深水海底天然气凝析液管道射流清管技术研究

【摘要】：天然气管道的长期运行会在管道内积聚凝析液，使管道流通面积减小、能量损耗增大，极大地降低管输效率，在特定条件下还可能生成水合物堵塞管道。通常采用定期清管的方法解决凝析液积聚问题，但传统清管器易造成大量液体在清管器下游积聚并形成液塞，使清管器运行极不稳定，对下游处理系统造成严重影响。因此，研发新型射流清管器具有重要的现实意义。 本文在系统调研国内外清管器结构的基础上，对应用于海底天然气凝析液管道的射流清管器结构进行了合理设计。该新型射流清管器既能够通过旁通射流对气液两相流型进行控制，降低清管器清管期间速度、压力波动及终端液塞流量，又能通过特定的结构设计实现清管器卡堵后的再启动，降低海底管道清管风险。 结合南海荔湾某一海底天然气管线数据，通过OLGA模拟软件对射流清管过程进行模拟。分别通过清管器速度、清管过程管线压力波动以及管线终端出口液塞流量和持液率对射流清管过程进行规律性分析，并对最优旁通率进行优选。利用OLGA软件中的水合物模块确定射流清管期间MEG的精确加注量，防止水合物的产生从而保证清管安全进行。 结合射流清管器的结构设计和OLGA模拟所得数据，建立射流清管器旁通通道的Fluent流通模型，通过Fluent模拟确定在特定管道和特定工况下射流清管器旁通阀门受力，确定阀门的关闭压力。 完成室内实验环道的设计和施工，包括清管器发射和接收装置、水平管段、起伏管段、下倾立管管段，设计并加工了室内实验用射流清管器。通过改变气量、液量、射流清管器旁通率等参数进行了大量的室内实验，对清管过程中管线压力、清管器速度、管线液塞残留量及终端液塞流出总量的变化进行分析，总结清管过程中射流清管器的运行规律及积液回流情况。 【关键词】：天然气凝析液 射流清管器 旁通率 天然气水合物
【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】：TE832.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 引言10-17
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 传统清管器清管及问题10-11
• 1.2.2 射流清管器清管及优势11-12
• 1.2.3 射流清管器理论模型研究12-17
• 第二章 射流清管器结构设计及受力分析17-32
• 2.1 射流清管器类型选择17-18
• 2.2 射流清管器结构设计18-25
• 2.2.1 皮碗及紧固部分19-21
• 2.2.2 清管器主轴部分21-22
• 2.2.3 射流旁通部分22-25
• 2.3 皮碗式射流清管器受力分析25-31
• 2.3.1 清管器总受力25-26
• 2.3.2 重力分量对运动的影响26
• 2.3.3 摩擦阻力分析26-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 射流清管器 OLGA 模拟32-49
• 3.1 现场管线实际数据32-33
• 3.2 射流清管最优旁通率的优选33-42
• 3.2.1 清管器速度变化34-36
• 3.2.2 管线特殊点压力变化36-39
• 3.2.3 液塞流量及持液率变化39-41
• 3.2.4 最优旁通率的确定41-42
• 3.3 水合物生成及预防模拟42-48
• 3.3.1 正常工况下水合物模拟43-45
• 3.3.2 清管工况下水合物模拟45-46
• 3.3.3 卡堵工况下水合物模拟46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 射流清管器 Fluent 受力模拟49-63
• 4.1 模拟基本思想49-50
• 4.2 天然气相关参数计算50-54
• 4.2.1 天然气压缩因子计算50-52
• 4.2.2 天然气的粘度计算52-53
• 4.2.3 天然气的密度计算53-54
• 4.3 模拟及结果分析54-61
• 4.3.1 流道网格划分54-55
• 4.3.2 湍流模型优化55-57
• 4.3.3 流场结果分析57-59
• 4.3.4 阀门受力分析59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 射流清管器室内实验系统简介63-69
• 5.1 室内实验环道简介63-65
• 5.2 环道实验设备简介65-67
• 5.2.1 压缩机及计量系统65-66
• 5.2.2 压力传感器66-67
• 5.3 射流清管器设计67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 射流清管器室内清管实验69-91
• 6.1 实验变量及实验现象69-71
• 6.1.1 实验变量69-70
• 6.1.2 实验现象70-71
• 6.2 清管过程压力变化分析71-77
• 6.2.1 压力曲线变化分析72-74
• 6.2.2 旁通率对压力的影响74-76
• 6.2.3 积液量对压力的影响76-77
• 6.3 清管过程速度变化分析77-84
• 6.3.1 清管速度计算方法77-79
• 6.3.2 清管平均速度规律79-81
• 6.3.3 清管瞬时速度规律81-84
• 6.4 积液量变化分析84-89
• 6.4.1 放水口 1 液塞量变化84-86
• 6.4.2 放水口 2 液塞量变化86-88
• 6.4.3 液塞流出总量变化88-89
• 6.5 本章小结89-91
• 第七章 结论与展望91-93
• 7.1 本文结论91-92
• 7.2 后期展望92-93
• 参考文献93-96
• 致谢96

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