天然气单流涡流管流场与温度场数值模拟

单流涡流管(SCVT)对传统涡流管(RHVT)的结构进行了改进,在天然气管道调压系统的在线加热方面具有较大的安全、节能优势。为了使SCVT技术能更好地适应天然气管道系统的工况调整和环境温度变化,基于前人关于RHVT的研究成果,建立了SCVT流场和温度场计算模型,采用ICEM和FLUENT软件分别对计算区域进行了结构化网格划分和三维数值模拟;进而根据环道实验数据对计算模型进行了验证分析,针对SCVT在典型工况下的切向运动、轴向运动、静压、静温、短路流等特性进行了数值模拟研究。研究结果表明:①流场由一系列沿热端管方向流量不断衰减的"短路流"构成;②流场结构存在着平行于管中心的能量分离界面,界面的轴向速度为0,静压不随轴向位置变化,界面两侧的内、外旋流的轴向速度相反;③在靠近喷嘴的前半段,径向方向的静压、静温、切向速度和轴向速度差异较大,能量分离效果显著;④静温在管壁处最高,并沿着热端管方向近似呈指数趋势升高,较大的热端管长径比增大了与被加热气体之间的换热面积,有利于提高SCVT的加热性能。结论认为,该研究成果可以为涡流管加热技术的推广应用提供技术支持。

稠油乳状液在水浴与微波加热方式下的降黏实验

为了探究稠油乳状液在水浴与微波两种加热方式下的降黏特性及机理,以含水率50%的委内瑞拉稠油乳状液协同纳米降黏剂为研究对象,设计了水浴与微波两种加热方式下的降黏对比实验,包括降黏规律分析、四组分(SARA)分离、全二维气相色谱质谱(GC-MS)分析、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)及黏度反弹实验,探究了降黏剂质量分数、加热温度及加热时间对稠油乳状液表观黏度的影响规律。实验结果表明:降黏剂质量分数对表观黏度影响最大;微波能够作用原油极性组分及水分子,其非热效应进一步降低稠油乳状液的表观黏度;微波加热可将稠环芳核、多环或杂环异构烷基的胶质及沥青质片层状分子转化为轻组分,降低杂原子基团质量分数;30天内,微波加热油样的表观黏度微小升高,但仍有87.44%降黏率。研究结果对于稠油降黏采输工艺具有重要的指导意义。

海洋工程原型软管甲烷渗透试验

柔性软管是海洋资源开发的关键性装备,在油气输送过程中,内管中的甲烷、二氧化碳、硫化氢、水蒸气等气体小分子可逐渐渗透内压密封层,严重危害软管服役安全。为保证软管安全稳定运行,探究甲烷渗透规律,对常温条件下高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)原型软管进行了渗透试验。结果表明:(1)甲烷在HDPE管材中的渗透行为可大致分为溶解扩散期、缓慢解吸期及快速解吸期3个阶段,时间比例为1:6:5,第2阶段的均值气体透过率是第3阶段的1/3。(2)HDPE聚合物材料饱和溶解甲烷分子后,环空压力与气体透过率呈负指数函数关系。(3)发现了甲烷的超临界渗透特性,即试验压力在甲烷的临界压力附近时,气体透过率达到峰值;试验压力小于临界压力时,试验压力越大,气体透过率越大;反之,试验压力越大,气体透过率越小。研究成果可为柔性软管在海洋油气开发工程中的应用及新材料研发提供参考。(图7,表1,参20)

单流涡流管双通道加热器加热性能测试试验

单流涡流管(Single-Circuit Vortex Tube,SCVT)加热器在天然气管道调压系统在线加热方面具有较大的安全与节能优势,其结构在传统涡流管(Ranque-Hilsch Vortex Tube,RHVT)基础上进行了改进。为了验证SCVT的加热性能,搭建了环路测试试验系统,其具备试验工质的常温模拟与低温模拟功能。利用该系统开展了SCVT在不同压力、压比、流量、温度及单双通道条件下的加热性能测试,结果表明:在试验测试的参数范围内,涡流管对高流速先导气的加热能力更强,相同条件下大压比、小压差、高进口温度有利于提高先导气的温度;靠近热端管末端的加热通道对先导气的温度提升能力优于靠近涡流室端的加热通道;不同通道先导气单独加热比同时加热的加热效果好;为了获得最佳加热性能,先导气宜从加热器两端的低温区流入,从中间的高温区流出。该试验结果可为涡流管加热技术更好地适应天然气管道系统的加热需要提供技术支持。(图9,参19)

基于3D扫描的平滑凹陷管道应变解析计算方法

基于凹陷应变的评价准则因其准确性高、适用性强的优势,在埋地长输管道凹陷适用性评价中得到广泛应用。为获得更为精确的凹陷应变值,提出了一种基于3D扫描轮廓的平滑凹陷管道应变解析计算方法。利用逆向工程软件对扫描点云数据进行预处理,采用三次B样条插值函数重构平滑凹陷曲面,通过数据格栅化将点云数据划分为规则化网格节点坐标数据;基于薄壳理论和几何变形分析推导了管道凹陷变形后各点的位移和应变,并将计算结果与有限元法、ASME B31.8公式计算结果进行对比,结果表明:所提出的解析算法和ASME B31.8公式计算得到的内壁最大等效应变结果与有限元法计算结果相比平均相对误差分别为17.59%、11.56%,外壁最大等效应变结果平均相对误差分别为7.73%、13.16%,该解析算法对于凹陷外壁的应变计算比ASME B31.8公式更准确。研究成果可为含凹陷管道现场适用性评价提供理论基础。