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天然气集输系统固体颗粒运动轨迹和沉积的研究

胡国华  
【摘要】:天然气,是一种重要的高品质的能源和化工原料,在工业和国民生产中发挥着重要作用。在天然气集输系统中,存在着各种不同的固体颗粒,这些颗粒会随着天然气的输送沉积在集输系统的一些特殊管段,造成集输系统管段和设备的堵塞、损坏。本文对含有固体颗粒的高含硫天然气在集输系统内的流动进行了研究,针对常见的管段进行了颗粒运动轨迹和沉积的模拟。进行的主要工作和结论如下所示:采用基于LJ流体的对应态原理模型计算了天然气的物性,编制了精确计算天然气密度和粘度的程序。结果表明,即使在高压(13.96 MPa)情况下天然气的密度和粘度的计算误差也保证在1.5%以下。利用商业软件,对含有固体颗粒的天然气在水平圆管管段、弯头管段、变径管段和T型三通管段四种常用管段内的流场和固体颗粒的运动轨迹分别进行了模拟,并计算了颗粒的沉积率和无量纲-沉积速度。结果表明:颗粒在管段内的沉积率和沉积速度随颗粒密度和直径的增大而增大,且直径大于300μm的颗粒,很快全部沉积在管壁上;颗粒的沉积率和沉积速度随天然气集输温度的升高呈先减小后增大的趋势,随天然气集输系统压力的升高而降低,随天然气流速的增大而降低;颗粒的沉积速度与颗粒弛豫时间密切相关,随颗粒弛豫时间的增大,颗粒沉积速度先减小后增大。在弯头管段、变径管段和T型三通管段,颗粒均会发生明显的沉积现象。对于弯头管段,颗粒较易沉积在弯头外侧的位置。对于变径管段,变径比越大,颗粒的沉积率越大;相同变径比的条件下,沉积率也与扩张角有关,在扩张角从10o到90o的范围内,颗粒的沉积率随扩张角先增大后减小,在扩张角45o时达到最大。对于T型三通管段,颗粒的沉积率随支干管径比(0.4-1.0)的增大先增大后减小,在支干管径比0.7时达到最大,且支管内颗粒的沉积率更易受各种因素的影响。


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