天然气管道投产过程中混气规律的研究

【摘要】：在天然气管道飞速发展的时期,安全、经济地进行管道投产已经成为管道公司关注的一个重要问题。在环境污染问题日益突出的今天,投产过程中的氮气置换已不仅仅要满足安全要求,还应考虑如何合理地节约氮气用量、减少混气量的排放,从而提高管道投产的安全性、经济性,并尽可能地减少环境污染。 分析了国内外管道的投产技术,对不同置换方法进行了对比分析,根据川气东送管道公司投产资料,总结分析了“先站场后线路”投产工艺的适应性,提出川气东送公司在管道投产过程中存在混气量过大、耗氮量过大的问题。 利用FLUENT软件,依据CFD基础理论和湍流模型理论,合理地确定了氮气置换的数学模型、边界条件,并对投产过程中影响混气长度的因素进行了动态模拟,得出不同影响因素对混气长度的影响趋势。 根据长输管道地形变化大的特点,采用FLUENT软件对上下坡段的混气规律进行了分析,得出结论：混气段长度的整体趋势是上坡阶段的混气段长度小于水平管道的混气段长度,且随着倾斜角度的增大混气段长度减小,置换时间随着角度的增大而逐渐增大；下坡阶段的混气段长度大于水平管道的混气段长度,且随着倾斜角度的增大混气段长度增加,置换时间随着角度的增大而逐渐减小。 根据不同地形条件建立注氮量的计算模型,研究按混气长度计算注氮量的方法,并通过比较分析不同注氮量的计算方法的适应性,编制现场注氮量查阅表,方便现场工作人员快速、准确地确定注氮量。 通过调研川气东送管道投产资料,结合数值模拟结论,对混气规律和注氮量计算公式进行验证和误差分析,分析本文研究的注氮量计算公式的适应性,为管道投产方案的制定提供指导意见。 【关键词】：天然气管道 管道投产 混气长度 地形影响 注氮模型
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 国外天然气管道投产技术研究现状9-11
• 1.2.2 国内天然气管道投产技术研究现状11-13
• 1.3 研究内容及研究思路13-16
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究思路14-16
• 第2章 天然气管道投产的置换工艺分析16-22
• 2.1 天然气管道常用的投产置换方式16-18
• 2.2 置换方式的对比分析与结论18-19
• 2.3 国内外天然气管道投产技术对比分析19
• 2.4 “先站场后线路”投产工艺分析19-22
• 2.4.1 “先站场后线路”投产工艺的提出及思路20
• 2.4.2 “先站场后线路”投产工艺的适应性分析20-21
• 2.4.3 “先站场后线路”与“边站场边线路”对比分析21-22
• 第3章 氮气置换数学模型的建立22-32
• 3.1 模型建立22-25
• 3.1.1 计算模型22
• 3.1.2 控制方程22-24
• 3.1.3 模型方程24
• 3.1.4 湍流近壁模型的确定24-25
• 3.2 模型参数的设定25-27
• 3.2.1 操作压力及物性参数的设定25-26
• 3.2.2 边界条件和初始条件26-27
• 3.3 几何模型及网格的划分27-29
• 3.3.1 几何模型27-28
• 3.3.2 网格生成28-29
• 3.4 模拟主要工作29-32
• 第4章 投产过程混气规律分析32-51
• 4.1 氮气的摩尔浓度分布规律32-33
• 4.1.1 氮气的轴向浓度分布32-33
• 4.1.2 氮气的径向浓度分布33
• 4.2 管线的压力分布规律33-34
• 4.3 管内气体流速分布规律34-35
• 4.3.1 径向分布规律34
• 4.3.2 轴向分布规律34-35
• 4.4 混气长度的影响因素35-42
• 4.4.1 流态对混气长度的影响35-36
• 4.4.2 流速对混气长度的影响36-38
• 4.4.3 背压对混气长度的影响38-39
• 4.4.4 管长对混气长度的影响39-40
• 4.4.5 管径对混气长度的影响40-41
• 4.4.6 温度对混气长度的影响41-42
• 4.5 不同地形下的混气段长度42-49
• 4.5.1 上坡管道混气段基本规律42-45
• 4.5.2 下坡管道混气段基本规律45-47
• 4.5.3 上下坡段混气规律对比分析47-49
• 4.6 混气长度计算公式49
• 4.7 数值模拟结论49-51
• 第5章 氮气置换过程中注氮量的分析与确定51-58
• 5.1 注氮量分析51-52
• 5.1.1 “先站场后线路”投产工艺下的注氮量51
• 5.1.2 “边站场边线路”投产工艺下的注氮量51-52
• 5.1.3 比较分析52
• 5.2 考虑地形条件的注氮量计算模型52-54
• 5.2.1 平原地区注氮量计算模型52-53
• 5.2.2 不同坡度下注氮量计算模型53-54
• 5.3 注氮量的计算方法对比分析54-58
• 5.3.1 经验公式计算54-55
• 5.3.2 按管容确定55-56
• 5.3.3 按入口流量计算56
• 5.3.4 按混气长度计算56-57
• 5.3.5 查表法57
• 5.3.6 注氮量计算方法适应性分析57-58
• 第6章 混气规律实际应用和误差分析58-64
• 6.1 引言58
• 6.2 拟分析投产管道的概况58-59
• 6.3 管道投产混气规律及误差分析59-61
• 6.3.1 理论混气长度计算59-60
• 6.3.2 混气检测数据分析60-61
• 6.3.3 混气规律误差分析61
• 6.4 注氮量计算的应用及误差分析61-63
• 6.4.1 理论注氮量计算61-62
• 6.4.2 误差分析62-63
• 6.5 应用情况总结63-64
• 第7章 结论及建议64-65
• 7.1 结论64
• 7.2 建议64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录1 注氮量查阅表69-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果94

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