工业规模CO_2管道泄放过程中的压力响应及相态变化

基于CO2相态分别进行了气相、气液两相和超临界状态的3组工业规模CO2管道(长256 m,内径233 mm)泄放实验,分析了CO2管道泄放过程中的压力响应和相态转变过程。研究表明:在管道内,气相CO2泄放开始时压力发生突降,而后压降停滞或减慢;管内相态主要为气态,但管道末端温度大幅下降使该处形成气液均相CO2。泄放口位于气液界面之上的气液两相CO2泄放中,减压波多次反射并导致多次压力突降和反弹;管内相态由气液分层向气液均相转变,管道顶部和底部气液均相CO2先后向气相CO2转变。超临界CO2泄放中的压力突降和反弹发生在临界区域附近,且压力穿过临界压力时,压变速率会停滞或减慢;管内相态经历了超临界、气液均相和气相泄放3个过程。

工业规模CO_2管道大孔泄漏过程中的射流膨胀及扩散规律

通过气相和超临界状态的两组工业规模CO_2管道(长258 m、内径233 mm、泄放孔径100 mm)泄放实验,分析了近场动压、可见云以及扩散区域温度和浓度变化。研究表明:在大口径气相和超临界CO_2泄放中,泄漏口处会形成高度欠膨胀射流,在射流结构中会生成大量干冰颗粒;后者形成的欠膨胀射流结构范围较大,但马赫盘的位置都在0.4 m内。可见云在快速膨胀后,在一定时间内维持在亚稳定状态,随后缓慢衰减。可见云携带干冰颗粒和水雾快速扩散,干冰颗粒在降至地面前已全部升华,未形成干冰床。气相与超临界泄放中的扩散区域温度在迅速下降后缓慢上升,且超临界泄放中温降更大;CO_2浓度均升高后缓慢下降,预测二者5%浓度在泄漏方向上的危险距离至少为30和50 m。

超临界CO_2管道减压过程中的热力学特性

基于工业规模CO_2管道(长258 m,内径233 mm)实验装置开展了3组不同泄放口径的超临界CO_2的泄放实验,测量了CO_2减压过程中管内介质压力变化以及介质与管壁的温度分布,分析了减压过程中CO_2相态、密度变化及管壁内外传热过程。研究表明,超临界CO_2泄放导致管内介质压力、温度及管壁温度均下降,最终趋于稳定,介质由超临界相变为气液两相最终变为气相。初始阶段的温降幅度最大,对流换热强度最大。距离泄放端越远,管内顶部和底部介质的温降幅度越大,对流换热强度越小,在泄漏口附近的对流换热最为剧烈。随着泄放口径的变大,泄放时间和管道内介质与管道的换热时间都变小,且沿着管道方向的管道内流体和管壁的温度梯度变大,对流换热强度也变大。