超临界/密相CO_(2)管道泄漏压力响应及低温规律实验研究

为进一步了解超临界/密相CO_(2)在管道泄漏过程中的压力响应和温度变化,基于自行设计的高压CO_(2)管道泄漏实验装置,探讨压力响应、温降特性和相态变化的相互作用机理,以及低温分布规律。研究结果表明:19 mm口径纯CO_(2)的压降曲线有明显的2个阶段,且密相泄放存在明显的压力平台,N 2会明显提高泄放速率;相同截面上温度呈现“上热下冷”的分布特征,管道轴线方向,泄放端温降相对最严重;从相态变化角度看,超临界CO_(2)泄漏没有明显两相区,但对于密相而言,管道底部的CO_(2)会经历密相、液相、过热液相、气液两相、气相的相态转变过程。研究结果可为管道泄放安全运行以及规避断裂风险等方案设计提供参考。

基于EMD的密相气力输送两相流系统内子系统相互联系和作用

利用信号分析考察密相气力输送两相流系统内子系统之间的相互联系和作用。首先,基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)将密相气力输送两相流系统的静电波动信号分解成若干信号分量,即固有模态函数(intrinsic mode function,IMF),再结合各IMF分量的能量比重确定出IMF1~IMF4为主干分量。之后,结合静电信号EMD分解结果、输送管道中颗粒的分布状况及颗粒运动机理的差异性三者,明确气固两相流系统内的子系统。最后,利用IMF1~IMF4的主频和方差的变化规律,分别考察了子系统之间的联系和作用。实验结果表明:水平输送管道中的气固两相流系统可分成4个子系统,分别是稀相区、交界区、浓相区以及贴壁区内的颗粒流体组织;子系统之间依靠颗粒在彼此间游走而进行联系;同时,子系统之间也存在竞争作用,该竞争是颗粒主导和气流主导两种机制之间的竞争,当颗粒悬浮性较弱时竞争激烈,当颗粒悬浮性变好时竞争减弱。

密相/超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验综述

密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性预测是世界范围内研究的热点和难点问题,目前已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO_(2)管道的止裂韧性。超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验是确定超临界CO_(2)管道止裂韧性的最佳方法,目前全球范围内仅有11次超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验,国内尚属空白。从基本情况、试验工况和参数、试验目的和结果等几个主要方向细致分析、总结和对比现有CO_(2)管道全尺寸爆破试验,为后续国内CO_(2)管道全尺寸爆破试验的开展提供理论指导和数据支撑,为CO_(2)管道设计和工程应用提供有力的参考依据。

海底管道输送密相CO_(2)的泄放特性

密相CO_(2)泄放过程相态变化规律复杂、低温效应显著,研究密相CO_(2)输送海底管道泄放特性,对该类管道的设计及运维具有重要意义。采用OLGA软件,针对密相CO_(2)海底管道开展了停输后管道泄放特性研究,以渤海某油田工程项目为例,监测了泄放过程中管道沿线压力、温度、持液率变化规律,分析了泄放孔径、泄放位置和泄放背压3个关键因素对管道泄放特性及管内流体相态变化的影响。结果表明,适当减小泄放孔径降低泄放速率,结合管道路由选择距离地势低点较近的海上平台开展泄放操作,以及提高管道泄放背压,均能影响管内压力、温度变化进而影响管内流体的相变过程,从而改善管内流体低温效应。本研究为海上平台间密相CO_(2)输送海底管道泄放策略的制定提供了借鉴。

密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性计算分析

针对密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性预测是研究的热点和难点,且已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO_(2)管道的止裂韧性等问题,对现有模型进行对比分析。介绍了目前常用的BTC修正、DNV F104-2021以及ISO 27913—2016方法,同时采用此3种方法分别计算了外径323.9 mm密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性,并对比分析计算结果。结果表明,现有的模型和计算方法都存在着数据不足、精准度较低的缺点,目前无法推荐特定的分析模型来评估密相/超临界CO_(2)管道中的延性裂纹扩展。DNV F104方法基于现有全部CO_(2)管道全尺寸爆破试验数据,其计算结果相对较为保守,对后续开展全尺寸试验的指导性更强。研究结果可为小口径密相/超临界CO_(2)管道的全尺寸爆破试验设计提供理论依据。

超临界-密相CO_(2)管道输送工艺仿真及优化

选用OLGA模拟软件针对超临界-密相CO_(2)管道输送工艺进行仿真,分析管道敷设和保温形式、起始压力、起始温度、环境温度和管道直径等不同运行和环境参数对管道输送特性的影响,根据仿真结果确定最优设计工况。结果表明,密相状态的CO_(2)介质其单位阻力损失比超临界状态要小;在保障管道不发生气化的前提下,管道起始压力越低越好;更高的起始温度或环境温度,其介质更难从超临界相转变为密相状态;宜选用经济流速下的管道直径。

超临界-密相,气相二氧化碳管道输送研究

运用CFD软件中的FLUENT模块研究了给定进口条件下的管道气相输送,和超临界-密相输送,得到流体温度-管道长度,静压-管道长度,动压-管道长度,全压-管道长度,压降-管道长度变化关系曲线,对温度,静压,动压,全压,压降沿管长方向的变化进行了分析,得到结论:管道长度在前100 m内时,温度变化最为剧烈;管道长度在前100 m内时,动压变化最为剧烈;管道长度在100~200 m时,压损变化最为剧烈;超临界-密相二氧化碳状态更有利于管道输送。

输送工艺参数对密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性的影响

为了研究密相/超临界CO_(2)输送管道的止裂性能,以密相/超临界CO_(2)长输管道断裂控制为研究目标,针对实际工况,基于GERG-2008状态方程、BTC双曲线模型和X65管道,计算分析了燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧捕获三种捕获方式下CO_(2)气质组分、初始温度、初始压力、管径和设计系数等对压力温度(P-T)状态、减压波曲线、止裂韧性的影响。结果发现,杂质组分的增加以及提高初始温度、增大管径、增大设计系数会导致密相/超临界CO_(2)输送管道止裂韧性增加;而提高初始压力会导致密相/超临界CO_(2)输送管道止裂韧性降低;燃烧后捕获产生的CO_(2)混合物输送管道所需的止裂韧性最小,富氧燃烧捕获产生的CO_(2)混合物输送管道所需的止裂韧性最高。该结果可为CO_(2)管道设计和工程应用提供理论依据。

燃生物质低倍率循环流化床锅炉燃料水分对密相区温度的影响探讨

以一台130 t/h高温高压燃生物质低倍率循环流化床为试验对象,进行了燃不同含量水分的同种生物质燃料的实际运行,并与两种含水燃料的理论计算进行对比,研究水分在密相区的挥发量修正值对密相区温度的影响,并绘成曲线,供参考。

不同进口条件下超临界-密相二氧化碳管道输送研究

运用CFD软件进行超临界-密相二氧化碳管道输送仿真模拟,进口压力分别取11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa,进口温度分别取40℃、50℃、55℃和60℃,比较不同进口压力和温度条件下沿管长方向温度、静压和动压的变化。结果显示:当管道长度大于50 m时,进口压力为13 MPa时的流体温度曲线和动压曲线最低,进口温度为50℃时的流体温度曲线和动压曲线最低,不同进口压力和温度条件下静压差异不大。研究表明,在实际的超临界-密相二氧化碳管道输送中,选择进口压力为13 MPa,进口温度为50℃。

密相输送在PE工程中的应用分析

分析了PE塑料的输送相图及稀相输送存在的不足,以实际工程为例,介绍了密相输送在PE塑料输送系统中的设计和应用,以及密相输送与稀相输送相比的优势。

不同煤粉高压密相气力输送特性实验研究

在输送压力可达3.6MPa,输送速率通量可达4600kg·s-1·m-2的气力输送中试实验台上,进行3种煤粉(内蒙、大同和兖州煤粉)、同一煤种(内蒙煤粉)不同粒径的高压密相气力输送的系统实验研究。考察输送压力、总输送差压、流化风流量、煤粉粒径和煤粉种类等因素对输送特性的影响。研究结果表明,高压条件更有利于实现较高固相速率通量的低速密相输送;输送速率通量随着流化风流量的增大而先略增后略降;系统的输送能力随着煤粉粒径和水分的增大而降低,且水分的影响更大;不同管段的压降呈现不同的特征,说明管段的布置影响流动阻力和稳定性;煤粉颗粒大小和固气比均是影响压降特征的重要因素。

粉煤密相气力输送流型

基于电容层析成像技术对粉煤密相气力输送系统的流型进行了研究,获得了水平管和竖直上升管粉煤密相气力输送系统的典型流动形态。研究结果表明,水平管输送时的流型随时间复杂多变,典型流型有满管流、沉积层流、悬浮流等;统计分析发现,随表观气速不同,存在明显的主导流型;结合固相速度及管道压力信号分析,展示出其与流型之间存在一定的对应关系,进一步证实了密相气力输送系统的不稳定性特征。对竖直上升管的ECT测试结果表明,输送流型为环核结构。

上出料系统粉煤密相气力输送特性及其与下出料系统的比较

考察了气体进入方式和输送压力对上出料发料罐系统粉煤密相气力输送特性的影响,并比较了上出料和下出料发料罐系统的煤粉输送量、固气比和稳定性差异。结果表明,在上出料发料罐系统中,随锥部气增加,煤粉输送量和固气比呈先增加后减小趋势;随底部气和调节气增加,煤粉输送量和固气比呈减小趋势;随输送压力增加,煤粉输送量和固气比先明显增加后增加趋势减弱。与上出料发料罐系统相比,相同输送差压下,下出料发料罐系统具有较高的输送量和固气比,但二者均具有良好的输送稳定性。

高压煤粉密相气力输送垂直管阻力特性研究

该文通过试验和理论计算两种方法研究了高压下煤粉密相气力输送垂直管段的压力损失情况。理论计算是存Barth气力输送理论基础上,引用周建刚的垂直管附加压损系数的经验关系式进行计算的。经试验研究发现,尽管输送气体表观速度呈下降趋势,而垂直管段的单位压损随固气比增加而增大。引起垂直管段压损变化的主要因素是输送煤粉浓度。通过试验值与计算值之比较,发现理论计算 值与试验值吻合得非常好,说明基于Barth附加压降法对高压煤粉密相气力输送垂直管阻力特性的计算具有较好的适应性。

竖直上升管中密相气力输送压降特性

研究了内径20mm的竖直上升不锈钢管道中粉煤密相气力输送单位管长压降随输送参数的变化规律,并得到了Zenz相图。结果表明,在实验操作范围内管道压降主要由固相自身静压降和固相摩擦压降组成,气相产生的压降不超过总压降的1%;固相体积分数是影响压降变化的主要因素,并讨论了粉煤流速以及固相体积分数对固相静压降和摩擦压降的影响规律;考察了粉煤流速和固相体积分数对固相摩擦系数的影响,对实验数据拟合得到了固相摩擦系数的关系式,计算结果与实验值吻合较好。

高压密相气力输送垂直弯管阻力特性

在输送压力可达4 MPa的气力输送实验台上,进行不同平均粒径煤粉的密相输送实验。从理论与实验两方面研究气固两相流流经弯管的压损随煤粉体积分数以及表观气速的变化规律。结果表明,高压密相输送中煤粉运动造成的能量损失是总压损的主要部分,且总压损随着煤粉体积分数的增加而增加。研究表明,相同质量流量下,随着表观气速的增加,弯管动能压损增加,摩擦压损降低;相同表观气速时,随着煤粉体积分数的增加,摩擦压损增加;固相摩擦系数与煤粉平均粒径及煤粉质量流量无明显关系,随着表观气速的增加略有下降。

煤粉高压密相气力输送特性

在输送压力可达4.0MPa,固体输送流率达840kg/h的仓式泵高压气力输送试验装置上进行粉煤高压浓相气力输送试验研究.考察了流化风量、充压风量、输送总差压对煤粉输送量、固气比的影响.研究表明:随着流化风量的增大,煤粉输送量逐渐增大,固气体积比先增大然后减小;当煤粉在发料罐内被充分流化后,再加大充压风量,固气体积比逐渐减小,而煤粉输送量略有增加;输送总压差对煤粉输送量有显著影响,随着总压差的增加,煤粉输送量呈线性增加.研究结果对高压超浓相气力输送系统的设计、运行和控制具有指导作用.

发送罐出料方式对煤粉高压密相气力输送特性的影响

该文在上出料输送实验台基础上,改造出一个包含一套上出料和一套下出料的密相气力输送系统综合实验台。在此实验台上,以高压氮气作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验。通过改变出料方式及操作参数,对比研究了上、下出料系统输送特性的异同。研究结果表明,操作参数对上、下出料输送系统输送特性的影响具有一致性,但这种影响也存在一定差别。相同条件下,上、下出料方式输送系统中,煤粉质量流量、表观气速都随着总输送压差的增大而增大,煤粉质量流量随补充风流量增大而减小。补充风流量不变的前提下,总输送压差较低时,煤粉质量流量随着表观气速增大而增大,上、下出料方式对煤粉质量流量的影响随着表观气速变化规律不显著;总输送压差较高时,煤粉质量流量随着表观气速增大而减小,上出料输送系统煤粉质量流量明显高于下出料输送系统。随输送压差增加,固气质量比先增加明显后增加趋势减弱。上出料系统的煤粉质量流量、表观气速和固气质量比均略高于下出料系统。

密相、湍流、可压、气固两相流理论及在管道中的应用

就密相、湍流、可压、气固两相流的基本方程用双流体模型进行了较详尽地归纳。与单相流体相比 ,在两相流的基本方程中 ,多了一个变量 (体积浓度 )及两相间的耦合作用 ,并用CDIPSA方法对可压密相上升管道湍流流动进行了计算。结果表明 :随颗粒直径的增加 ,使得单个颗粒脉动速度减小 ;