地形起伏天然气集输管线清管数值模拟研究

【摘要】：随着天然气工业的不断发展,管道工业也进入了黄金发展阶段,这一点已被全球管道工程的蓬勃建设所证实。我国政府也将管道建设摆在了重要位置,并相继投产运营了西气东输、川气东送等大型管道,这些能源大动脉对国民经济的发展起了重要的作用。管道工业蓬勃发展的同时,与之相关的管道技术也相应被摆到重要位置上来,其中重要的一项就是清管技术。不管对于新建管道还是已投产管线,清管技术都有十分广泛的应用。 本论文针对地形起伏天然气集输管线,先介绍了清管系统的设备、工艺流程及相关工艺参数计算,本论文的重点是建立地形起伏天然气集输管线清管模型,通过仿真模拟清管过程,从而得到各基本参数的变化规律。由于地形起伏的影响,管中流体的流型不断发生变化,从而导致持液率的不断改变。而管中积液量的计算与持液率有关,因此,在建立清管模型之前应首先介绍管段内流型的判断方法,利用该方法确定管内流体的流型情况,再根据管内流型的不同采用不同的持液率计算方法,最终求出持液率。然后,针对地形起伏天然气集输管线,以水平管线的清管模型为基础,分别对不同地形情况建立清管物理模型,同时与管内的流体进行受力耦合分析,并结合以上的持液率计算方法和流体满足的基本方程,推导出清管数学模型。 根据建立的清管模型,对其计算过程按功能的不同进行区块划分,并应用计算机C语言对其编程处理,然后通过各功能区块的组合模拟计算整个清管参数,从而仿真模拟地形起伏集气管线的清管过程。 对于工程实例中的一条天然气集输管线,结合以上建立的清管数学模型,通过编制的程序最终计算得出一系列的清管基本参数。同时,把这些结果与PIPEPHASE软件算出的结果进行比较,部分结果完全吻合,部分结果数据的误差在工程允许误差范围以内,总的来说,到达了较好的计算效果。然后将得出的数据绘制成曲线,观察曲线的变化情况,从而了解管道中持液率、清管球速度、沿程压力等基本参数的变化规律。最后,单一改变管线的管径、流量、压力等基本参数,从而从整体上研究某参数的改变对清管工况参数的影响,将单个管段的倾角、长度改变从局部上研究管段基本参数的改变对清管工况参数的影响,以上两方面都为两相流管路的清管运行控制提供理论依据。 【关键词】：地形起伏 天然气 集输管线 持液率 清管模拟 程序编制
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外清管模型研究现状10-12
• 1.2.1 国外清管模型研究概况10-11
• 1.2.2 国内清管模型研究概况11-12
• 1.3 本论文的研究内容与技术路线12-14
• 1.3.1 本论文研究内容12-13
• 1.3.2 本论文技术路线13-14
• 第2章 天然气集输管线典型清管设备与工艺流程14-22
• 2.1 清管设备14-16
• 2.1.1 清管器收发装置14-15
• 2.1.2 清管器种类15-16
• 2.2 典型清管工艺流程16-17
• 2.2.1 清管器发送过程16-17
• 2.2.2 清管器接收过程17
• 2.3 地形起伏集气管线清管基本参数计算17-20
• 2.3.1 清管球与管壁的摩擦阻力17-18
• 2.3.2 清管球前、后管段气体沿程摩擦阻力18-19
• 2.3.3 清管积液静压阻力19-20
• 2.3.4 积液沿程流动摩擦阻力20
• 2.3.5 沿程压力分布及平均压力20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 地形起伏天然气集输管线清管运行计算基础22-29
• 3.1 地形起伏集气管段流型分类与判断22-24
• 3.1.1 地形起伏管线流型分类22
• 3.1.2 地形起伏集气管线流型判断22-24
• 3.2 地形起伏集气管线持液率计算24-28
• 3.2.1 分层流持液率计算24-26
• 3.2.2 段塞流持液率计算26-27
• 3.2.3 其他流型的持液率计算27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第4章 地形起伏天然气集输管线清管动态运行模型29-47
• 4.1 清管球在无积液的水平输气管线中的清管模型29-32
• 4.1.1 模型基本假设29
• 4.1.2 清管物理模型29-30
• 4.1.3 清管数学模型30-32
• 4.2 清管球在有积液的水平输气管线中的清管模型32-39
• 4.2.1 模型基本假设32-33
• 4.2.2 清管物理模型33
• 4.2.3 清管数学模型33-39
• 4.3 集气管段在复杂情况下(考虑积液、倾角)的清管模型39-46
• 4.3.1 模型基本假设39
• 4.3.2 清管受力模型39-41
• 4.3.3 清管数学模型41-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 地形起伏天然气集输管线清管程序编制47-49
• 5.1 编程基础47
• 5.1.1 编程语言47
• 5.1.2 程序功能模块47
• 5.2 程序计算流程47-48
• 5.3 本章小结48-49
• 第6章 实例应用49-69
• 6.1 川中气矿12号站-9号站集气管线工程概况49-50
• 6.1.1 集输管线输送天然气的气质组成49
• 6.1.2 12号站-9号站集气管线规格49
• 6.1.3 12号站-9号站集气管线沿程路由49-50
• 6.1.4 12号站-9号站集气管线运行参数50
• 6.2 计算结果分析50-69
• 6.2.1 管线流型变化情况50-54
• 6.2.2 持液率变化曲线及影响因素54-57
• 6.2.3 清管球沿程压力变化曲线及影响因素57-60
• 6.2.4 清管球运行速度曲线及影响因素60-63
• 6.2.5 管道入口压力随时间的变化曲线及影响因素63-69
• 第7章 结论与建议69-71
• 7.1 结论69
• 7.2 建议69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 附录176-93
• 附录293-99

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