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[硕士论文] 白文浩
信息与通信工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:能源问题是所有问题的重中之重,清洁型能源越来越重要,液化天然气(LNG,Liquefied Natural Gas)具有清洁、安全、高效等特点,逐渐替代传统能源成为主要能源。在液化天然气运输过程中,对槽车位置和运输过程中状态的变化进行实时监测是实现安全生产的重要保障。
  本文的监测对象是液化天然气罐体的液位,首先,通过分布式超声波传感器采集液位信息,经单片机电路进行信号调理和信息预处理,对数据进行采集、显示、判断报警,同时将数据发送给PC端上位机。其次,实现多传感器模式下的液位信息融合,得到实时并且准确的动态液位值。
  本文着重探索了以自适应加权融合算法为核心的分布式多传感器信息融合算法。在分析运输途中液化天然气罐体液位的多传感器时滞模型的基础上,针对可能存在的数据丢失和传输时延,将单传感器进行分批估计,引入置信矩阵,按矩阵加权,并基于多传感器融合算法理论,设计自适应加权融合算法。其中,对于单传感器分批估计分别从实时性和有效性进行了公式推导,并对比了平均加权融合,最优加权融合,自适应加权融合等三种加权融合算法的效果。
  通过试验比较本设计测量结果与实际数据,自适应加权融合算法在低动态情况下精度相对较高,数据稳定,能够监测液化天然气在槽车运输途中罐体的液位变化。具有一定的理论价值和现实意义。
[硕士论文] 孙明郁
安全科学与工程 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:近几年,随着我国液化天然气(LNG)生产、运输和储存项目的不断投用,LNG产业得以飞速发展。LNG产业的快速发展一定程度上填补了国内能源需求的缺口,改善了我国能源短缺和环境污染的现状;但是快速增多的 LNG站场也带来了安全隐患和事故风险。大量的研究结果表明:由于液化天然气具有极低温和易燃易爆的特性,LNG泄漏后的液体和蒸气对人员和设备都会造成伤害,特别是泄漏后形成的蒸气云一旦遇到点火源极有可能发生严重的火灾、爆炸事故。
  因而,非常有必要对 LNG泄漏后的扩散行为和扩散抑制技术开展研究,选择合适的抑制技术以减小 LNG泄漏扩散范围,最大限度的避免灾害性事故的发生。高倍数泡沫是一种抑制 LNG扩散的有效方法,但是目前对其抑制机理还不明确,一些关键应用参数需要通过实验进一步确定。鉴于此,本文主要开展了以下研究工作:
  (1)通过分析储液池蒸发过程中的热量、动量和质量转换以及蒸气云在大气中的扩散原理,找出影响 LNG蒸发扩散的主要因素是热量输入和气体流动程度,并提出高倍数泡沫对LNG蒸发扩散的抑制机理:高倍数泡沫覆盖着LNG储液面上方后由于带入了大量热源,上层泡沫对LNG蒸气进行加热,使得LNG蒸气密度降低,LNG蒸气上浮,进而降低了地面处可燃气云浓度和体积,以减小发生火灾爆炸事故的概率。
  (2)从流体动力学的角度出发,利用基于CFD理论的KFX软件,对国外大型LNG泄漏扩散实验进行模拟计算。模拟计算结果表明:KFX软件可以有效地模拟 LNG蒸发扩散过程。模拟计算中监测点的浓度变化、储液池温度变化、蒸气云范围及高倍数泡沫抑制效果等结果都与实验结果非常相似。模拟结果验证了前面提出的抑制机理。
  (3)通过实验前的模拟计算,预测LNG实验结果。模拟结果表明:模拟结果给出了一定风速作用下的可燃气云范围,和关键设施处的可燃气云浓度,并为LNG现场实验的监测点布置等工作提供参考。
  (4)根据预测模拟计算结果,开展LNG泄漏扩散实验,实验结果表明:LNG储液池下风向浓度、温度、高倍数泡沫的抑制效果等数据与国外现有实验结果相似。实验结果中的储液池温度、气云、质量蒸发速率等数据变化反映出高倍数泡沫对LNG储液池的蒸发扩散的抑制作用,验证了高倍数泡沫抑制机理和有效性。
[硕士论文] 龚甍
应用化学 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:天然气作为一种CO2等污染物排放较少、能量利用率高和热值较高的清洁能源,越来越受世界各国的重视。天然气中所含的酸性组分H2S不仅会造成环境污染,还会带来催化剂中毒、金属设备的腐蚀及影响天然气的热值等问题。因而在天然气的运输与利用之前,必须将H2S从天然气中脱除。
  环状胺脱硫剂是一种新兴的液体脱硫剂,其合成简便、成本低廉、空间占用率低、可直接注入、脱硫效率高,在众多脱硫剂中占有不可替代的地位。目前环状胺脱硫剂已得到越来越广泛的关注,但国内相关研究较少。
  本课题对TMT、HET、HPT这三种环状醇胺脱硫剂的脱硫效果进行了评价。考察了浓度对脱硫剂脱硫性能的影响,研究了 MOPA、CBHA这两种添加剂对硫容量的影响。结果表明,HET的瞬时脱硫速率和硫容量均显著优于另外两种。同一种脱硫剂,在不同浓度下的脱硫性能都表现出先上升后下降的趋势。MOPA、CBHA对HET溶液的硫容量均有促进作用。
  以环状胺类化合物为主剂,通过加入添加剂改善脱硫性能,配制成SR-1和HN-1两种复合环状胺脱硫剂。考察了这两种脱硫剂在不同温度和不同硫化氢浓度下的脱硫性能。当H2S浓度在200~1000 ppm,温度在3~45℃范围内,使用体积为1 mL的SR-1脱硫剂可脱除0.585~7.123 mg的H2S。当H2S浓度在200~1000 ppm,温度在3~45℃范围内,1 mL的HN-1脱硫剂可脱除2.637~13.878 mg的H2S。在现场脱硫实验中,1 mL的HN-1脱硫剂可脱除3.64~4.86 mg的H2S。
[硕士论文] 申鹏飞
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:在水煤浆的制备和输运过程中,工况条件苛刻,介质成分复杂,浆体中固体颗粒含量高,管路输送系统长期处于高温、高压条件下,水煤浆存在着复杂的流动特性。水煤浆管道输送是典型的固-液两相流的流动过程,煤粉颗粒随水煤浆流动过程中对管道产生的冲蚀磨损,会对管道运行安全产生极大隐患,特别是对于容易发生冲蚀磨损失效的弯头,变径管,三通等典型管件。
  本文以水煤浆储罐经增压泵外输到气化炉的输送管道中的90°弯管、变径管和三通管为研究对象,通过 CFD数值模拟的方法对90°弯管、变径管和三通管开展冲蚀磨损三维数值模拟研究。首先对水煤浆冲蚀磨损理论进行了介绍,从水煤浆的特性及分类、冲蚀磨损机理与冲蚀影响因素三个方面进行了详细的介绍。其次对冲蚀磨损的离散相模拟理论进行了研究,依次建立基本控制方程,选择标准k??湍流模型,选择离散相随机轨道模型研究颗粒运动轨迹,选择腐蚀与沉积模型作为冲蚀磨损率模型,选择标准壁面函数法和壁面反弹恢复系数作为壁面处理方式和颗粒碰撞壁面后的反弹恢复方程,选择QUICK离散格式和基于压力的求解器作为控制方程的离散化和求解方法。再次,根据实际工厂资料,依次建立几何模型,划分模型网格,设置边界条件,求解设置及模拟运算,并对网格的无关性与模型的有效性进行验证。
  本文通过借助Fluent软件计算并模拟不同工况条件下,水煤浆管道的最大冲蚀磨损率和冲蚀磨损的位置分布,来分析并研究水煤浆管道的冲蚀磨损规律,建立水煤浆管道冲蚀磨损的预测方法,分析得到了管道直径、弯径比、弯曲角度、煤粉颗粒直径、煤粉颗粒密度、煤粉颗粒质量流量、流速等不同冲蚀影响因素条件下管道的最大冲蚀磨损率变化规律,并提出合理的管道冲蚀磨损的预防措施,为管道设计、工艺计算以及管道系统壁厚监测提供理论依据,为工程实际实际应用提供一定的理论指导。
[硕士论文] 张岩
石油与天然气工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替流动,是油气混输中经常遇到的流型,段塞流的不稳定流动给油气田的安全生产带来诸多问题,如:管道强烈震动、分离器溢流和管道腐蚀加速等。为保证管线和下游油气处理设备的最优设计和安全操作,对段塞流流动特性进行准确的分析十分重要。
  本文以空气和水为介质,依托西安石油大学多相流实验室的设备及相关仪器,完成实验台搭建。在小径管内径为25mm、大径管内径为50mm;三种不同变径锥角θ分别为3.57°、4.76°和7.13°的水平变径管中进行两相流的实验研究,对完善水平变径管中的段塞流及实际应用具有十分重要的意义。主要研究内容和结论如下:对于水平变径管气液两相段塞流液塞速度,大径管和小径管呈现出相同的规律,液塞速度均呈现高斯分布,且气相折算速度的变化是影响液塞速度的主要因素,不同点是小径管对气相折算速度的变化更敏感,增幅更加明显;对于液塞长度,大径管和小径管呈现出相同的规律,液塞速度均呈现高斯分布,液塞长度的变化主要受到气相折算速度的影响,液相折算速度的变化对其影响较小;对于液塞频率,大径管和小径管均呈现高斯分布,且管径的变化对液塞频率有十分明显的影响;对于持液率,当液相折算速度保持不变时,段塞流持液率会随气相折算速度不断增加而随之减小;对于变径段的不同锥角θ,大径管与小径管中段塞流液塞长度、液塞频率和液塞速度的变化趋势相同。在分别恒定气相折算速度与液相折算速度时,段塞流液塞速度和液塞频率都会随着变径段的锥角θ的逐渐增加而减小,而段塞流液塞长度随着变径段的锥角θ的逐渐增加而增加。
[硕士论文] 孙浩哲
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:针对现有除垢技术,新疆油田提出了一种集输管线快速集结聚垢除垢的方法,并发明了一种专用装置用来定点集结除垢。该装置改变了常规防除垢的思路,人为地设计模拟流体的结垢环境,实现流体在特定装置中的定点集结聚垢,快速除垢。然而,各因素对结垢速率的影响尚不明确,严重影响了该装置集结聚垢除垢的能力。鉴于此,本文通过搭建循环管路实验平台研究影响结垢因素与结垢速率之间的规律,提出集结聚垢装置优化运行参数与结构参数,对该装置在新疆油田的进一步推广和应用具有极大的意义。
  首先,论文基于结垢理论,流体力学、热力学和材料力学,自主设计并搭建一套自动化水力环路实验平台,并通过单因素和均匀实验研究温度、压力和流量对结垢速率的影响规律。研究表明:25≤温度≤65℃时,结垢速率随着温度的升高不断增大;0.20≤压力≤1.65MPa时,结垢速率随着压力的升高不断增大;0.8≤流量≤7.8 m3/h时,结垢速率随着流量的增大先增大后减小,且增大与减小的拐点随着温度的升高不断增大。在此基础上,分析筛网对结垢速率的影响规律,结果显示,单层40目304不锈钢筛网结垢能力强于单层8目普通钢材筛网,三层304不锈钢筛网结垢能力强于单层304不锈钢筛网。
  为了定量分析以上各因素对结垢量的影响规律,通过 SPSS软件对均匀实验结果进行非线性回归,得到结垢量预测模型,并通实验验证模型的精度。最后,通过Matlab软件编程对该模型进行求解,得到集结聚垢装置最优运行参数,即温度 T=65℃、压力P=1.65MPa和流速V=0.6738m/s。
[硕士论文] 杨楠
计算机技术 山西大学 2017(学位年度)
摘要:国家经济的快速发展在一定程度上离不开能源的支持,而能源的安全性已经成为各国普遍面临的问题。煤层气作为能源界的绿色代表当然是非常理想的选择,但是,煤层气及其处理过程的产品均属于易燃、易爆物质,导致煤层气开发属于高投资高风险的行为,而且管道作为世界上输送燃气最主要的方法,一旦发生事故后果不堪设想。所以,大力开展管道风险评估方法的分析,可以预防事故的发生。研究建立一个煤层气管道的安全评估机制,处理存在的隐患,不但可以支持我国经济的平稳快速发展,而且大幅度降低了管道事故发生的几率,对社会,乃至国家都有重要意义。
  本文的目标就是要建成一个煤层气管道安全风险评估系统,把煤层气管道的理论知识和相关的软件开发技术结合起来,可以更加全面的对管道进行风险评估,重点工作如下:
  (1)分析世界上现有的管道风险评价方法,重点研究肯特管道风险评价法,明确风险评估系统的需求和业务流程。
  (2)分析影响风险评估的因素,包括录入的数据、人为操作的误差以及存在的隐患,并且研究了隐患的闭环处理机制。
  (3)在此分析的基础上,建立设计了风险评估模型,然后确定本系统的数据库实体类和实现方法,即采用B/S架构模式,把SpringMVC框架和MySql数据库结合,使用多种编程语言及Tomcat服务器,完成了对煤层气管道安全风险评估系统的开发,实现了对管道安全的日常评估,及时排查发现的隐患并最终闭环。
  本文分析了现存的多个管道风险评估方法,结合隐患闭环处理机制,制定了风险评估模型,然后建立了一套全面、高效的管道安全风险评估系统,可以支持管道的安全运行、降低安全事故发生的概率,解决了实际风险评估工作中人工处理数据效率低和容易存在偏差的问题,对国家社会的稳定和人民生命财产安全有着至关重要的意义。
[硕士论文] 惠凯
石油与天然气工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:段塞流是油气混输管道中较为常见的一种流型,其流动的间歇性、不稳定性在生产过程中带来许多问题,譬如:管件疲劳失效、管路运行恶化以及影响设备测量精度。为保证输送管线、沿线相关测量设备以及下游处理设备的设计优化,对段塞流的研究势在必行。
  在以西安石油大学多相流实验室为依托自行搭建的实验平台上,本文对水平变径管中气水两相段塞流进行了研究。主要研究内容如下:
  系统研究了变径管气水两相段塞流压力和压差的波动特性,研究结果表明:段塞流压力和压差信号均呈现出类周期性波动,变径管前压力压差波动的周期性更加明显;折算液速是造成压力波动周期及波动频率变化的主要因素。变径管前后,系统压力随变径管的变径角度和折算液速增大而增大,并且变径管入口粗管中的系统压力大于出口细管中的压力。压力概率密度分布为单峰、双峰、多峰的复杂分布形式,压差概率密度分布为单峰分布形式。压力和压差概率密度分布的分散性随变径角度和折算液速增大而增大。压差波动功率谱函数密度具有波动频率稳定且范围小的特点。
  本文采用图像数字处理方法对段塞流持液率进行了测量,文中对持液率的获取方法做了详细的介绍。变径管入口粗管中持液率呈现出类周期性波动特征,出口细管中持液率周期性不明显;液塞及液膜区的持液率均随液相折算速度增大而增大;入口粗管中的持液率概率密度分布形式较为单一,出口细管中的持液率概率密度分布形式较为复杂。
[硕士论文] 杜颖
计算机技术 山西大学 2017(学位年度)
摘要:煤层气能源是现代化产业生产过程中不可或缺的高利用性、高清洁型的资源之一,煤层气管道也因而成为关注的重点。在煤层气能源广泛使用的同时,管道的传输过程也存在诸多不安全因素,这些潜在危险因素即为危险源。我国对危险源的安全管理仍无法面面俱到,安全管理的不到位,危险源的分布无法及时落实等问题日益凸显,而对安全事故的控制就需要全面辨识和管控危险源。危险源的辨识对生产活动的风险评价、控制等都有至关重要的作用,是日常活动风险控制的首要环节。因此,“煤层气管道危险源辨识管理系统”的研发对煤层气管道的安全管理和正常运营具有很重要的意义,同时对措施预防、信息传递等具有很重要的辅助分析作用,同时也会减少人力和物力资源的虚耗。如何进行危险源辨识,如何将危险源的辨识及管控工作进行数字化,系统化是本文的研究的重点。
  系统在用户需求和危险源的辨识和管控调研工作的基础上,以《重大危险源辨识》标准和企业结合自身行业的特色制定的相关危险源辨识标准作为危险源辨识的参考标准,采用论文所提到的技术完成了系统的开发,规范了危险源管控方式,贴合实际作业方式,具有可行性和切实性。系统采用定性审批、定量和半定量评价三种方法辨识了危险源,同时信息化模拟了危险源蒸汽云爆炸的后果影响,并结合GIS技术可直观在地图上显示危险源及相关的状态信息及地理信息;另外,系统除了实现了对危险源相关数据的维护管理外,还提供了危险源的图表分析统计功能和地图筛选查询、地图绘制测量等功能。通过信息化手段辅助企业进行危险源的安全生产检查,增强了危险源的管控力度,同时也可以辅助制定措施计划,力求防患于未然。
  论文以煤层气管道危险源辨识作业为指导,研究了“煤层气管道危险源辨识管理系统”。论文首先说明了系统的研究背景和目的意义,并分析说明了涉及的相关技术或危险源的国内外现状,然后简要阐述了论文的研究内容和编排等,并对系统中重点使用的编程语言和技术、开发平台等技术背景进行了描述。其次展开了系统的需求分析,主要包括系统业务需求分析,功能需求分析以及非功能需求分析等,然后描述了系统的设计原则、架构设计、功能模块设计等并对系统的实现进行了说明。
[硕士论文] 石营
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着输油管网规模的增大和油品需求量的不断增加,管道输送在集输系统中所占的比重日益增大,如何实现输油管道减阻增输,在实现提高经济效益的同时有效控制管道输送弹性显得尤为重要。
  近年来减阻剂已实现大规模的工业化应用,但这种具有减阻增输、调节管道输送弹性的新型聚合物,其使用规范及效果预测体系严重缺失,使得所有管输公司只能通过现场“试”验的方法,进行减阻剂的优选及加剂浓度的确定。给减阻剂在设计阶段的工艺优化、运行阶段的推广应用、输油事业的节能降耗带来了极大的限制。
  针对减阻剂应用、效果预测方面存在的不足和问题,本文主要进行减阻剂减阻效果评价模型的建立与优化、减阻剂性能评价指标的提出及减阻效果在线评价软件的开发。以实现输油管道从设计阶段的优化,运行阶段的减阻增输,整个运行管理更合理、经济。
  首先,由于目前减阻机理尚不十分明确,本文通过对各种减阻机理假说进行分析研究,综合从减阻剂对流体湍流结构、减阻剂聚合物分子本身性质与聚合物分子在湍流中的运动特征等方向入手,对减阻机理及减阻剂作用过程、作用原理进行分析,加以室内环道试验及前人微观研究结果佐证,提出“过渡层湍流附加应力抑制说”,此机理弥补了前期几种假说的不足,可以合理解释减阻剂作用过程出现的各种现象。
  其次,针对目前减阻效果预测公式缺失现状,本课题根据前期减阻机理研究和影响因素分析,从加剂前后增输率、摩阻系数变化情况和数据拟合三个方向出发,建立三个减阻效果评价模型,给出模型求解方法。应用西部管道公司所辖管线减阻剂试验数据进行模型验证,从而证明该预测评价系统的准确性。
  最后,针对前期研究成果及厂家提供的减阻剂说明中的不足,提出减阻剂性能评价指标,指导减阻剂厂家处理出厂前的试验数据,并计算对应减阻剂性能评价指标,以实现用户的有据参考,避免盲目试验。同时开发减阻效果在线评价软件,实时读取加减阻剂后管线减阻率、增输率。
[硕士论文] 苏杭
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济的不断发展,原油需求量越来越大,管输里程越来越长,管输能耗不容小觑。为了能够降低管输能耗,提高企业利润,需在已建成的原油管道上进行设备参数优化。基于此,本文开发出 OptCOP能耗优化软件,应用结果表明:OptCOP能耗优化软件所提供的优化方案节能降耗效果显著。
  首先,基于实际管道的运行特点,建立原油管道能耗优化模型。我国原油大多为高粘易凝原油,在输送的过程中除了需要泵提供动力外还需要加热炉对原油进行加热,因此,本文的目标函数为输送原油的动力费用和热力费用之和。在计算总费用之前,提出了简化模型的假设条件以及保证管道安全运行的约束条件,与此同时,对原油管道中油品相关物性参数、管道的热力水力损失和管输耗能设备进行了具体的分析和计算。
  其次,运用改进的遗传算法求解原油管道能耗优化模型。在和传统以及其他智能算法比对后,采用遗传算法对模型进行求解。为了使遗传算法更快速、准确的寻找到模型的最优解,在原有遗传算法的基础上进行了改进:采用实数编码方式,创新地将泵个数、泵转速和热泵站进站温度编译在一起;将目标函数进行适当变化后,建立起适应度函数,提高算法求解效率;为了规避单一个体选择方法的缺点,采用了精英选择和轮盘赌选择的混合选择机制;针对不同部分编码的特点,创新性地采用了多种交叉、变异算子,使得算法求解速度更快,计算结果更加精确。
  再次,开发OptCOP能耗优化软件。在建立原油管道能耗优化模型和改进遗传算法的基础上,利用JAVA语言,开发出OptCOP能耗优化软件。该软件拥有友好的操作界面和方便的数据输入导出功能。
  最后,通过实例验证OptCOP能耗优化软件的可行性和实际优化效果。验证主要分为三个部分:第一部分是通过和PNS管网仿真软件对比,验证OptCOP能耗优化软件水力热力计算部分的准确性;第二部分是通过PNS管网仿真软件,验证优化方案的可行性;第三部分是利用西安石油大学管网仿真综合实验室中的设备,验证优化方案的实际应用效果。经验证,OptCOP能耗优化软件能够显著降低输送能耗,节能效果明显。
[硕士论文] 李扬
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:LNG是在气田中自然开采出来的可燃气体经过预处理、冷却、液化后再节流膨胀而得到以液态形式存在的天然气。在 LNG的储存过程中容易发生一种“翻滚”现象。LNG在常压下沸点大约为-162℃,在储存过程中靠近罐壁处的LNG容易受到环境漏热的影响,罐内已分层的LNG在各自的分层区形成独立的自然对流循环,并通过层与层之间的液-液界面进行传质和传热,使罐内不同LNG的密度不断发生变化,当密度接近相等时罐内 LNG发生强烈混合,罐内大量液体在短时间内蒸发,释放大量的蒸发气,这种现象称为“翻滚”。翻滚现象容易在储罐周围形成爆炸性混合云团,或者引发沸腾液蒸汽膨胀爆炸BLEVE,对LNG的储运安全造成严重影响和威胁。
  本文通过ICEM CFD软件建立LNG储罐分层翻滚的物理模型,用二维瞬态方法近似模拟真实储罐从分层到翻滚的过程。模拟过程用ANSYS FLUENT软件的多相流VOF模型,分别模拟了储罐侧壁和罐底在不同漏热强度下和不同初始密度差下储罐内 LNG的翻滚过程,并绘制了LNG储罐内不同高度处和气-液界面处的流速和密度的变化曲线图,并对不同工况下的翻滚过程进行理论分析。
  数值模拟计算表明:不同工况下 LNG储罐内发生翻滚现象的时间是不同的。同样的LNG储罐增大侧壁和罐底的漏热强度,会使翻滚现象提前发生;同样的漏热强度下,罐内不同初始密度差的LNG,密度差越小,越容易翻滚,需要的时间越少。通过观察不同高度处罐内 LNG的密度和流速变化,发现由于漏热等因素产生的自然对流是翻滚现象的直接动力。
  通过模拟和分析不同工况下LNG储罐的翻滚现象,为LNG的安全储运提供一定的理论建议,防止LNG储存过程中不安全事故的发生。
[硕士论文] 于洋
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:旋流式分离器具有结构简单、成本低廉和分离效率高等优点,广泛应用于油气田生产过程中。本文利用理论分析、数值模拟相结合的方法研究了三相旋流式分离器内部流场的分布情况,并对其结构参数进行优化。主要研究内容如下:
  (1)本文通过理论分析建立分离器的初始模型,使用计算流体力学软件 FLUENT对初始模型进行数值模拟,采用雷诺应力模型(RSM)分析了分离器内部气相流场的速度、压力等物理量的分布规律,并对轴向零速度包络面进行了相关讨论。
  (2)采用相间耦合的随机轨道模型在 Euler-Langrange坐标下对气液两相进行数值模拟,分析了单个液滴与液滴颗粒组的运动轨迹,发现不同粒径、不同入射位置的液滴运动轨迹都不相同,且在初始模型内部发生了短路流、返混等不利于分离效率的现象,需要对分离器进行优化。
  (3)针对初始模型的不足,制定优化方案,对旋流式分离器液固出口结构参数,例如底流管高度、底流管直径、锥筒段高度进行优化模拟分析,最终确定最优结构模型。
  (4)在气液两相流动数值模拟的基础上采用Mixture多相流模型对经过结构优化后的旋流式分离器进行气液固三相数值模拟,分析其浓度、速度、压力等物理量的分布情况,与初始模型进行分离性能的对比讨论,并研究了不同进口流量工况下旋流式分离器的分离效率与压力损失,确定了优化后的旋流式分离器的最优进口流量区间,确保分离器高效运行。
  本文通过以上的研究,为进一步分析三相旋流式分离器分离机理、分离特性以及结构优化提供了一定的理论基础与借鉴,为工程上设计出高效的三相旋流式分离器提供了参考。
[硕士论文] 康俊鹏
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:天然气水合物堵塞是气田集输、处理过程中遇到的共同难题。对于气田采气管线来说,由于井中流物成分复杂,水和杂质含量较多,因此在复杂多变的外界环境和流动条件下管线中极易生成水合物。水合物的局部堵塞会造成管线流通面积减小,管道输气能力下降,同时还会引起管道弯头、阀门、清管球等设备的损坏,甚至造成停产事故的发生,严重影响气田的正常生产和安全运行。目前,采气厂多采用与采气管线同沟铺设的注醇管线在井口位置向管线中注入甲醇水合物抑制剂的方式抑制管线中水合物的生成。
  在注醇过程中需要注意的两个关键问题:甲醇的注入时机和合理的注入量,即甲醇水合物抑制剂何时注、注多少的问题。目前采气厂采用人工估计的方式无法做到注醇工艺的精细化管理,缺乏科学依据,且导致甲醇的消耗量过大,严重增加了采气厂的运行成本。尽管设计院采用一些化工过程模拟计算软件Hysys、ProⅡ来进行计算,但是由于其操作的复杂性,计算时需要额外的相关配置,使现场操作人员难以掌握和熟练使用,同时这些商用软件的使用费用普遍较高,这无疑增加了采气厂的运行成本。
  本文针对长庆油田采气五厂采气管线水合物冻堵问题展开研究,通过对水合物相平衡模型的研究及求解,并通过与其他预测方法进行对比分析,确定了最优水合物生成预测模型:气固相平衡模型;同时针对甲醇抑制剂在管线运行温度压力条件下的分布,分别计算了水相、气相以及凝析液相中的甲醇含量,从而确定了甲醇抑制剂的总需用量。最后基于C++ builder6.0平台,采用C++面向对象编程语言开发了水合物预测与抑制软件HydratePro的Windows版本,同时为了方便现场人员使用,扩大软件的使用范围,本文同时开发了HydratePro的Android版本,使现场人员可以通过不同的途径获得良好的解决方案。最后,将本软件应用到长庆油田采气五厂的实际生产中,通过对采用软件计算后的管线注醇量和往年同期的甲醇消耗量进行比较,验证了本软件的经济性和合理性。
[硕士论文] 张岩
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着油田进入高含水采油阶段,开采出原油的含水率也在不断增大,导致电脱水系统的能源消耗、运行费用以及脱水效率也在变化。本文主要的研究内容就是在不改造现有的电脱水工艺流程下,根据最优化问题的理论知识,研究原油电脱水系统的运行参数优化,从而达到节约能源、降低资源消耗、减少原油电脱水系统的运行成本的目的。
  本文首先对电脱水系统工艺流程和主要运行设备进行了分析研究,确定了电脱水系统的主要耗能设备。其次,通过对脱水泵运行特性的分析研究,建立泵运行的数学模型,对脱水泵运行效率进行了优化,求解出泵运行的最优工况点(Q*、H*、I*、η*),通过最小二乘法验证了本文对脱水泵的参数优化是合理并且有效的。第三,考虑到电脱水系统的运行费用,即电费、燃料费用、药剂费用,建立了原油电脱水系统的目标函数;选择了电脱水器的操作电压和电流、化学破乳剂浓度以及脱水加热炉出口温度为优化变量;以满足国家生产规定的原油含水率、污水含油率及所有设备的操作条件等为约束条件,建立了一个相对完整的原油电脱水系统的优化数学模型。最后,通过遗传算法来求解建立的优化数学模型。
  通过计算结果表明,优化后原油电脱水系统需要的药剂费用增大,而电费和燃料费用降低,电脱水系统的年总运行费用从原来的260万元降到了236万元,优化效果比较明显。因此在不改造现有的工艺流程下,通过对运行参数的调整,降低了电脱水系统的运行费用,达到了降低生产成本、节能降耗的目的。
[硕士论文] 肖雪
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:原油含水是原油生产及储运中的常见现象,原油的高含水率往往容易引发从采油、集输、储存到炼制等环节的一系列问题,如:开采难度及成本增加、输油管线设备易腐蚀结垢、炼制易发生事故等。因此,对原油乳状液的破乳研究势在必行。
  采用高压脉冲电场破乳,可有效避免水链形成,破乳效果显著,且耗能小,但高压脉冲电场的操作条件及各个参数的优选对破乳效果的影响还需要深入系统的研究。本文从实验和理论两方面进行了各参数影响规律的研究。
  实验以西安石油大学油气储运实验室为依托,主要探究了在不同脉冲电场强度(83.33KV/m、91.67KV/m、100KV/m、108.33KV/m和116.67KV/m)下,改变频率作用范围(1~4kHz)等参数对原油破乳的影响,主要结论如下:
  (1)电场场强增大,分散相间聚结力增大,形变量增大,破乳效果好,但场强过大会使乳状液分散相中的液滴在聚沉前拉伸破裂形成两个小液滴,而导致破乳率降低;
  (2)破乳率随频率递增呈现先增大再减小的走势,存在最优值,在试验频率范围内存在最佳的破乳频率,最佳频率在3KHz左右;
  (3)实验温度,处理时间和信号占空比等参数也对破乳效果有不同程度的影响。
  最后,采用COMSOL软件进行模拟,从微观角度研究分散相的形变聚结过程。
[硕士论文] 杜驰
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:旋流除砂器作为油气田生产过程中的常用分离设备,其使用的安全性及实用性是制约其应用和发展的关键问题。本文采用FLUENT数值模拟与理论分析相结合的方法对不同结构参数下旋流除砂器的内部流场及壁面磨损情况进行了分析研究。主要研究内容和结论如下:
  (1)基于气固分离原理,建立了旋流除砂器几何模型。采用雷诺应力模型(RSM)、对流项的QUICK离散格式、压力梯度项的PRESTO!格式和压力速度耦合SIMPLEC算法对旋流除砂器气相流场进行数值模拟计算,分析研究了气相流场速度、压力和湍流分布规律。
  (2)对旋流除砂器内的气固两相流进行了数值模拟,观察颗粒运动轨迹可知粒径的大小对运动轨迹和分离效率均有影响。通过气固两相模拟计算可知:除砂器壁面磨损部位严重区域主要在入口环形空间、分离空间筒体区域的螺旋磨损槽以及锥体末端区域。
  (3)利用建立的磨损模型,研究结构参数对旋流除砂器壁面磨损的影响。结果表明:排气管插入深度的增长对环形空间壁面磨损呈下降趋势,对筒体及锥体空间呈增加趋势;随着锥度的变小,筒体及锥体沿轴向向下磨损率逐渐降低;随着入口面积的增大,环形空间的壁面磨损率逐渐减小。
  (4)模拟讨论除砂器不同结构参数对旋流除砂器的压力损失以及分离效率的影响:旋流除砂器压降随排气管插入深度的加深而增大,随筒体段高度增大而减小,随锥度的增加而降低。旋流除砂器的分离效率随着排气管插入深度的增大而增大,随着锥体锥度的增大而减小,随着筒体段高度的增大呈先增大后减小趋势。
[硕士论文] 韩晋晋
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:天然气的脱水处理是生产商品气的必备环节,其主要目的是防止后续处理和储运过程中出现水合物和液态水,以及防止酸性气体溶于游离水来腐蚀管路及设备。而超音速气液分离器是一种新型的气液分离设备,它具有具有低耗、安全高效和无污染等优点,对天然气矿场加工及集输具有重要意义。但目前国内理论研究尚不成熟,暂不具备商业使用价值。
  本文研究了超音速分离器的基本原理及其设计方法,利用 Solidworks分别对拉瓦尔喷管、旋流管及旋流翼和扩压管等关键部件进行了三维设计。拉瓦尔喷管的收缩段采用五次曲线作为型线,喉部采用平角型直管的形式,渐扩段和扩压段设计为锥形,旋流翼采用基于飞机机翼的三角后掠翼。另外,由于在实验过程中研究喉部尺寸对超音速分离器分离效率的影响时,分离器喉部的安装过程繁琐且费时。所以本文设计了喉部变径可调结构。之后,根据变径式超音速分离器的型线结构及流场特点,对分离器的基本模型进行了模拟及分析。模拟结果表明:该装置具有低温制冷能力,可达到旋流分离的效果。同时在基本型结构的基础上,分别改变旋流翼位置、拉瓦尔喷管渐扩管锥角以及改变超音速分离器出口背压进行模拟计算并对比分析。得出如下结论:
  (1)旋流翼安装位置越靠近拉瓦尔喷管出口,旋流翼后超音速流动区域及低温、低压区域越长,气液分离效率越高。
  (2)拉瓦尔喷管渐扩管锥角影响分离器流场特性,过大或过小的锥角会使下游区域的流场特性变差,从而影响旋流管内气液的分离效率。特别是当锥角过大时,Laval喷管出口处容易产生较强的激波。
  (3)出口背压影响分离器内部流道内激波产生的位置,随着出口背压的增大,激波向超音速分离器的上游移动;且出口背压越小其整体流场特性较好,旋流管内气液分离效率越高。
  本文还对变径式超音速分离器的室内实验系统进行了研究,规划了安装调试的主要内容和方法;对测量仪表进行了选型。最后制定了较为详细的实验方案及流程。
[硕士论文] 卫鹏程
化学工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着世界能源供应日趋紧张,储量丰富的稠油日益引起各国的重视。开发阶段一方面要求乳液稳定性好;另一方面在集输终点又要求乳液能够快速破乳。传统乳化剂虽然能够起到很好的乳化效果,但却存在后期破乳困难的问题。因此,寻求一种能够快速乳化和破乳的高效双亲乳化剂将对稠油的开采具有重要意义。近年来“响应型”双亲乳化剂作为一种新型化学产品引起人们的广泛关注,通过控制其表面活性,可以使乳液的乳化和破乳可逆调控。
  传统的“响应型”乳化剂主要包括光敏型、pH型、光响应型、温度和CO2响应等几种方式。相比于其他响应方式,CO2响应具有环境友好、可重复利用和廉价等优点。
  稠油开采和加工时将产生大量含油固废,比如废弃油基泥浆、油泥和钻屑等。由于含油污泥和钻屑含油率较高,如果能够对其油相进行合理回收利用,不仅能够提高资源利用效率,而且会产生巨大的环境效益。传统的处理方法主要包括焚烧、回填、固化、固液分离和热处理等手段,焚烧会造成环境的污染,回填并未消除有机污染物,存在安全隐患,固化占地面积大,固液分离技术耗能高,热处理技术运行成本高,产生大量烟尘和浓烈气味,对环境造成污染,因此寻求一种高效、无污染和低耗能的处理技术迫在眉睫。
  微乳液具有超低面张力和较强增溶效果,一定条件下,油相能够自发“溶解”到体系中,不需要额外能量输入。同时微乳液制备方法简单、成本低、适用范围广、清洗效果好、无污染,通过调整微乳液的相态有望实现油相回收,具有良好的应用前景。与以前常用剂相比,Gemini型具备许多优点,比如低IFT和低CMC。本文包括以下两部分内容:
  第一部分:选取长链脂肪酸与聚醚胺D230制备了一种具有CO2响应性的高效双亲乳化剂D-OA,首先通过外观、pH和电导率考察了D-OA在水相中的CO2响应性;其次考察D-OA乳化、破乳、聚醚胺D230回用;最后研究了乳化剂降粘性。
  第二部分:使用D-OA与AEO-9制备了一种具有良好清洗能力的微乳液,首先研究了微乳液的拟三元相图,证实了该微乳液对油相有很好的增溶效果;其次进行了清洗含油污泥、含油钻屑及稠油的室内模拟实验,并考察了温度、时间和搅拌速率对清洗效果的影响;最后研究了微乳液降粘效果。
[硕士论文] 刘渊
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:油品在静止储存过程中产生的蒸发损耗会造成严重的自然生态环境污染、巨大经济损失、对工作人员身体健康有害以及形成对站场的安全生产的潜在威胁。所以对影响蒸发损耗的因素和参数变化规律的研究讨论,以及用实验设备和计算机软件来模拟油罐的实际工作状态,寻求高效廉价的降低油品蒸发损耗的方法是非常有必要的。
  本文从油罐呼吸损耗的计算方法入手,对比了目前现存的7种损耗计算公式,分析了其优劣,并且建立了基于峰值守恒法的呼吸损耗计算模型,得到了更精确的损耗计算公式。采用FLUENT模拟软件建立油罐模型、划分网格等,通过计算和后处理得到了油罐内部温度和浓度的分布云图,模拟得出了其温度和浓度的变化情况。
  通过搭建油罐小呼吸损耗实验工作台,测量得出了在整个呼吸损耗发生过程中油罐内部不同高度的温度和浓度的变化情况,以及原始、起始、终了的3个状态罐内压力的变化规律。并且通过测量和计算得出了油罐小呼吸损耗量和其他损耗计算公式的结果,通过数据的对比,得出了基于峰值守恒法的损耗计算模型公式的计算结果更加精确。
  根据调研目前的降低油罐呼吸损耗的方法,提出了在油罐所使用的钢材能承受的最大周期性压力的情况下,提高呼吸阀的工作压力,以及采用吸附法和吸收法联合油气回收装置,降低了油品蒸发损耗量。
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