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《西南石油大学》 2012年
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天然气管道清管过程水合物生成预测技术研究

李大全  
【摘要】:对天然气管道进行清管,可提高管道输送效率,降低管道腐蚀速率,确保管道安全运行。然而清管操作又伴有很高的风险,清管过程易发生清管器卡堵、丢球、甚至爆管等事故。特别是近年来随着我国天然气管道里程的飞速增长,天然气管道清管过程中的事故越来越多。其中,天然气管道清管过程发生的水合物堵塞清管器事故已经多次出现,严重影响管道的正常运行,解决该工程实际问题迫在眉睫。 利用带射流孔的清管器对天然气管道进行清管,天然气经过射流孔产生的冲击力可使清管器前面堆积的各种污物发生扰动,防止积聚堵塞管道。但是,当天然气经过清管器射流孔后发生节流,气体温度降低,如果清管过程的参数控制不当,使得清管器头部区域达到水合物生成条件,如果管道中含有液态水,则会发生水合物堵塞清管器事故。 针对工程实际中已经发生的清管过程水合物卡堵事故案例分析,运用天然气管道运行及清管器运动仿真模拟理论,天然气水合物初始生成条件预测理论,以及气液两相管流的相关理论,分析清管器在天然气管道中的运动过程,利用流体力学、热力学等相关知识建立天然气管道清管过程的数学模型。根据相平衡理论,建立天然气水合物初始生成条件模型。当利用清管运动模型模拟计算得到天然气管道清管过程中全线压力和温度参数后,将这些参数代入水合物初始生成条件模型,判断其是否符合水合物生成条件。 因为清管过程管道运行条件的差异,分别建立了清管过程稳态、瞬态模拟模型。利用热力学理论对模型中各项系数进行等价变换处理,提高模型的计算准确性。在对清管器的运动模型进行分析的过程中,建立带射流孔清管器前后的压降规律模型,并经过实例分析得到:清管器射流孔直径、管道内径、清管操作压力等参数对清管器运动的影响规律。以及清管器发球启动过程、清管器在管道中发生卡堵事故后,管道运行参数的变化规律。 首次基于气液两相流理论,建立了天然气管道中液态水的积液量估算模型及应用技术方法。根据天然气管道的相关运行参数及高程数据即可计算得到积液量。根据积液量判断是否足够生成水合物并堵塞管道,并可估算需要添加多少抑制剂方能防止天然气管道清管过程生成水合物。 本文首次建立了一套天然气管道清管过程水合物生成预测的技术方法,在天然气管道清管之前利用该技术方法对清管过程进行模拟分析,确保实际操作参数不在水合物生成条件区域。并根据模拟结果编写天然气管道清管方案,确保天然气管道清管过程安全、有效。实例计算表明所建立的清管过程水合物生成条件模拟结果符合工程实际。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TE973

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