油气储运工程专业实验系统化教学体系的建设与实践

油气储运工程专业实验教学改革,对于培养适应行业快速发展的创新型工程应用人才具有关键促进作用。通过优化整合实验教学内容,充实实验教学资源,立体化实验训练系统,递进式组合实验项目与实验教学方式,构建了油气储运工程专业实验的系统化教学体系,有效地培养了学生的创新思维,提高了学生的技术创新能力。

油气储运工程专业实验教学探索与实践

以江苏省油气储运技术重点实验室和江苏省油气储运实验教学示范中心为依托,在实验教学理念、实验教学体系、实验教学设备、实验教学方法与手段等方面开展了实验教学改革,构建了油气储运工程创新实验教学体系,加强了学生工程意识和创新能力的培养。

基于泡沫金属的活性炭吸附油气实验

为了降低传统的活性炭吸附油气的热效应,在吸附塔中引入泡沫金属材料。将活性炭粉末填入泡沫金属中制成复合吸附材料,再用它来填充吸附塔。理论计算得到该复合吸附材料的导热系数为11.72 W/(m.K),远远高于活性炭本身的导热系数(0.185W/(m.K));在水浴和空气环境中进行的吸附汽油蒸气实验证明,复合吸附材料对吸附热有一定的降低作用。该复合吸附材料有较好的导热性能,而且在降低吸附温度的同时,相应地也可以适当提高活性炭的有效吸附容量。

冷凝和吸附集成技术回收有机废气

有机废气治理的难度在于石化、石油、化工等领域的工艺不同,导致排放的废气组分及浓度相差很大。根据有机废气的特点,选择合适的工艺进行有效治理并实现资源回收是非常必要的。目前,冷凝和吸附集成工艺回收有机废气成为人们的研究重点。冷凝法回收有机废气应用于高浓度场合,尤其适合应用在集成工艺的前端。吸附法回收技术更适合于低浓度油气吸附,作为集成技术的后端处理。有机废气冷凝和吸附集成技术,既发挥冷凝法在冷凝高浓度油气方面高效的优势,以及吸附法在吸附低浓度油气时可以将油气浓度控制在很低范围的优势,同时又可避免单纯冷凝技术由于低温冷凝而引起的成本及操作费用剧增,以及吸附法由于吸附高浓度油气而产生的安全隐患。通过对冷凝和吸附段的工艺及结构参数进行优化,并选择合适的制冷剂及吸附剂,以期最终达到回收率、设备投资、运行能耗及安全性等综合技术经济指标的最优化。

油气冷凝和吸附集成回收工艺的研究

提出了油气冷凝和吸附集成回收工艺,并对其回收效果进行了模拟和实验研究。考虑到太阳能作为动力能源供给,开发了冷凝和吸附集成回收装置,利用Aspen Plus软件灵敏度分析工具,对4种不同浓度的汽油油气冷凝过程进行了模拟,并进行了实验验证。结果表明,冷凝段的冷凝温度可以设计在-25℃左右,此时回收率在50%以上;当冷凝温度为-25℃时,油气回收率的实验值与模拟值吻合。该集成工艺回收装置的油气回收率达到99%以上,出口油气质量浓度低于7.7g/m3,可以达标。吸附剂动态吸附容量可达0.24kg/kg,通过高真空解吸及微量氮气吹扫,饱和吸附剂可被完全解吸。该工艺的吸附热效应远低于纯吸附法,从而进一步提高了系统的安全性和经济效益。

油气回收吸附剂的再生方法

吸附剂的再生方法影响到油气吸附回收成套技术的回收效果、投资成本、运行费用及安全性。详细阐述了吸附剂的热再生法、真空解吸再生法、超临界流体再生法、超声波再生法和微波辐射再生法,指出了各种再生方法存在的优缺点。目前,应在进一步优化真空解吸的同时,对其他解吸方法也应给予足够重视,并进行系统的基础研究。

活性炭-疏水硅胶复合吸附剂吸附油气

开发出一种上层为活性炭、底层为疏水硅胶的复合吸附剂,并与活性炭、硅胶单独吸附汽油蒸气进行比较,发现不同吸附剂及油气质量浓度对吸附容量及吸附热有大的影响。研究活性炭与硅胶不同体积比对吸附质量比和温度的影响,得出最佳体积比为1∶1。这样高质量浓度油气先被底层的硅胶吸附,低质量浓度的油气再被上层的活性炭吸附,从而综合利用了硅胶的不燃烧及活性炭吸附质量比高的特点,从工艺技术上降低了活性炭吸附放热的安全问题,进而还可适当提高活性炭有效吸附容量。

功能化有机硅纳米管的合成及其油气吸附性能研究

利用溶胶-凝胶法制备出管径狭长、壁厚微薄的有机硅纳米管,通过引入阻聚剂对其表面进行修饰,并对样品结构进行表征。将样品、商业化活性炭(AC)和硅胶(SG)对水蒸气、正己烷和油气进行静态吸附实验对比,并在自建的动态正己烷吸附装置上进行动态吸附实验。吸附结果表明,所制备的有机硅纳米管材料的静/动态吸附容量和稳定性都远高于商业化活性炭和硅胶。

管道流动体系下气体水合物生成促进技术研究进展

强化管道中水合物的生成对今后水合物技术的工业化应用具有重要的意义。综述了能够应用于促进管道流动体系中水合物生成的方法,包括机械物理强化、化学强化和外场强化。三种强化方法中,机械物理强化的应用有很大的局限性,化学强化和外场强化是今后管道中水合物生成强化方面重点研究的方向。

气相爆轰实验系统设计

设计了一套内径139 mm、总长10 m的气体、粉尘爆轰管道式反应装置,装置由试验管道系统、测试系统、辅助实验系统和控制系统4部分构成。测试系统包括高频响动态压力传感器、火焰传感器、超动态应变仪、数据采集卡、高速摄像系统等设备,以便测试可燃气体、粉尘的爆轰参数和管道的动力学响应特征参数。实验装置可用于可燃气云和粉尘的燃烧、爆炸特性以及爆轰波对结构加载作用的研究,研究成果可用于燃气输送管道的设计、校核,为安全生产保驾护航。

油气管道腐蚀与防护研究进展

随着管网的复杂化和管道腐蚀的多样化,管道老化问题日益显著,管道失效事故发生率上升,造成巨大的经济损失。分析了油管腐蚀的影响因素,管外土壤、管内输送介质及管杆腐蚀磨损是引起油管腐蚀的重要因素。归纳了油管腐蚀的一般特征,油管腐蚀是多种介质综合作用的结果,系统性总结了H_2S、CO_2腐蚀机理。H_2S腐蚀速率与其浓度呈正比关系,在浓度一定时,H_2S腐蚀速率主要取决于材料的硬度和强度。CO2腐蚀速率主要受温度、压力、介质流速以及pH值的影响。通过比较分析多种油管防护方法的优缺点,指出爆炸复合油管防护性能强且有效期长,是一种最适合油气井长效防护的方法。对管道施加外防护层和内壁检测是油管防护的有效手段,有益于降低油管事故率和提高油田综合效益。

十六烷基三甲基溴化铵促进CO_2水合物生成的实验研究

针对CO2水合物自然生成速度慢这一技术难题,利用实验室自制的水合物实验系统,开展了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)体系下CO2水合物生成促进实验研究。考察了CTAB质量分数为200、300、500、700、900 mg/kg下对水合反应体系表面张力及CO2水合物生成特性影响规律,分析了CTAB对CO2水合物生成促进作用机理。实验结果表明,5种浓度下CTAB添加剂均能够有效降低CO2水合物相平衡点,温度越高,生成压力降低幅度越大,在最优用量为300 mg/kg下降幅可达27.7%。水合反应体系的压力越低,CTAB促进CO2水合物生成的诱导时间降低越大,促进效果越明显。该研究对于提高水合物生成速率具有一定的意义。

PEBA膜分离庚烷蒸气-氮气混合气的实验研究

膜法回收有机废气技术在国内外日益得到人们的重视。目前,膜法回收有机蒸气技术的首要研究重点仍然在于高性能分离膜的开发。聚醚嵌段酰胺(poly(ether block amide),PEBA)作为一种新型的膜材料,逐渐引起国内外学者的重视。本研究利用PEBA膜渗透分离庚烷蒸气-N2混合气,来考察PEBA膜在多种工况下对庚烷蒸气的渗透分离性能。实验结果表明:高温有利于气体的渗透,低温有利于提高混合气的分离度;膜两侧压差的增大有利于混合气体渗透率的增大;薄的分离层更有利于提高膜的渗透性能,而分离度没有太大变化。

棒状有机硅材料的合成及其油气吸附性能研究

利用溶胶-凝胶法通过加入不同比例有机硅源进行功能化,合成高比表面积,大孔容和不同长径比的棒状有机硅,并通过透射电子显微镜、N2吸-脱附、红外光谱等手段对样品形貌、结构等进行表征,考察和比较棒状有机硅材料与商业化活性炭(AC)和硅胶(SG)的静、动态吸附性能。结果表明:棒状有机硅材料具有高吸附容量、解吸完全和吸附性能稳定等优点,使其在油气吸附应用领域具有很好的应用前景。

油气冷凝回收系统中板式蒸发器的优化

对汽油蒸气冷凝回收系统中板式蒸发器进行了概述。对冷凝回收工艺提出了优化的三段式冷凝方式,并且基于Aspen HTFS板式蒸发器的设计方案,对冷凝回收系统中的三段板式蒸发器进行了系统的优化设计。结果表明:在温度为20℃、压力为101.325kPa的条件下,当进入冷凝回收系统的油气-空气混合气的体积流量为400m3/h时,该冷凝系统的预冷段、中冷段、深冷段的蒸发器传热面积宜分别设计为12.4、53.2、4.5m2,总传热板片数分别为33、135、19。

内浮顶罐中油气扩散运移的数值模拟

内浮顶罐浮盘上气体空间的油气扩散运移规律对其安全隐患控制及损耗评估具有重要意义。基于单相扩散传质模型和RNGκ-ε湍流模型,采用UDF建立油气扩散模型,考察分析了通气孔分别位于罐壁和罐顶时罐内的油气扩散机理。结果表明:小型内浮顶罐的试验数据与模拟结果吻合良好;通气孔在不同位置时,气流对罐内油气的扰动规律不同,罐壁通气孔的开设使内浮顶油罐存在更大的安全隐患;外界风速引起的罐内泄漏点油品的有效扩散系数远大于无风时油品的分子扩散传质系数,建议API油气损耗评估公式考虑风速的影响。

外浮顶罐油气泄漏的数值模拟

外浮项罐油气泄漏扩散规律的研究对其油品蒸发损耗的评估及潜在危险的控制都具有重要意义。外浮顶罐油品蒸发损耗的一个主要途径是油气从浮盘边圈密封处泄漏。为此，对单浮盘环形密封圈的油气泄漏规律进行了数值模拟与实验对比，同时考察了罐直径、浮盘位置和风速大小对浮盘上风压分布的影响。研究结果表明：（1）油气泄漏的模拟结果与实验相吻合。（2）浮盘距罐顶的距离h与罐直径D的比值大于1／4时，垂直风向的浮盘两侧和上风侧最易泄漏。（3）浮盘上的风压分布规律受罐直径影响不大，但浮盘上方空间的高径比h／D和风速大小对其有较大影响。h／D较大时，浮盘中部的风压较低；h／D较小时，浮盘上风侧的风压较低；h／D在1／20-1／2范围内时，浮盘上下风侧风压均为负压；浮盘上的压差随着h／D比值的减小而增大。最后建议API外浮顶罐油气蒸发损耗评估公式中考虑h／D比值的影响。

基于含水油气冷凝回收模拟的状态方程筛选及工艺优化

在油气冷凝回收的模拟中,油气-空气混合气中的水分会对模拟过程产生较大影响,并且模拟计算采用何种状态方程也尚无定论。为此,利用Aspen plus模拟软件研究了含水油气状态方程和有效相态的选择对冷凝模拟灵敏度的影响,并对现有的三级冷凝工艺进行优化,以提高冷凝法油气回收率。结果表明,当油气组分中不含水蒸气时,常规状态方程(PENG-ROB,RK-SOAVE,SRK,PR-BM,RKS-BM)都能满足计算需要;当油气组分中含水蒸气时,状态方程不能选择SRK,有效相态设置应选择汽-液-液相或汽-液-结合水相;三级冷凝油气回收工艺宜设置2个单独的回收罐,1个不保温的回收罐收集预冷级的高含水冷凝产物,另1个保温的回收罐收集二级和三级的冷凝产物。

稻壳基硅胶疏水改性及其吸附油气性能研究

利用正交试验,对稻壳基硅胶(RHS)进行疏水改性处理,制得稻壳基疏水硅胶(RHHS),并评估其对油气的吸附性能。实验结果表明:RHS与马来酸酐、次亚磷酸钠的质量配合比为1∶1.2∶0.3,反应时间11h,反应温度100℃,制得的RHHS性能最佳,RHHS对正己烷静态吸附率为27.51%,吸水率为18.56%,动态吸附油气在50min穿透、190min达到饱和,对油气的饱和吸附率为25.76%。

油气回收技术的研究进展与研究重点

针对石油储运过程中的油品蒸发及油气排放问题,介绍了油品蒸发及油气排放的研究思路和研究成果,以便为降低油品蒸发损耗及开发油气回收技术提供基础设计依据。在此基础上,讨论了油气排放治理的基本方法和原则,并以油气回收技术作为控制蒸发损耗的基本措施。简述了油气回收评价体系现状和研究重点,系统比较了吸收法、吸附法、冷凝法及膜法等油气回收技术的研究现状及优缺点,提出了各种油气回收技术的研究重点及油气回收集成工艺的发展方向。最后,建议通过法规制度、经济补贴等渠道促进油气回收技术的开发及推广。