C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体PD作用下气体和固体副产物生成特性

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体以其优异的环保和绝缘性能成为目前最具潜力替代SF6应用于电力工业的气体绝缘介质。尽管O_(2)的加入可以在一定程度上提升C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的绝缘性能和化学稳定性,但O_(2)加入及其体积分数变化对混合气体局部放电(partial discharge,PD)作用下气体和固体副产物生成特性的影响规律尚不清楚。因此通过针–板电极模拟设备内的金属突出物缺陷开展C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)96 h PD及其分解特性试验。研究发现C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中加入体积分数2%~4%的O_(2)可以显著抑制大部分副产物的生成,O_(2)体积分数大于6%时每秒累积放电量和平均放电量急剧增加,导致混合气体分解加剧;C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)在长时间PD作用下板电极表面中心区域出现较为明显的圆环状固体析出物,主要成分包括金属氧化物(CuO)、氟化物(CuF、CFx)、碳氧化合物(CO、CO_(2))和氮氧化合物(NO、NO_(2));体积分数4%的O_(2)加入对PD固体析出物的元素组成及其价态影响较小,但可以一定程度上减少其生成量,混合气体中O_(2)对金属导体的腐蚀作用弱于C_(4)F_(7)N。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜中固体材料的相容性试验

全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)环保气体是目前国际主流推广的SF6替代气体,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体被广泛应用于环网柜等设备中。为了保障环网柜的长期稳定运行,需开展C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜典型固体材料相容性研究。该文提出了热加速和电热联合两种气固相容性试验方法,先对C_(4)F_(7)N/CO_(2)及分解气体与金属、塑料、橡胶和环氧玻纤等环网柜固体材料进行热加速试验,对比分析试验前后的气体成分及固体表面形貌、元素构成和光谱特性等关键性能,掌握了气固材料试样的相容性规律;在此基础上,采用环网柜整机带电相容性试验方法,施加运行电压和加热温度模拟现场工况,检测气体状态和设备绝缘性能的差异,结果表明C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜固体材料具有良好的相容性,满足长期可靠运行要求。该文提出的C_(4)F_(7)N混合气体与设备材料的气固相容性试验方法和规律等为环保气体电力设备的材料选型、设计研发提供了有益参考,具有重要的实用价值。

PR状态方程+基团贡献模型预测CO_(2)+HFC二元混合物的气液相平衡性质

由于良好的性能和环保性,CO_(2)+HFC二元混合物被认为是冷电联合循环系统中良好的替代工作流体。气液相平衡特性是计算混合物焓和熵的关键,这冷电联合循环系统的热力学分析至关重要。为了准确预测CO_(2)和HFC(R23,R32,R41,R125,R134a,R143a,R152a,R161,R227ea)二元混合物的气液平衡性质,本文建立了基于吉布斯自由能混合规则的群贡献模型(PR+MHV1+UNIFAC和PR+LCVM+UNIFAC)。通过CO_(2)和HFC制冷剂的气液相平衡实验获得了-CO_(2)、-烷烃、-CHF和-CHF3等基团之间的相互作用参数,这些基团参数对于预测其气液相平衡性质(压力和气相摩尔分数)至关重要。PR+LCVM+UNIFAC模型计算的AARDp值为5.53%,AADy1值为0.0132,PR+MHV1+UNIFAC模型的AARDp值和AADy1值分别为7.40%和0.0229。然而,对于CO_(2)+R32系统,PR+MHV+UNIFAC预测模型的预测精度较高,AARDp和AADy1的值分别为1.53%和0.0045。综上所述,对于CO_(2)+HFC二元混合物,PR+LCVM+UNIFAC预测模型预测精度较高,但对于CO_(2)+R32二元混合物,PR+MHV1+UNIFAC模型也具有独特的优势。根据基团贡献模型的预测结果,与之前系统使用的PR+MHV1+UNIFAC模型相比,PR+LCVM+UNIFAC模型的计算进度显著提高。

C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电分解特性研究

C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体具有在中低压气体设备中应用的潜力,设备运行中因固体绝缘表面金属异物存在引发的沿面放电,是绝缘劣化及故障发生的隐患之一,研究C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电的分解特性对设备的运维具有重要意义。为此,文中开展不同实验电压下C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电分解实验,利用气相色谱法对分解组分进行定量分析,获得了不同放电强度下主要分解组分种类及其分解特性,讨论了产气速率与放电强度间的关系。结果表明:C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电主要分解产物为CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C3F7H和C_(3)F_(6);各产物分解特性相似,体积分数随放电量体现“线性—饱和”增长趋势,30 kV下对应饱和体积分数分别为21.3、7.0、11.9、7.7、13.7μL/L;主要组分产气速率关系为:v(CF_(4))>v(C_(3)F_(6))>v(C_(3)F_(8))>v(C3F7H)>v(C_(2)F_(6)),其中CF_(4)产气速率从1.2(μL·L^(-1))/12 h增至3.1(μL·L^(-1))/12 h,与放电量关联性最好,可作为沿面放电下放电强度的判定依据。研究可为C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘设备的工程应用方案提供参考。

基于低温液化技术的CO_(2)捕集流程设计及分析

在工业生产中实现CO_(2)减排是一项艰巨的挑战,也是应对全球变暖的重要技术路线。CO_(2)捕集技术已得到了一定程度的发展,其中低温液化法具有可行性和经济性。利用工艺流程模拟软件Aspen Plus对低温液化分离CO_(2)工艺进行全流程模拟,选择3种物性方法对混合气的泡露点线进行模拟分析,基于某公司排放的含有高浓度CO_(2)的CO_(2)/N_(2)混合气为碳源,并对比文献数据,选择PR(Peng Robinson)状态方程作为本工艺的物性方法。分析了液化压力和温度对混合气液化率及CO_(2)纯度的影响,以CO_(2)液化率不低于90%、纯度不低于99.5%为目标,确定了最佳液化条件。为了最大限度地减少能耗,优化了冷却介质流量、冷凝温差、蒸发温度等工段参数,在最优条件下,CO_(2)液化率达91.80%、纯度达99.50%,液化单位总能耗最低为12.22 kW·h/kmol。该研究可为低温液化分离CO_(2)工艺设计与性能优化提供理论支持和技术参考。

Ar-CO_2混合气焊接技术应用特点分析

21世纪以来，随着国家加大在农业方面投人，农机购置补贴逐年大幅增长，促进新疆农机制造企业迅速发展壮大。但是目前新疆农机生产制造水平和工艺还比较落后，例如，在应用最广的农机焊接工艺方面，最常见是手工焊接工艺，气体保护焊应用较少，为了提高农机制造水平，应该大力推广先进工艺技术，特别是Ar—CO2混合气体保护焊技术就是其中之一。

YDCrMoV CO_（2）气保护堆焊药芯焊丝的磨粒磨损性能

履带式工程机械以其特有的结构特点在矿山、水利工程、道路工程发挥着巨 大的经济效益。但由于其履带式行走系统在施工过程中，其引导轮与履带筋、支重轮与 履带筋、托带轮与履带筋之间不可避免地带入硬或软的的沙砾，因此始终处于三体磨料 磨损状态。而其履带板与矿石、砂土之间处于硬磨料或松散磨料的两体磨料磨损状态。 因此其行走系统磨损严重，最终导致磨损失效。对其行走系统进行堆焊修复无疑具有 重要意义。本文利用ＭＬＳ－２３型湿砂橡胶轮式磨损试验机、扫描电镜和透射电镜对所 开发的用于履带式工程机械行走机构堆焊修复用ＣＯ２气保护药芯焊丝的熔敷金属磨粒 磨损性能进行了试验研究。结果表明，１、２号焊丝熔敷金属的磨损主要是微观切削，而 ３、４号焊丝熔敷金属的磨损则是多次塑变磨损机理占据主导地位。

C02与Ar混合气体保护焊中Ar对焊丝熔敷效率的影响

CO2与Ar混合气体保护焊的效率高，飞溅少、焊缝成形好，尤其在采用实芯焊丝对薄板进行焊接时得到广泛应用，可以减轻劳动强度，提高焊接质量。

Ar92%+CO28%两元富氩混合气体保护焊的应用

Ar92％＋CO2 8％两元富氩混合气体保护焊熔滴采用射流过渡的方式，焊接区基本可以达到没有飞溅颗粒效果，在降低飞溅颗粒的同时有效地提高了焊接接头质量。虽然射流过渡的优点不容置疑，但是在初期接触射流过渡时，焊工普遍反映电弧电压偏高，电弧不易掌握，易产生咬边缺陷等问题。本文通过采取合理的工艺参数及技术措施从而达到理想的射流过渡，有效地解决了产生飞溅颗粒及咬边缺陷的困扰。

塔河强底水砂岩油藏注CO_(2)+N_(2)混合气提高采收率室内试验研究

塔河油田A区三叠系下油组油藏是典型的断块强底水砂岩油藏,具有底水能量强、高温高盐、水淹后治理难度大的特点,继续注水开发或化学驱开采效果不佳。针对这一问题,结合塔河强底水砂岩油藏的实际情况,开展了室内注CO_(2)+N_(2)混合气驱替抑制水锥以及混相作用的三维物理模型试验研究:先底水驱替至产液含水率为88%,再考察不同注气方式、不同注气速度、不同注采部位注CO_(2)+N_(2)混合气的增产效果及对采出程度的影响。研究结果表明,采用注CO_(2)+N_(2)混合气驱替原油可以有效提高原油的采收率,当产液含水率达到88%时,原油的采收率为32.8%;段塞体积比1∶1水气交替注入提高采收率为14.38%,比连续气驱提高采收率(13.37%)高1.01个百分点;注气速度为1、2、4mL/min的提高采收率依次为11.65%、15.28%、13.40%;顶部注气底部采油的提高采收率为15.54%,比底部注气顶部采油提高采收率(13.4%)高2.14个百分点。该研究为CO_(2)+N_(2)混合气驱替在油气开采中的实施和应用提供了可靠的试验依据。

N_(2)/CO_(2)混合气注入对页岩力学特性影响规律研究

工业废气经脱硫注氨处理后,气体主要成分为N_(2)/CO_(2)。基于减少能源消耗,利用页岩储层有效封存CO_(2)的思想,开展N_(2)/CO_(2)混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象,开展恒温恒压条件下,不同浓度配比N_(2)/CO_(2)混合气注入页岩试验,利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验,分析N_(2)/CO_(2)混合气中CO_(2)浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明:页岩试件经N_(2)/CO_(2)二元混合气浸泡后,混合气中随CO_(2)浓度的增加和相变,试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势,孔隙增长率为34.91%~110.6%;页岩试件的强度和泊松比先降低后增大,弹性模量先增大后降低,单轴抗压强度损失率为37.5%~69.1%,抗拉强度损失率为35.3%~85.4%,弹性模量增幅37.5%~54.7%,泊松比损失率为11.8%~20.6%;混合气中CO_(2)浓度和相态变化对页岩损伤强度有较大影响,损伤因子先增大后降低,页岩表现出明显脆性破坏特征,主要破坏模式为劈裂破坏。初步分析表明:页岩在混合气作用下孔隙结构发生改变。当CO_(2)为气态时,页岩吸附CO_(2),孔隙产生范德华力,使页岩基质膨胀,天然孔裂隙扩展,孔隙增幅加大,强度降低;当CO_(2)为超临界状态时,混合气中SC-CO_(2)(超临界二氧化碳)对页岩有机矿物质溶解能力,随SC-CO_(2)浓度增加而减弱,孔隙增幅降低,强度衰减率降低。混合气中SC-CO_(2)浓度为11.33 mol/L时,溶解有机质能力最强,页岩孔隙度最大,脆性最高,力学性质劣化效果最明显。

CO_(2)混合工质的气液相平衡的混合规则对比与预测研究

O_(2)混合工质兼顾高效和环境友好的特点,在新一代热功转化循环中受到广泛关注。混合工质气液相平衡性质是循环分析与计算的基础。为了提高O_(2)混合工质气液相平衡数据的计算精度,采用PR状态方程结合三种混合规则(vdW、MHV1、WS),对7种O_(2)+HFCs/HFOs及4种O_(2)+HCs混合工质的气液相平衡性质进行了计算。结果表明,对O_(2)+HCs混合工质,vdW混合规则可达较好的结果;对O_(2)+HFCs/HFOs混合工质,在亚临界区三者计算精度相近,但在超临界区,WS混合规则对计算精度提升明显。最后,提出了一种差值模型预测O_(2)混合工质气液相平衡性质,预测的AARD(p)值为2.03%,AAD(y)值为0.0120,预测精度较高。

Ar-N_(2)混合气在奥氏体不锈钢GTAW焊接中的应用

对典型的奥氏体不锈钢进行了不同比例氩氮混合气GTAW多层多道焊试验,分析了不同氮气含量对焊缝金属中铁素体含量及力学性能的影响。结果表明:随着保护气中氮气含量的增加,熔敷金属中的铁素体含量明显减少。对理论FN值在8%~11%之间的薄壁SS304L奥氏体不锈钢,通过在保护气中添加φ(N_(2))1.0%的氮气,能将焊缝各位置的铁素体含量控制在3%~7%理想范围内,得到的焊接接头力学性能试验结果能满足常规标准的要求。随着氮气含量的增加,焊缝抗拉强度有所提高,所以N_(2)含量的增加会提高焊缝强度。氩氮混合气的焊缝低温冲击性能比纯氩焊缝的略微下降,依然有足够的裕量,但是SG-AN-1和SG-AN-2这2种保护气体的焊缝冲击吸收功相差不多,没有明显的差别。

多壁碳纳米管对CH_(4)/CO_(2)混合气水合分离影响的实验研究

为了提高CH_(4)/CO_(2)混合气的高值利用,减少温室气体排放,在275.15 K、5.5 Mpa的实验条件下,利用水合物法对不同质量分数的多壁碳纳米管复配十二烷基硫酸钠的CH_(4)/CO_(2)混合气进行水合分离实验。结果表明:基于0.05%的SDS体系,随着MWCNT质量分数的增加,CH_(4)/CO_(2)混合气水合分离效果逐渐提高;当MWCNT质量分数为0.10%时,每摩尔水的气体消耗量最大为21.110 mmol,提高了34.50%,气相中CH_(4)和水合物相中CO_(2)的体积分数最大分别为76.22%和55.26%,CO_(2)回收率和分离因子最大分别为42.82%和3.07,分别提高了30.90%和12.90%。

塔河油田强底水砂岩油藏CO_(2)/N_(2)驱提高采收率机理

塔河油田强底水砂岩油藏开发后期,受强非均质性和底水锥进影响,大部分水平井出现了点状水淹,导致低产低效井增多,油藏含水率不断上升,井间剩余油动用难,且该油藏具有高温、高盐特点,常规提高采收率技术难以取得较好的开发效果。因此,主要通过高温高压三维物理模型进行油藏的模拟,采用注CO_(2)/N_(2)(体积比为7∶3)混合气提高强底水砂岩油藏采收率。一方面,CO_(2)与原油易混相,能够大幅度地提高驱油效率;另一方面,N_(2)具有较好的压锥效果,在一定程度上抑制了强底水快速锥进,提高油藏的波及系数。这样使“驱油”与“压锥”进行有机结合,大大提高了油藏采收率。同时,对比不同注气方式、不同注气速度和不同注采部位等驱油条件,优选注气参数。实验结果表明:注入CO_(2)/N_(2)后地层原油体积膨胀了21%,黏度降低了24.9%;CO_(2)/N_(2)混合气与原油的最小混相压力为39.62 MPa;优选出了最佳的注入参数:注气速度为1 mL/min(提高采收率幅度为14.25%)、注气方式为水气交替注入(提高采收率幅度为15.8%)、注采部位为高注低采(提高采收率幅度为14.5%)。研究结果为塔河油田强底水砂岩油藏CO_(2)/N_(2)混合气驱先导试验提供可靠实验依据。

CO_(2)气固两相混合物冻结鱼体实验研究

本文选取喷头及圆形管口两种喷淋出口,通过实验研究不同CO;干冰喷淋方式对鱼冻结曲线的影响。实验结果表明,采用喷头时鱼体上表皮最先通过最大冰晶生成带,用时为196 s,鱼头部用时为722 s。采用圆形管口喷淋时,鱼头部通过最大冰晶生成带的速度最快,用时为67 s。鱼中部及鱼尾部用时分别为139 s、167 s。两种喷淋方式下鱼中部通过最大冰晶生成带的时间相差不大,而采用喷头喷淋可以节省液态CO;使用量,所以更具优势。

PEBA/氮硫共掺杂多孔碳球混合基质膜的制备及CO_(2)分离性能研究

为了获得高性能的混合基质膜,有效捕集烟道气中的CO_(2),设计了对CO_(2)有优异的扩散选择性和吸附选择性的氮硫共掺杂多孔碳球添加剂,实现了烟道气中CO_(2)/N2的高效分离。选用表面含氧基团丰富的葡萄糖作为碳源,硫脲作为氮源和硫源,通过水热法制备了氮硫共掺杂碳球(NSC),并用KOH活化,获得了具有多孔结构的氮硫共掺杂碳球(NSPC),再加入聚醚嵌段酰胺(PEBA)中制备出PEBA/NSPC混合基质膜。采用FTIR、XRD和BET表征了材料的化学结构和孔结构,借助力学性能表征了膜的两相界面相容性。系统研究了PEBA/NSPC混合基质膜中葡萄糖与硫脲的质量比、NSC和KOH的质量比、NSPC的添加量、操作压力、操作温度,以及模拟烟道气条件对膜CO_(2)渗透性、CO_(2)/N_(2)选择性的影响。结果表明:NSPC材料成功实现了氮、硫元素的共掺杂,而且具有较好的孔结构。在操作温度25℃、操作压力0.2 MPa的条件下,混合基质膜中NSPC添加量为3%(质量)时气体分离性能最优,CO_(2)渗透系数和CO_(2)/N2选择性分别为589 Barrer和64,相比纯PEBA膜分别提高了244%和139%。这是因为多孔碳球的微孔结构显著提高了CO_(2)的扩散选择性,同时氮、硫元素的掺杂因为酸碱相互作用和良好亲和性有效提高了CO_(2)的吸附选择性。稳定性实验表明,PEBA/NSPC混合基质膜在360 h连续运行过程中气体分离性能稳定,具有较好的工业应用前景。

二氧化碳作天然气地下储气库垫层气的可行性

CO_(2)用作天然气地下储气库垫层气,在储气库运行过程中,注采参数等因素不合理导致CO_(2)与天然气之间过渡混合和天然气采收率低等问题。开展了CO_(2)和CH_(4)物性对比及混气实验,论证了CO_(2)作垫层气的可行性;建立储气库二维模型,模拟CO_(2)作垫层气注采过程,对影响CO_(2)-CH_(4)混合程度的地层参数和运行参数进行分析。研究结果表明:CO_(2)垫层气比例不超过20%,采出气中CO_(2)摩尔含量不高于3%,CO_(2)-CH_(4)混合程度、储层平均压力下降幅度较小。渗透率越大,工作气回采携带CO_(2)垫层气量越多,实际CO_(2)垫层气量占比减小,CO_(2)垫层气量不足以为工作气开采提供“助力”。孔隙度对CO_(2)-CH_(4)混合程度几乎没有影响。合理控制采气速度能有效抑制混合带发展,即在用气高峰适当提高采气速度,用气低谷减小采气速度保证最低用气标准。研究结果为CO_(2)作天然气地下储气库垫层气的工程实践提供理论指导。

基于质量流量控制保护气均匀混配的MAG焊改善研究

针对MAG焊(指熔化极活性气体保护焊)的保护气在现有钢瓶、传统现场混配的供气方式下,混合气体配比波动引起的焊接飞溅控制难题,提出一种基于质量流量控制的保护气均匀混配系统。该系统能在供气前端对不同流量的Ar与CO_(2)分别进行稳压控制,混配阶段采用毛细管传热温差量热法来精确控制保护气质量流量的混合配比,并在后端通过气体分析仪直接进行保护气的测量补偿与调节反馈,从而实现Ar+CO_(2)混合气体配比精度的稳定控制。现场应用验证表明,在设定混合气体配比为Ar∶CO_(2)=92∶8的情况下,该系统的CO_(2)混配比例误差≤0.34%,能有效避免混合气体配比波动带来的焊接飞溅问题。

我国气田采出水处置面临的关键挑战与对策建议

气田采出水的低成本安全高效处置已成为制约我国天然气稳产增产的主要因素,解决气田开发水处置难题对保障国家能源安全具有重要意义。基于对我国陆上四大含油气盆地中主要气田产水现状的梳理,分析了我国气田采出水处置面临的关键挑战,提出了解决气田采出水处置难题的对策建议。研究表明,分布于我国鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地以及柴达木盆地的气田多数面临气水同采、产水激增的状况。“双碳”战略目标下,气田采出水面临产水量逐年增加、国家层面回注管理制度与标准规范缺失、地表达标外排成本高且适用地区有限、综合资源化利用尚处起步阶段等关键挑战。需加强气藏整体治水研究,健全国家层面气田采出水回注管理与技术标准体系,推进气田采出水低成本综合资源化利用,拓展气田采出水处置新路径。我国气藏类型多样,地质地貌水文气候条件复杂多变,需因地制宜推进气田采出水的回注处置、达标外排与综合资源化利用,多措并举支撑我国“稳油增气”与“双碳”战略目标实现。