FLNG绕管式换热器晃动实验分析

浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG,又称LNG-FPSO)是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置。由于FLNG装置海上作业的特殊环境,FLNG液化工艺不仅要实现最基本的天然气液化功能,还需考虑海上恶劣的环境条件对FLNG液化工艺的影响。海洋中海浪的波动对液化系统中的关键设备——换热器影响较大。为了研究绕管式换热器在海上晃荡条件下的性能,通过建立双混合制冷剂液化工艺小试实验装置,进行绕管式换热器实验装置的晃动实验。结果表明实验装置晃动时,节流阀节流前压力降低,节流后压力升高,节流阀的节流效果变差,绕管式换热器换热效果变差。换热器的换热效果受到晃动的方向和FLNG中设备安装方向的耦合影响,倾斜工况下换热器换热效果受影响最大,受横摇影响较纵摇影响大。

流变仪响应特性对含蜡原油屈服应力测试结果的影响

含蜡原油的屈服特性对管道停输再启动起主导性作用。目前,含蜡原油屈服应力大多利用实测的流变曲线,依据某判定条件确定。利用2台同为控制应力型但不同型号的流变仪开展实验,发现在测试的初始阶段,相同剪切加载条件下不同流变仪的实际响应特性(剪切率)不同,流变曲线差别较大;分析含蜡原油在2台流变仪下的屈服响应特性,发现其屈服应力、屈服应变差别较大,即含蜡原油屈服特性与流变仪加载后的实际响应特性密切相关。因此,含蜡原油屈服应力的确定需要考虑流变仪在测试过程中的实际加载条件。基于固体力学中材料强度极限的概念,将含蜡原油黏弹-触变模型中弹性应力的最大值定义为屈服应力。新提出的确定屈服应力的方法能够考虑流变仪在测试过程中的实际加载过程,物理意义也更加明确。

成品油管道内杂质运移沉积及其影响规律

为确定可行的水力清管方案,对成品油管道内杂质沉积运移规律、影响因素及杂质沉积对管道的影响等方面内容开展了研究。设计建造了室内成品油携水携杂质试验环道,可以开展不同倾角、口径成品油管道内杂质运移沉积规律测试、内腐蚀特性测试;利用Fluent-DEM耦合的数值方法,开展了不同工况下固体颗粒在成品油管道内的运移特性研究。试验测试结果与数值模拟数据的吻合度较高,说明数值模拟方法具有较高的可靠性。基于试验与数值模拟手段,研究了杂质沉积特性、临界运移流速、沉积特性的影响因素以及杂质沉积对管道内腐蚀的影响。研究发现:固体颗粒通常沉积在上倾-水平管道弯头的后方,并获得了流速、管道倾角、口径、固体颗粒的密度和球度等参数对固体颗粒运移特性的影响规律,得到了杂质沉积对成品油下方积水的运移及管道内腐蚀特性的作用机理。

CO_2管道泄压过程流动特性及参数影响

针对CO_2管道放空过程管内参数变化的研究较少,且相关规范对放空无明确要求的问题,分析了CO_2管道泄压过程的特殊性,通过建立管内瞬变过程的数学模型,计算了不同输送压力和泄放速率对放空特性的影响。研究表明:管存量随时间的变化规律呈幂函数形式;高压低温会延长放空时间;各相态CO_2在放空过程中存在共同的"相态汇聚区域";密相CO_2的放空规律与液态CO_2相似;超临界放空将生成干冰;同时,放空速率对管内温降影响不大,但更小的放空速率导致更小的温降速率。因此,建议采用减缓放空阀开启速率、放空管局部加热等措施,实现对设备的保护和防止冰堵的发生。研究成果可为CO_2管道的放空方案以及相关规范的制定提供指导。

管输CO_2焦耳-汤姆逊系数计算方法

在CO_2管输过程中,为了保障管道的安全运行,需要准确预测其节流特性,以防节流后管道发生冻堵。从分子角度分析了不同相态CO_2节流效应机理,利用多元非线性回归方法提出管输CO_2焦耳-汤姆逊系数计算方法。该计算方法包括3种相态的管输CO_2焦耳-汤姆逊系数计算公式,形式简单,计算速度快,具有更好的工程利用价值。使用实验数据对经验公式的准确性进行了验证,在管输工况下其平均相对误差为10.63%。该计算方法为CO_2管道设计与运行过程中的节流温降计算提供了参考。

LNG-FSRU中间介质再气化工艺优选

LNG浮式储存与再气化装置(Floating Storage Regasification Unit,FSRU)的建设周期短、装置灵活性高,其再气化模块是LNG-FSRU的重要功能模块,中间介质气化器(Intermediate Fluid Vaporizer,IFV)则是LNG-FSRU关键设备之一。基于LNG-FSRU中间介质再气化工艺现状,选择4种中间介质与2种加热源进行组合,确立8种再气化工艺流程,利用Aspen HYSYS软件建立再气化工艺流程模型,对再气化工艺进行敏感性分析。模拟结果表明:以丙烷为中间介质的整体式海水加热再气化工艺所需的海水流量及丙烷循环量较低,气化器结构紧凑、经济性好,其可作为LNG-FSRU再气化工艺的首选;当海水温度较低时,可采用海水和蒸汽联合加热的再气化方式。研究结果可为LNG-FSRU再气化系统的设计提供参考。

不同剪切条件下胶凝原油轴向与剪切力学特性差异

流变测试系统内,经剪切处理后的胶凝原油存在明显的各向异性,导致现有的管道非稳态流动数值模型不再适用。为了对比在不同剪切条件下胶凝原油剪切力学特性与轴向力学特性的差异,分析其各向异性,以胜利原油和南阳原油为例,控制不同剪切速率、剪切时间等因素对原油进行预剪切处理,分别开展剪切应力松弛试验和轴向压缩松弛试验。对试验数据进行拟合,对比相同条件下胶凝原油的剪切松弛模量和轴向压缩松弛模量,结果表明:相同条件下,胶凝原油的压缩松弛模量远远大于其剪切松弛模量,且随剪切速率的增大、剪切时间的增加,剪切松弛模量和压缩松弛模量相差越来越大,即各向异性更加显著。研究结果为胶凝原油管道的停输再启动提供了理论依据与技术支持。

射流清管器结构参数与清管积液运移特性

明确清管器结构参数对射流清管器运行规律及射流效果的影响,对于保障管道流动安全、顺利完成清管作业尤为重要。对某实际天然气凝析液管道进行清管模拟,分析清管器旁通率、摩擦力等结构参数对其运动特性及清管段塞的影响,并研究凝析液和液态水在射流清管过程中运动规律的差异。结果表明:射流清管器平均速度随旁通率的增加呈线性下降趋势,旁通率增加可以显著降低清管段塞量,平缓气量波动;摩擦力对模拟结果具有重要影响,若模拟前清管器摩擦力计算偏小,将导致清管段塞的预测值大幅增加;液态水和天然气凝析液在射流清管过程中的运动特性差异较大,液态水的存在会一定程度上削弱射流清管效果。

停输压力对胶凝原油管道启动特性的影响

管道停输时,因地形起伏等因素管内难免存在压力,从而影响管道的启动特性。基于胶凝原油环道试验,采用3种加压方式探究不同停输压力对胶凝原油管道再启动特性的影响规律:1管道首段瞬时加压后密闭管道并恒温静置;2管道恒温静置过程中,在管道首段持续施加不同恒定压力;3管道首段持续加压特定时间后,密闭管道并恒温静置。分别开展管道再启动实验,计算管道启动屈服应力。分析表明:瞬时加压时,管道启动屈服应力随着加压压力的增加而增大;持续加压时,管道启动屈服应力随加压压力的增加而先增大后减小;加压时间对屈服应力也有一定影响。研究结果可为保障原油管道安全、高效运行提供技术支持。