绞吸式开采天然气水合物管道水力输送规律研究

发布时间：2020-02-11 10:11

【摘要】：天然气水合物是目前发现非常具有开采与使用前景的清洁新型能源,足以满足消耗超过一千年。天然气水合物主要分布于深海海底,而海底表层的天然气水合物采用绞吸式方式开采更为合理。由于水力输送系统中的垂直管道是极其关键的部分,并且深海粗颗粒水力输送理论研究得比较少,所以以4000m长的垂直管道为对象,分析天然气水合物浆体在垂直管道内的流动规律。根据液固两相流理论,分析天然气水合物浆体垂直管道的水力输送参数、压力分布、提升泵的扬程和有效功率,并探讨天然气水合物粗颗粒的受力情况,同时建立其运动方程。然后,基于FLUENT软件和两相流模型,仿真分析天然气水合物浆体液固两相的流动状态,总结出颗粒密度、颗粒直径、管道内径、输送速度和体积浓度对流场、阻力损失、压力损失和系统效率的影响规律,采用遗传计算方式对水力输送系统的能量消耗进一步优化。考虑到天然气水合物在临界点处便开始分解生成气体,气体体积不断增加并将超过30%,对系统的影响不可忽略,则基于分解动力学与压力分布的关系,建立天然气水合物分解临界点的位置、天然气水合物分解的质量、天然气水合物分解生成的气体质量、气体体积和气体密度与海深之间的数学模型,并分析水力输送参数对气体形成的影响规律。另外,阐述了气体减小阻力的机理。最后,选择RNGk-ε湍流模型和群体平衡模型仿真分析天然气水合物浆体气液固三相流,总结出三相分布和速度分布规律,以及水力输送参数的优选值,并讨论了气相对水力提升系统的排距、扬程和有效功率的影响,得出气体的存在使排距增加了 64m～491m,气液固三相流所需要的扬程和有效功率在液固两相流的基础上分别减小了 1.8%～51.2%和0.9%～26.4%。由于天然气水合物发生分解,垂直管道内的浆体处于液固两相和气液固三相的两种流动状态,使得流场变得很复杂。通过理论与仿真相结合方式,可总结出流场规律,为深海开采海底表层的天然气水合物提供理论支撑。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE832

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本文编号：2578456