页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。     

弯管与盲通管冲蚀磨损对比分析研究

为了研究石油管道流向急剧改变处的冲蚀磨损问题,采用DPM模型,通过改变入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径,对90°弯管与盲通管的流场分布及冲蚀情况进行数值模拟。结果表明:弯管与盲通管最大冲蚀速率随入口流速的增大呈指数增长,随颗粒质量流速的增大呈线性增长;在50~100 μm粒径范围内,最大冲蚀速率随粒径的增加逐渐减小,在100~300 μm粒径范围内,随粒径的增加而增大;在入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径相同的条件下,弯管最大冲蚀速率明显高于盲通管最大冲蚀速率,盲通管的耐蚀性更强;由于流体在盲通管产生涡旋现象,增加了颗粒能量的耗散,从而减小了进入下游管线颗粒的速率,使得颗粒更易积存于盲通段形成堆积层,减小了下游管段冲蚀速率。     

气固两相流90°弯管抗冲蚀结构优化

为了提高天然气输送管道90°弯管的耐磨性能,提出了1种三段弯曲式弯管,通过对弯管弯曲段进行三段式改进来减小弯管中二次流的大小,优化弯管内的流场,改善弯管的冲蚀磨损状况。利用COMSOL仿真软件建立三段式弯管模型,并以弯管弯曲段和出口段二次流平均值之和最小为优化目标,在约束条件下凭借COMSOL中的COBYLA优化算法得到了最优管形;用Fluent对优化后的三段式弯管进行冲蚀数值模拟并与一段式弯管的模拟结果进行对比分析。研究结果表明:与一段式90°弯管相比,优化后的三段式弯管流场更加平稳,其弯曲段的二次流强度大幅降低,弯管壁面的冲蚀磨损程度得到较大的改善。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

水平弯管内硫沉积数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,而弯管是集输管道中较易出现硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究水平弯管内的硫沉积问题,首先利用雷诺应力模型对流场进行模拟,其次采用Lagrange颗粒轨道模型对硫颗粒进行模拟追踪,研究不同因素对硫颗粒在弯管中沉积率的影响。结果表明:弯管内壁会出现负压区和低速区,气流速度和弯曲比会对流场产生影响;硫颗粒在弯管中的沉积率随流速、粒径和弯曲比的增大而增大;硫颗粒沉积是重力和离心力共同作用的结果,其中离心力是导致弯管中沉积率增大的重要原因。     

人工煤气管道萘颗粒沉积规律研究

针对萘在人工煤气管道中沉积会造成管道堵塞,影响管道的安全运行的这一问题,以昆明人工煤气管道为例,运用计算流体动力学软件Fluent,选用离散相模型和雷诺应力模型,对水平直管、水平弯管和三通管进行萘颗粒沉积的数值模拟,对于不同的管径、弯曲比、管径比,分别分析萘颗粒直径、入口速度、温度及压力对萘颗粒沉积的影响。研究结果表明:水平直管、水平弯管、三通管中的萘颗粒沉积率与颗粒粒径成正相关关系,而与气流入口速度、压力成负相关关系;萘颗粒在人工煤气管道中的沉积率主要受颗粒直径、气流入口速度的影响;萘颗粒的沉积率随着水平直管的管径增大而增大,随着水平弯管的弯曲比增大而增大,随着三通管的管径比增大而先增大后减小;可通过适当增大管内煤气输送速度、压力,降低温度来降低萘颗粒在人工煤气管道中的沉积速度,进而减少萘颗粒沉积的发生。     

红—克长输玻璃管线沿程压力和温度分布影响因素分析

为确定红—克长输玻璃管线常温输送方案,根据现场管线工况,利用Pipephase 软件建立了管道数值仿真模型,分析了原油含水率、输送流量、管道内壁粗糙度、环境 温度、入口温度等因素对管线沿程压力和温度分布的影响规律。结果表明:原油含水率 、输送流量、管壁粗糙度的增加会导致管线沿程压降增大;环境温度、入口温度的增加 会造成管线沿程压降减小,且压降变化趋势基本一致;原油含水率、入口温度的增加, 会引起管线沿程温降的增大;输送流量、环境温度的增加,会造成管线沿程温降的减小 ;管壁粗糙度对管线沿程温降影响较小。该研究工作为玻璃钢管线长输方案的制定提供 了参考依据,对保障油气安全运输具有重要的工程意义。     

埋地弯管不同位置泄漏的三维数值模拟

采用有限容积法,建立了埋地管道周围土壤多孔介质三维流固耦合数学模型。借助CFD软件,分别模拟了埋地弯管不同位置泄漏前后大地温度场的变化情况及泄漏油品在土壤中的运移分布规律。模拟计算结果得出:泄漏前,各种情况下大地的温度场基本相同;泄漏后,大地温度场变化明显不同,油品在土壤中的扩散分布迥异。建议采用分布式光纤温度传感技术对管道泄漏进行检测。     

自然对流下含水率突变锯末阴燃转明火的实验研究

多孔固体可燃物含水率不连续分布会对其阴燃过程产生影响,并可能会促进阴燃向明火转变。该文对自然对流条件下含水率突变的锯末材料阴燃转明火过程进行实验研究。实验样品前半部分保持干燥,后半部分含水率增加(干基含水率：11.83%～60.35%)。实验结果表明,当后半部分干基含水率小于19.30%时,阴燃能够自维持传播;当后半部分干基含水率在20.40%～51.69%之间时,阴燃蔓延过程中会在含水率突变处形成有利于气体积聚的空隙,并发生向明火的转变;当后半部分干基含水率大于53.57%时,不会发生转明火现象。固体内部温度和气体产物演化过程表明,含水率突变处发生阴燃转明火是高温、突变处形成的空隙和可燃气体积聚共同作用的结果。     

浓密尾矿管道输送的研究现状及展望

为掌握浓密尾矿管道输送中的流动规律及阻力特性,对国内外现有研究成果进行了综述,以尾矿颗粒的粒径尺寸和分布特征为切入点,分析了颗粒-颗粒、颗粒-流体间的相互作用,提出将浓密尾矿管道输送划分为均质结构流和复合流动两种模式,分别对不同模式下浆体流变性质、颗粒运移行为、流动型态及阻力特性方面的研究成果和最新进展进行了评述。结果表明:均匀细颗粒(d dc)浓密尾矿可视为由细颗粒介质与离散粗颗粒组成的复合流体,粗颗粒具有"剪切沉降"效应,介质屈服应力较小(τy<5τyc)时,浆体在管道内分层流动,管流阻力可通过两层流模型进行分析。     

油水两相流弯管处安全分析

针对油水两相流经过弯管时的流向改变会导致流体速度和压力发生突变,造成发生静电事故和腐蚀事故风险上升 的不利影响,提出了RSM模型和Mixture模型相结合的安全分析方法。该方法对不同入口速度和含水率的油水两相流进行 数值模拟,并用Origin软件拟合了进口最大允许流速与管径及含水率的经验关系。结果表明,在含水率和入口速度一定 时,随着管径的增加,弯管处的最大速度呈现逐渐减小的趋势:当管径和入口速度一定时,随着含水率的增加,弯管处 的最大速度也逐渐减小。最大压力出现在弯管外拱壁处,最小压力出现在弯管内侧拱壁处。在实际生产中,增加弯管下 游直管段内侧壁的壁厚,可有效防止空化腐蚀所造成的危害;通过含水率来确定安全流速,可有效降低静电事故的风险 。     

全尺寸船舶机舱火灾烟气填充研究

为研究机舱火灾烟气蔓延的特点,进行了全尺寸机舱火灾烟气填充试验,在试验舱室内设置4个不同尺寸的填充物,研究不规则截面舱室的烟气沉降规律,同时改变油池尺寸和抬升火源研究火源功率和火源高度对烟气温度分布和烟气层沉降的影响。结果表明:随火源功率增大,顶棚和侧墙的温度升高,烟气的沉降速率增大,当火源功率较小时顶棚温度较低,以温度为阈值的消防喷头失效;将火源抬升4 m时烟气温度及烟气沉降速率均升高,但烟气层稳定在8 m高度,舱室底部形成一个相对安全的空间。另外,基于Zukoski羽流模型和质量守恒,推导出不规则截面烟气沉降理论预测模型,与前人的模型对比,该理论模型预测值更接近实际观测值。     

天然气管道直管段结垢速率数值模拟研究

为了探究天然气集输管道运行中结垢速率的影响因素,基于FLUENT软件建立了天然气集输管道结垢速率数值模拟模型。结合川西北天然气管网的实际运行参数,定量分析了管道压力、温度、垢粒子浓度和流速对结垢速率的影响。结果表明,管道压力、介质流速与结垢速率呈负相关关系,介质温度、粒子浓度与结垢速率呈正相关关系。在实际生产过程中,可以通过适当增大气田采出水的压力和流速,降低介质温度来达到抑制结垢发生的目的;并且还分析了CaCO3颗粒在直管段处的生成与沉积规律。     

清洁生产在稠油开采企业废水减排中的应用

<正>引言本文以清洁生产的理念分析了稠油开采企业污水的产生节点和存在的主要问题,确定了降低稠油污水产生量的两个关键因素,采取降低原油含水率和污水回用的工程和技术措施,实现稠油污水的减量化,并通过辽河油田的实例证明了清洁生产在减排中的重要作用。"稠油"是指在油层温度下脱气原油粘度大于100mpa.s、相对密度大于0.92的原油,国外称之为"重油"(HeavyOil,HeavyCrudeOil)。稠油与其他类型原油的主要区别     

基于动态实验的玻璃钢原油管道结垢规律研究

为了研究玻璃钢管道在原油输送过程中的结垢问题,通过搅拌实验的方法对玻璃钢管道内的结垢情况进行了模拟实验,并运用Origin8.0绘图软件拟合得到了基于油品温度、流量以及流动距离的玻璃钢管道原油输送结垢计算公式;采用VB6.0编程语言,对所研究的内容及公式进行编程,通过与新疆HK玻璃钢管线现场清管运行参数对比,对结垢计算公式进行了修正。结果表明:由该程序计算所得玻璃钢管线结垢量情况以及不同位置在不同流量下的结构速率与实验结果吻合,因此,所编程序计算结果能够有效地为玻璃钢管线现场清管周期的确定提供理论依据。     

裂隙倾角对典型海底金属矿多裂隙围岩流热耦合的影响

为探究裂隙倾角对三山岛金矿多裂隙围岩流热耦合的影响,基于三山岛海底矿体测量数据建立多裂隙围岩流热耦合模型,应用COMSOL Multiphysics将三维裂隙降维简化,分析裂隙倾角在流热耦合过程中对渗流场中裂隙出口流量、渗流速度以及对温度场中的传热时间、温度分布、裂隙出口温度的影响。结果表明：离散裂隙的倾角对渗流场和温度场有明显的控制作用。地热水的渗流速度随着与入口处距离的增加总体呈现先减小后平稳流动最后增大的趋势,随着时间的推移裂隙出口流量皆呈现出不断减小的趋势;裂隙围岩距离巷道越远温度越高,不同裂隙倾角附近围岩的等温线分布明显不规则。     

海底管道泄漏原油扩散漂移规律数值模拟

针对浅海输油管道泄漏原油扩散漂移问题,依据计算流体动力学理论,采用VOF模型和k－ε湍流模型来模拟多相流动,采用速度边界造波法和阻尼消波法来模拟波浪,建立洋流波浪环境下海底管道原油泄漏扩散漂移模型,对不同海洋环境、原油密度和泄漏量工况下的原油扩散漂移行为进行模拟,预测水下原油扩散上升路径、上浮到水面时间、溢油扩散范围以及水面溢油漂移速率等关键数据。研究结果表明:相对于静水、洋流和波浪等单一环境条件,在洋流波浪环境下泄漏原油的水下扩散范围更广、扩散上升速率更小、水面原油漂移速率更大;海洋环境对原油在水面的漂移速率影响较大,泄漏速率对原油的水下上升扩散速率影响较大;原油密度主要影响水下原油上升扩散过程,对水面原油漂移过程影响较小。     

原油管道清管作业硫化氢析出原因分析及模拟试验研究

为了得到原油管道检修过程中清管器推油换管作业出现的硫化氢质量浓度超标原因及其析出规律,通过分析管道检修典型作业流程,初步推断得到了硫化氢析出原因;并针对析出原因设计了缩比例试验,还原了清管作业过程,得到了原油中硫化氢在各个阶段的析出状况,根据试验结果确定了硫化氢析出原因,并得到了氮气流量对硫化氢质量浓度的影响规律。直管试验结果表明,直管推油过程中无论清管器卡阻与否,氮气放空基本不会出现硫化氢析出现象;弯管试验结果表明,产生高浓度硫化氢气体是由于清管器意外卡阻后,氮气穿过清管器直接与含硫原油接触,并且在地势高程差的作用下,对局部低点残留原油反复气提,导致放空时混合气体中硫化氢质量浓度超标。同时,对弯管试验数据进行分析表明,析出的硫化氢质量浓度受氮气对硫化氢的气提作用和稀释作用共同影响;在采取现场硫化氢质量浓度控制措施时,应根据实际管径及在输原油的硫化氢含量设计不同的注气流量。