的低温效应使天然气中硫化氢气体发生自发成核及液滴生长现象,气相中硫化氢含量随之降低;增大入口压力或降低入口温度将使凝结发生位置前移,促使更多的硫化氢从气相中凝结出来,过低的入口压力或过高的入口温度将使硫化氢气体无法在喷管内完成自发成核过程。随着背压的升高,激波在喷管内产生并逐渐前移,激波的产生会破坏凝结所需冷凝环境,造成凝结液滴的再蒸发,应合理选择背压以避免激波对硫化氢气体凝结过程的影响。

海底管道泄漏原油扩散漂移规律数值模拟

针对浅海输油管道泄漏原油扩散漂移问题,依据计算流体动力学理论,采用VOF模型和k-ε湍流模型来模拟多相流动,采用速度边界造波法和阻尼消波法来模拟波浪,建立洋流波浪环境下海底管道原油泄漏扩散漂移模型,对不同海洋环境、原油密度和泄漏量工况下的原油扩散漂移行为进行模拟,预测水下原油扩散上升路径、上浮到水面时间、溢油扩散范围以及水面溢油漂移速率等关键数据。研究结果表明:相对于静水、洋流和波浪等单一环境条件,在洋流波浪环境下泄漏原油的水下扩散范围更广、扩散上升速率更小、水面原油漂移速率更大;海洋环境对原油在水面的漂移速率影响较大,泄漏速率对原油的水下上升扩散速率影响较大;原油密度主要影响水下原油上升扩散过程,对水面原油漂移过程影响较小。

直板清管器与管壁间摩擦阻力的模拟研究

清管器密封盘的力学行为直接影响清管器的通过性以及清洁能力。为研究以直板皮碗作为密封盘的清管器与管壁之间的摩擦阻力,以聚氨酯直板皮碗清管器为研究对象,基于有限元软件ANSYS,建立直板皮碗清管器与水平管道的有限元模型并进行了数值模拟,通过理论计算结果与现场牵拉试验结果的对比验证了有限元模型的准确性。在此基础上,研究了直板皮碗过盈量、直板厚度和夹持率等因素对摩擦阻力的影响。研究结果表明:当皮碗厚度和夹持率相同时,摩擦力随着直板皮碗过盈量的增大而增大,呈对数上升趋势;当过盈量和夹持率不变时,摩擦力随直板厚度的增大而增大,且摩擦力的增幅逐渐增大;当皮碗过盈量与厚度一定时,摩擦力随皮碗夹持率的增大而增大。研究结果可为直板清管器密封皮碗的选择提供理论指导。

深水海底管道预调试下放软管系统发展现状概述

目前常用的深海海底管道预调试方案主要为水下发球-水上收球方案。由于海底设备本身无法提供相应的动力源和工作介质,因此需要通过下放软管,从水面供源系统向海底的水下发球筒提供淡水、干空气、乙二醇、氮气等工作介质和动力。鉴于国内外对海底管道下放软管系统的研究较少,因此对当今国内外深水海底管道预调试工艺所使用的下放软管系统的类型、发展历程、应用案例、系统组成和下放工艺等内容进行了总结,以期对海底管道下放软管系统的开发和使用提供借鉴和帮助。

海底天然气凝析液管道旁通清管模拟研究

深水油气田开采中的海底管道所处的高压低温环境以及复杂多变的地形使得凝析液易在天然气管道内聚积,形成大量段塞,这对清管提出了更高要求。针对清管器不同开孔结构导致的旁通特性差异,采用流体体积模型及二维瞬态动网格计算方法,模拟分析中间开孔或周边开孔旁通清管器的清管过程,对其结构进行优化设计,并进行了数值模型的试验验证。研究结果表明:通过在清管器球体上开设旁通孔的方式可延长清管器前端液相分布的长度,降低单位时间内进入管道终端捕集器的液量;当导流板与旁通孔间距为 0.05D(D为管道内径),导流板直径为0.55D 时,旁通流速最大。研究结论可为旁通清管器在天然气凝析液管道中的使用提供理论指导。

气体超声速凝结特性研究:实验系统设计与搭建

气体超声速凝结现象在Laval喷管、超声速旋流分离器、蒸汽喷射器等众多场合十分常见,是石油与天然气工程、热能工程等学科研究生有必要深入学习和掌握的重要理论。该文设计并搭建了用于气体超声速凝结特性研究的实验系统,对实验采用的喷管结构进行了详细的设计,并对用于液滴参数测量的消光法颗粒测试装置进行了标定。该实验系统具有结构紧凑、可视化效果好、实验精度高和安全性好等优点,可以在不同入口温度、压力、气体组分等工况下开展研究,有效地将科研实验和教学实验相结合,有助于加深研究生对气体凝结特性、气液相平衡理论、液滴成核与生长理论等内容的理解。