酸性天然气集输系统中的硫沉积规律研究

【摘要】：随着世界能源的消耗越来越多，天然气作为一种清洁、高效、便于使用的能源，在工业各个领域的使用越来越多。近几年，我国开采了很多高含硫气藏。在开采过程中析出的单质硫，会随天然气一同进入集输系统中并沉积下来，最终会造成地面集输管道设备的堵塞和损坏。 为了对酸性天然气集输系统中的硫沉积规律进行探索，本文编制了计算天然气物性热力计算的程序。在此基础上，完成了元素硫的气相逸度系数的计算，从而计算出一定压力温度条件下，酸性天然气中元素硫的溶解度值，确定了酸性天然气饱和含硫量与压力温度的关系，进而确定了集输系统中给定位置所处的压力、温度条件下，析硫的必要条件。硫颗粒从酸性天然气析出后，通过布朗凝并作用不断的碰撞长大，因此对于硫颗粒的尺寸分布进行了研究。 当元素硫从酸性天然气中析出长大为稳定颗粒后，不会马上沉积，而是在集输系统中运动一段时间后，在某些特定设备处才会沉积。因此，对集输系统中集气站外管线上行平拐弯头管段、水平上拐弯头管段和反Z型弯头管段，进行气固两相流模拟，模拟出硫颗粒随酸性天然气在这三种弯头管段中流动过程的轨迹，得到压力、温度、颗粒直径和气流速度对硫颗粒沉积率的影响。 【关键词】：酸性天然气 元素硫 尺寸分布 硫沉积 颗粒轨迹
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE866
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究的背景8
• 1.2 硫沉积研究现状8-12
• 1.2.1 高含硫气藏硫沉积研究现状9-11
• 1.2.2 酸性天然气集输系统中的硫沉积研究现状11-12
• 1.3 酸性天然气集输系统中的硫沉积机理12-14
• 1.3.1 元素硫的来源13
• 1.3.2 元素硫在集输系统中的沉积位置及危害13
• 1.3.3 酸性天然气集输系统中的硫沉积机理13-14
• 1.4 本文的主要内容14-16
• 第2章 天然气物性参数计算16-26
• 2.1 实际气体状态方程16-20
• 2.1.1 PR 状态方程17-18
• 2.1.2 天然气热物性参数表达式18-20
• 2.2 程序计算结果20-23
• 2.3 节流计算23-26
• 第3章 酸性天然气中的元素硫溶解度计算26-35
• 3.1 元素硫在酸性天然气中的气固相平衡26-27
• 3.2 三种计算硫的固相逸度的方法27-28
• 3.3 元素硫在酸性天然气中的溶解度结果对比28-32
• 3.4 元素硫在酸性天然气中的溶解度规律研究32-35
• 3.4.1 酸性天然气组分对元素硫溶解度的影响33-34
• 3.4.2 压力温度对元素硫溶解度的影响34-35
• 第4章 硫在酸性天然气中的成核介绍和尺寸分布35-46
• 4.1 成核理论介绍35-37
• 4.2 元素硫的成核速率37-38
• 4.3 硫颗粒尺寸分布38-46
• 4.3.1 颗粒尺寸控制方程39
• 4.3.2 矩方法39-42
• 4.3.3 结果与分析42-46
• 第5章 集输系统典型管段硫颗粒轨迹模拟46-64
• 5.1 单相湍流模拟简介46-47
• 5.1.1 直接数值模拟（DNS）46
• 5.1.2 大涡模拟（LES）46-47
• 5.1.3 离散涡模拟（DVS）47
• 5.2 气固两相湍流模型简介47-48
• 5.2.1 颗粒轨道模型47
• 5.2.2 颗粒拟流体模型47-48
• 5.3 集输系统典型管段硫颗粒轨迹模拟48-64
• 5.3.1 几何模型49
• 5.3.2 气相和颗粒相的控制方程49-52
• 5.3.3 边界条件及网格划分52-53
• 5.3.4 模拟结果分析53-64
• 结论64-65
• 参考文献65-68
• 附录 A68-69
• 附录 B69-70
• 附录 C70-71
• 附录 D71-79
• 致谢79

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