利用微波解除输气管道中天然气水合物堵塞的可行性研究

【摘要】：天然气水合物是一种类似于冰的具有笼形结构的晶体，输气管道中的天然气中含有一定的水分，在一定的条件下可以形成水合物。这种水合物一旦形成，将会给天然气的生产和运输造成极为不利的影响，会导致阀门堵塞、管道停输等严重事故，给企业和国家带来极大的经济损失。微波加热是将介质损耗变成热能的一种体加热，天然气水合物是一种极性分子，对微波有一定的吸收作用，在微波辐射下会产生热效应而分解。 论文考虑将微波能应用于输气管道中天然气水合物的解堵，利用输气管道作为微波传输的波导管将微波传输到水合物堵塞处，对水合物进行加热，达到管道解堵的目的，从而实现天然气清洁、经济、高效、快速地输送。 首先，通过计算确定不同管径的管线可以传输的微波频率；其次，通过对微波在管道中传输的衰减规律的研究，确定管道中可传输微波的最优频率，计算并分析理想和非理想状态下微波在管线中的传输距离；然后，对微波传输时输气管线的温度分布规律进行研究，建立数学模型，对比计算不同情况下整个管道的温度变化情况；最后，分析天然气水合物的性质及其在管道中的形成条件，研究微波加热对水合物的影响规律，进而判断微波解堵的可行性。 研究表明，微波能够在输气管道中进行传输，其能量随传输距离衰减，整个管线的温度在微波的影响下都有所提升，几十瓦的功率就能较快地提升水合物处的温度，能在较短时间内达到水合物分解温度。把微波能应用于输气管道的加热在理论上是可行的，用来提高管线温度来解除水合物堵塞具有一定的现实可行性。 【关键词】：天然气水合物 微波 输气管道 衰减 温度分布
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE832.34
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 前言7-13
• 1.1 研究背景7-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 主要研究内容及意义11-12
• 1.3.1 研究内容11-12
• 1.3.2 研究意义12
• 1.4 创新点12-13
• 第二章 微波在输气管道中的传输特性研究13-21
• 2.1 圆波导中电磁波的传播13-19
• 2.1.1 圆柱坐标系下的场分量14-15
• 2.1.2 波形分析15-18
• 2.1.3 传播模式分析18-19
• 2.2 输气管道的微波传输特性分析19-21
• 2.2.1 常用微波频率对管道管径的要求19-20
• 2.2.2 常用输气管道的微波传输频率分析20-21
• 第三章 微波在输气管道中的传输距离计算21-43
• 3.1 输气管道的微波衰减系数分析21-26
• 3.1.1 波导中能量的传输与损耗21-24
• 3.1.2 传输距离分析24-26
• 3.2 理想状态下的传输分析26-35
• 3.2.1 微波频率 f=2450MHz 时26-31
• 3.2.2 微波频率 f=915MHz 时31-35
• 3.2.3 结果对比分析35
• 3.3 最优频率选择35-37
• 3.4 非理想状态下的传输分析37-41
• 3.5 微波在管道中传输的初步结论41-43
• 第四章 微波在输气管道中的温度分布规律研究43-57
• 4.1 数学模型的建立43-45
• 4.1.1 模型描述43-44
• 4.1.2 单性值条件44-45
• 4.1.3 单位体积内热源生成热45
• 4.2 数学模型的求解45-50
• 4.3 参数的确定50-51
• 4.4 数学模型结果计算及分析51-56
• 4.4.1 数学模型结果计算51-52
• 4.4.2 结果分析52-56
• 4.5 基本结论56-57
• 第五章 微波对天然气水合物的加热解堵规律研究57-69
• 5.1 天然气水合物概况57-58
• 5.2 管道内天然气水合物的形成条件58-59
• 5.3 微波加热对天然气水合物的作用规律59-68
• 5.3.1 微波加热59-61
• 5.3.2 微波加热天然气水合物的规律分析61-68
• 5.4 结果分析68-69
• 第六章 结论及建议69-72
• 6.1 基本结论69-71
• 6.2 建议71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录76-88
• 附录一 管径为 355~1219mm 的管道可传输波型的衰减系数和微波传输距离76-82
• 附录二 管径为 355~1219mm 的管道受不同微波功率加热时的温度82-88
• 攻读学位期间发表的论文88-89
• 详细摘要89-100

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