天然氣管道減阻劑加注數(shù)值模擬與工藝研究

【摘要】：隨著天然氣在國(guó)際能源結(jié)構(gòu)中所占比重的持續(xù)增長(zhǎng),其管道輸送的高能耗問題也引起了廣泛的關(guān)注,目前解決該問題的最好方法是使用減阻技術(shù)。對(duì)于天然氣管道運(yùn)輸而言,減阻技術(shù)可方便地提高管道的輸量,減小管道的壓力降,節(jié)約能源,提高管道運(yùn)行的安全系數(shù)等,越來越嚴(yán)峻的能源需求狀況迫切需要天然氣管道減阻技術(shù)得到突破性進(jìn)展。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,開展天然氣管道減阻劑加注的數(shù)值模擬與工藝研究,著重探討減阻劑加注工藝條件如霧化參數(shù),氣體流速,管徑大小,減阻劑溶劑特性以及逆噴等對(duì)霧滴索泰爾平均直徑SMD(Sauter Mean Diameter)及其在管壁上的吸附特性的影響,從而確定氣體管道的最佳減阻工藝條件。建立簡(jiǎn)化的減阻劑加注物理模型,采用數(shù)值模擬的方法,先對(duì)整個(gè)氣體管道的穩(wěn)定流場(chǎng)進(jìn)行模擬,得到收斂的氣流場(chǎng),再將減阻劑作為一系列離散相霧滴從入口噴嘴注入后進(jìn)行耦合計(jì)算,分析不同工況下霧滴SMD及其在管壁上的吸附特性。同時(shí)對(duì)氣體減阻劑加注工藝進(jìn)行了優(yōu)化,包括減阻劑的篩選,霧化噴嘴的選擇,加注系統(tǒng)的安裝以及加注量的計(jì)算。最后利用軟件模擬參數(shù)對(duì)該加注工藝進(jìn)行了減阻效果評(píng)價(jià),分析了不同工藝參數(shù)對(duì)減阻性能影響的敏感性。研究發(fā)現(xiàn):噴霧壓差越大,噴嘴直徑越小,所噴射出的霧滴粒徑越小;噴霧流量越小,霧滴粒徑的均勻度越好;噴射角度越大,減阻劑霧滴分散的越好,有時(shí)甚至考慮逆噴;氣體流速和管徑與霧滴的SMD沒有直接關(guān)系,但會(huì)影響其在管壁上的吸附特性,氣流速度越大,管徑越大,霧滴越容易被攜帶至較遠(yuǎn)距離進(jìn)行吸附;選取苯作為天然氣減阻劑的溶劑既能保證減阻效果還不會(huì)造成管道的腐蝕。根據(jù)以上結(jié)論進(jìn)行了氣體減阻劑加注工藝的優(yōu)化,給出了一套完善的減阻劑加注工藝流程,以模擬管段為例優(yōu)化了其主要性能參數(shù),并利用軟件模擬參數(shù)對(duì)減阻性能作出評(píng)價(jià),分析各影響因素的敏感性,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)減阻工藝參數(shù)的確定有較高的參考價(jià)值。應(yīng)用CFD軟件對(duì)天然氣管道減阻劑霧化加注過程的模擬是可行的。合理選擇霧化參數(shù),氣體流速,管徑大小,減阻劑溶劑等是保證天然氣管道減阻劑減阻效果和減阻距離的關(guān)鍵因素。本文的模擬結(jié)果可為工程實(shí)際應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣減阻劑 離散相模型 壓力旋流霧化 數(shù)值模擬 加注工藝
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TE869
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的背景及意義10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 第二章 天然氣管道減阻劑加注理論分析17-24
• 2.1 天然氣減阻劑的減阻機(jī)理17-21
• 2.1.1 天然氣管道的水力摩阻分析17-18
• 2.1.2 天然氣減阻劑作用機(jī)理18-21
• 2.2 霧化加注工藝21-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 天然氣管道減阻劑加注模型與求解方法24-35
• 3.1 霧化加注模型24-32
• 3.1.1 Fluent軟件簡(jiǎn)介24-25
• 3.1.2 UDF的使用方法25-26
• 3.1.3 物理模型26-29
• 3.1.4 數(shù)值模型29-32
• 3.2 網(wǎng)格劃分32
• 3.3 控制方程的離散及其數(shù)值求解32-34
• 3.3.1 控制方程的離散32
• 3.3.2 有限體積法32-34
• 3.3.3 基于SIMPLE算法的數(shù)值計(jì)算34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第四章 霧化加注天然氣減阻劑的數(shù)值模擬35-58
• 4.1 模型建立35-37
• 4.1.1 物理模型及網(wǎng)格劃分35
• 4.1.2 數(shù)學(xué)模型35-37
• 4.2 數(shù)值模擬37-42
• 4.2.1 介質(zhì)及物性參數(shù)37
• 4.2.2 求解方法及邊界條件37-38
• 4.2.3 UDF編程修正38-41
• 4.2.4 模擬條件41
• 4.2.5 霧滴直徑的統(tǒng)計(jì)方法41
• 4.2.6 霧滴吸附特性的評(píng)價(jià)方法41-42
• 4.3 模擬結(jié)果分析42-56
• 4.3.1 算法收斂性與網(wǎng)格無關(guān)性42
• 4.3.2 霧滴在管內(nèi)的分布42-44
• 4.3.3 霧化參數(shù)對(duì)霧滴分布的影響44-48
• 4.3.4 氣體流速對(duì)霧滴分布的影響48-50
• 4.3.5 管徑對(duì)霧滴分布的影響50-53
• 4.3.6 溶劑對(duì)霧滴分布的影響53-55
• 4.3.7 逆噴對(duì)霧滴分布的影響55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第五章 天然氣管道減阻劑加注工藝優(yōu)化58-70
• 5.1 減阻劑的篩選58-59
• 5.2 霧化噴嘴的選擇59-60
• 5.3 加注系統(tǒng)的安裝60-64
• 5.3.1 霧化噴嘴的固定形式60-61
• 5.3.2 霧化噴嘴的安裝61-63
• 5.3.3 泵及控制系統(tǒng)63-64
• 5.3.4 改善噴嘴霧化的途徑64
• 5.4 加注量的確定64-67
• 5.4.1 減阻劑濃度分布的計(jì)算65-66
• 5.4.2 減阻劑加注量的計(jì)算66-67
• 5.4.3 加注點(diǎn)的設(shè)置67
• 5.5 加注系統(tǒng)工藝流程67-69
• 5.6 本章小結(jié)69-70
• 第六章 減阻效果評(píng)價(jià)體系70-85
• 6.1 室內(nèi)環(huán)道評(píng)價(jià)70-71
• 6.2 軟件模擬評(píng)價(jià)71-83
• 6.2.1 不同噴霧壓差的減阻效果評(píng)價(jià)71-73
• 6.2.2 不同噴霧流量的減阻效果評(píng)價(jià)73-76
• 6.2.3 不同噴嘴直徑的減阻效果評(píng)價(jià)76-78
• 6.2.4 不同噴射角度的減阻效果評(píng)價(jià)78-80
• 6.2.5 不同氣體管徑的減阻效果評(píng)價(jià)80-83
• 6.3 工藝參數(shù)敏感性分析83-84
• 6.4 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論與建議85-87
• 結(jié)論85-86
• 建議86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果90-91
• 致謝91

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