基于射流方法的天然气管道黑粉高效清除技术研究

发布时间：2020-10-17 13:21

　　 长输天然气管道中的酸性气体与游离水的作用会腐蚀无涂层的管材,生成大量黑粉。黑粉一般散落于管道内或者粘附于管壁上,它的存在会加速管道的腐蚀、阻塞阀门、减少流通有效面积,甚至损坏管道终端的燃料供应装置。现有的黑粉清除方法效率低、风险高、价格昂贵,因此研究高效清除管道黑粉的方法对于管道安全运营有重要意义。基于射流清管的工作原理,设计了将皮碗的刮削作用与喷嘴的冲击作用结合的带有旁通的射流清管器,实现射流功能的喷嘴采用文丘里主喷嘴与八个侧喷嘴相结合的形式。在直板清管器运动模型的基础上建立了射流清管器运动模型,可初步理解其运动特征。将计算流体力学方法与实际气体模型结合,对清管器射流过程进行仿真分析。改变主喷嘴中扩散角、扩散长度、水平段直径、水平段长度的参数组合以及侧喷嘴中喷射角、侧喷嘴直径的参数组合,以流场中流速和湍流动能为依据,确定了具有最佳射流效果的喷嘴结构,完成清管器结构参数优化工作。利用多相流模型动态模拟射流清管器清除黑粉的过程,改变管道压力、黑粉颗粒直径、黑粉堆积浓度和高度等环境参数,分析影响黑粉清理效率的因素,根据仿真结果计算出黑粉的迁移速度与清管器的运行速度进行对比,验证射流清管的可行性。利用离散相模型,考虑固体与气体的耦合作用,追踪不同直径的黑粉的轨迹,分析黑粉在水平方向和竖直方向的运动情况,得到不同粒径的黑粉在管道内的扩散规律。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE832.36
【部分图文】：

图 1.1 黑粉实物图Fig.1.1 Black powder.2 黑粉的性质黑粉外观呈粉末状，有磁性；利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对样品分析发现，黑粉主要成分为铁的硫化物和氧化物；对黑粉的细菌检测结明黑粉中有 SRB 细菌。黑粉在显微镜下的情况如图 1.2 所示，属于亚微型颗粒潮湿天然气管道中，黑粉会发生结块[20]。从图 1.1 可见结块的黑粉颗粒，经测量状黑粉颗粒直径在几百微米到几毫米之间。

图 1.1 黑粉实物图Fig.1.1 Black powder.2 黑粉的性质黑粉外观呈粉末状，有磁性；利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对样品分析发现，黑粉主要成分为铁的硫化物和氧化物；对黑粉的细菌检测结明黑粉中有 SRB 细菌。黑粉在显微镜下的情况如图 1.2 所示，属于亚微型颗粒潮湿天然气管道中，黑粉会发生结块[20]。从图 1.1 可见结块的黑粉颗粒，经测量状黑粉颗粒直径在几百微米到几毫米之间。

图 1.3 常见清管器装置Fig.1.3 Common pipeline cleaning devices1.3.2 天然气管道清管技术（1）非射流清管作业依靠清管球、泡沫清管器、芯轴清管器的组合进行管道清理作业。除了选择高效的清管工具，还要结合实际情况确定清管流程，将整个清管作业分为不同阶段。不同清管器因清管能力以及投放次序不同，清理出的黑粉数量也是不同的。每个阶段完毕都要查看收球筒和过滤装置中的黑粉数量，确保该阶段的清理作业完成的质量[28]。白港生提出了不同清管器多阶段作业、每阶段多次清管的清管原则。清管工艺包括泡沫清管器作业、带喷射阀的直板清管器作业、磁力清管器作业、带钢刷清管器作业四个阶段，但现场应用结果未知。以川气东送管线黑色粉末清理作业为例，介绍管线黑粉清理流程。该清理作业是在管道内检测前进行，目的是清除杂质，保障管内检测工作顺利实施。整套清管方案包括三个阶段，按照清管器的清污能力由小到大依次是泡沫清管器作业、皮碗清管器作业、直板清管器（安装
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本文编号：2844833