输气管道内水合物颗粒极限沉淀速度理论与实验研究

发布时间：2021-07-03 06:51

　　深海油气管道由于长期运行在深海的低温高压条件下,因此极易发生水合物堵塞现象,从而造成经济损失和安全危害。目前,避免水合物生成和水合物管理是主流的深水油气管道流动安全保障技术。前者需要大量消耗抑制剂从而增加管道运行成本,因此后者在经济性上具有绝对优势而逐渐成为行业关注的热点。水合物管理法允许管道内存在水合物而不发生沉淀,相关研究表明管道内流体存在一个临界流速——高于此流速则管道内水合物不发生堵塞——该临界流速在流固输运领域被定义为极限沉淀速度,即管道内颗粒不发生沉淀的临界流速。因此,研究水合物在管道内的极限沉淀速度可对保障油气管道中流体流动安全起到指导作用。应用理论模型和实验测量两种方法对气主导管道中水合物极限沉淀速度进行了研究。基于对初始静止的颗粒受力分析得到极限沉淀速度理论模型,该模型主要考虑拖曳力、升力、湍流力、净重力、粘附力和摩擦力对水合物颗粒的作用。基于三种移除机制（滑动、滚动和悬浮）对应的判据得到相应的极限沉淀速度方程,基于等式变换对方程进行了无量纲化。分析方程的主要参数发现粒径、管道壁面粗糙度和管道内干湿度是影响极限沉淀速度的重要参数。随着粒径的增大,极限沉淀速度-粒径曲线... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 深海油气管道流动安全
    1.2 极限沉淀速度
        1.2.1 液固管道和气固管道常见流态
        1.2.2 极限沉淀速度定义
        1.2.3 常见表征方式及模型分类
    1.3 不同主导流体下流动安全问题的国内外研究现状
        1.3.1 油主导管道流动安全研究
        1.3.2 水主导管道流动安全研究
        1.3.3 气主导管道流动安全研究
        1.3.4 水合物极限沉淀速度研究
    1.4 本文研究内容与技术路线图
2 极限沉淀速度计算模型
    2.1 近壁面流速分布
        2.1.1 边界层方程
        2.1.2 速度分布
        2.1.3 当地流速与平均流速
    2.2 驱动力
        2.2.1 拖曳力
        2.2.2 升力
        2.2.3 湍流力
    2.3 阻碍力
        2.3.1 粘附力
        2.3.2 净重力
        2.3.3 摩擦力
        2.3.4 其他受力
    2.4 极限沉淀速度方程建立
        2.4.1 颗粒移除机制
        2.4.2 力臂和力矩计算
        2.4.3 极限沉淀速度方程的建立
    2.5 本章小结
3 极限沉淀速度模型分析与验证
    3.1 影响因素分析
        3.1.1 粒径的影响
        3.1.2 管径的影响
        3.1.3 颗粒形状的影响
        3.1.4 液桥的影响
        3.1.5 粗糙度的影响
        3.1.6 输运流体的影响
    3.2 模型验证
    3.3 无量纲化
    3.4 本章小结
4 极限沉淀速度实验研究
    4.1 极限沉淀速度实验系统
        4.1.1 实验装置和材料
        4.1.2 实验方法与步骤
    4.2 玻璃颗粒移除实验
        4.2.1 无液桥作用下玻璃颗粒移除实验结果
        4.2.2 液桥作用下玻璃颗粒移除实验结果
    4.3 冰颗粒移除实验
    4.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 符号表
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]天然气油基水合物浆液流动实验[J]. 吕晓方,王莹,李文庆,王麟雁,丁麟,高峰,宫敬.  天然气工业. 2014(11)
[2]多相混输管道水合物生成及其浆液输送[J]. 宫敬,史博会,吕晓方.  中国石油大学学报(自然科学版). 2013(05)
[3]基于Surface Evolver模拟液桥断裂距离[J]. 于洋,王学卫,吴群.  医用生物力学. 2011(05)



本文编号：3262100