湿天然气加热炉盘管内壁结垢过程模型研究及预测

【摘要】：结垢现象广泛存在于油气储运、供热通风等多个领域,在一定温度、压力条件下只要溶液中污垢离子达到过饱和状态,并存在晶核形成的媒介,便会产生污垢。湿天然气在加热炉盘管内壁的结垢是一种典型的气液两相流结垢,本文建立了湿天然气的气液两相流结垢模型,利用VisualBasic6.0编制了湿天然气加热炉盘管内壁的结垢预测程序,分别对温度、压力、污垢层厚度等结垢参数进行了预测,并通过改变温度、压力、液体流量等结垢影响因素的大小,分析了各结垢影响因素对结垢量的影响。 本文研究了当时间为2h、6h、10h和14h时结垢参数沿管道方向的变化规律;管道的25m、50m、75m和100m位置处结垢参数随时间的变化规律;改变结垢因素的大小得到结垢因素对结垢量的影响。 结果表明,在同一时刻湿天然气的温度沿着管道方向逐渐上升,温度在同一位置随着时间逐渐降低,管道壁面温度越高湿天然气的结垢量越大;游离水质量流量越大,则液相的实际流速越大,导致剥蚀速率增加,污垢层厚度增加的速度越小;压力在同一时刻沿着管道方向逐渐降低,在同一位置随着时间逐渐降低,压力越高气体体积越小,截面含气率越小,而持液率增大,液相通过的截面积变大,液相的实际速度减小,从而增加了污垢层厚度;以CaSO_4的浓度为4.5kg/m~3、5.5kg/m~3和6.5kg/m~3分别进行了计算,得出浓度越高污垢层厚度越大;分别以分层流和气泡流对污垢热阻分析,得出在气相质量流量不变的条件下,已知流型并不能定性地比较不同流型污垢热阻的大小,因为结垢过程是受多种因素共同影响的复杂过程,需要通过具体计算才可以进行不同流型之间的热阻大小的比较,流型只是判断污垢热阻大小的因素之一,不同的流型对应着不同的管道平均污垢热阻的计算方法;最后分析了湿天然气加热管道内的结垢特性,得到了湿天然气管道分层流、环状流和弥散流时的净结垢速率沿管道方向的变化曲线,并通过比较分析,得出湿天然气加热管道内,在相同的液相质量流量下,分层流的净结垢速率大于环状流,环状流的净结垢速率大于弥散流。 【关键词】：湿天然气 结垢 两相流 热阻计算 模型 预测
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE375
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-17
• 1.1 课题的背景及研究意义10-11
• 1.1.1 湿天然气在加热炉盘管内部结垢研究的背景10
• 1.1.2 湿天然气结垢的危害及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究进展11-16
• 1.2.1 国内外湿天然气结垢研究现状12-15
• 1.2.2 存在的问题15-16
• 1.3 本文研究目的和内容16-17
• 第二章 湿天然气管路气液两相流研究17-52
• 2.1 气液两相流的参数和术语17-24
• 2.1.1 流量17-18
• 2.1.2 流速18-19
• 2.1.3 气液两相流相对流速参数19
• 2.1.4 气液含率19-20
• 2.1.5 气液两相混合物的密度20-21
• 2.1.6 气液两相流压降梯度折算系数21-22
• 2.1.7 摩阻系数22-24
• 2.2 气液两相流流型及判断准则24-32
• 2.2.1 流型的划分24-25
• 2.2.2 流型判断准则25-32
• 2.3 湿天然气气液两相流工艺参数计算32-49
• 2.3.1 均相流模型32-34
• 2.3.2 漂移流模型34-37
• 2.3.3 基于流型划分的模型37-40
• 2.3.4 天然气物性参数40-46
• 2.3.5 湿天然气气液两相流计算分析46-49
• 2.4 气液两相流结垢模型划分49-50
• 2.5 本章小结50-52
• 第三章 结垢机理与模型研究52-67
• 3.1 污垢理论概述52-54
• 3.1.1 污垢的分类52-53
• 3.1.2 油气田污垢成分53
• 3.1.3 污垢的形成过程53-54
• 3.2 结晶基本理论54-57
• 3.2.1 溶解度和过饱和度54-56
• 3.2.2 晶体的形成56-57
• 3.3 固体颗粒的沉积57-58
• 3.3.1 输运过程57-58
• 3.3.2 附着过程58
• 3.4 结垢影响因素58-60
• 3.5 污垢积聚预测模型60-64
• 3.5.1 颗粒污垢预测模型60-62
• 3.5.2 析晶污垢预测模型62-64
• 3.6 结垢过程与温度场的耦合64-65
• 3.7 本章小结65-67
• 第四章 湿天然气加热炉盘管内壁结垢模型67-89
• 4.1 加热炉盘管物理模型67-70
• 4.1.1 天然气加热炉67-68
• 4.1.2 物理模型的建立68-70
• 4.2 基于流型结垢模型的热阻计算70-78
• 4.2.1 全湿模型热阻计算70-71
• 4.2.2 半湿模型热阻计算71-73
• 4.2.3 过渡模型热阻计算73-78
• 4.3 天然气游离水结垢模型78-87
• 4.3.1 硫酸钙析晶污垢沉积速率78-81
• 4.3.2 硫酸钙颗粒污垢沉积速率81-83
• 4.3.3 硫酸钙污垢剥蚀速率83
• 4.3.4 结垢求解与参数确定83-87
• 4.4 计算流程87-88
• 4.5 本章小结88-89
• 第五章 结垢程序预测结果分析89-110
• 5.1 结垢预测程序概述89-92
• 5.1.1 程序设计语言89
• 5.1.2 程序界面及功能介绍89-92
• 5.2 结垢参数预测结果92-100
• 5.2.1 流体主体温度分布93-94
• 5.2.2 压力分布94-95
• 5.2.3 净结垢速率分布95-97
• 5.2.4 污垢层厚度分布97-98
• 5.2.5 主体浓度分布98-100
• 5.3 结垢因素对结垢量的影响100-105
• 5.3.1 环境温度对污垢层厚度的影响100-101
• 5.3.2 游离水流量对污垢层厚度的影响101-102
• 5.3.3 游离水污垢浓度对污垢层厚度的影响102
• 5.3.4 初始压强对污垢层厚度的影响102-103
• 5.3.5 流型对污垢热阻的影响103-105
• 5.4 湿天然气结垢特性分析105-108
• 5.4.1 湿天然气流型划分105
• 5.4.2 湿天然气流型与净结垢速率105-108
• 5.5 本章小结108-110
• 结论与展望110-113
• 参考文献113-116
• 致谢116

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