天然气管线氮气置换混气段规律研究

【摘要】： 随着我国输气管线建设高峰期的到来,如何利用和完善“天然气长输管线置换投产技术”保证输气管线顺利投产已成为人们日益关注的问题。本论文以理论推导和数值计算为基础,对当前天然气管线氮气置换过程中直接运用氮气推动空气进行置换的方法进行了研究。介绍了当前天然气管线氮气置换的方法,利用扩散基本理论描述了氮气置换过程中混气段的发展,运用对流扩散方程推导出管线终点混气浓度、混气量和混气长度的理论计算公式。 建立了天然气管线氮气置换数学模型,进行了三维稳态和非稳态数值计算。研究了置换过程中氮气摩尔浓度、速度以及压力等参数的变化规律;稳态数值计算讨论了管径、速度以及管线长度等主要因素对混气长度的影响,分别得到了混气长度与管径、速度以及管线长度的拟合关系式;非稳态数值计算研究了氮气置换过程中随着时间的延长,长径比和速度对混气长度的影响,结果与理论推导和稳态数值计算结果一致。 将理论推导、数值计算和现场数据进行了对比,验证了理论结果的正确性,达到了优化输气管线氮气置换过程氮气的注入量,减少不必要的氮气损耗,降低生产成本和投资,同时为生产运行的方案制定提供理论依据的目的。 【关键词】：天然气管线 氮气置换 混气段 数值计算
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 前言10-20
• 1.1 研究背景及目的10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.3 数值计算软件简介15-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 第2章 天然气管线氮气置换方法简介20-34
• 2.1 全线氮气置换方法20-23
• 2.1.1 全线置换阀间距、阀间容积、置换时间21
• 2.1.2 氮气置换步骤21-23
• 2.2 管线分段氮气置换法23-24
• 2.2.1 管线分段氮气置换方法一23
• 2.2.2 管线分段氮气置换方法二23-24
• 2.3 加隔离清管器与不加隔离清管器置换方法的比较24-33
• 2.3.1 加隔离清管器的置换方法24-25
• 2.3.2 不加隔离清管器的置换方案25-26
• 2.3.3 两种置换工艺的比较26-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 混气段理论34-48
• 3.1 扩散基本理论34-37
• 3.1.1 分子扩散34-35
• 3.1.2 对流传质35-37
• 3.2 混气段的发展37-39
• 3.3 对流—扩散模型39-42
• 3.4 管线终点的混气浓度42-45
• 3.5 管线终点的混气量45-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 天然气氮气置换数学模型建立48-59
• 4.1 计算模型的确定48-49
• 4.2 模型计算原理49-50
• 4.3 算法50-51
• 4.4 数学模型51-53
• 4.4.1 标准k? ε模型的方程52-53
• 4.4.2 紊流速度模型53
• 4.4.3 模型常量53
• 4.5 参数的设定53-57
• 4.5.1 密度和粘度计算53-55
• 4.5.2 边界条件和初始条件55-57
• 4.6 计算网格划分57-58
• 4.6.1 入口面网格划分57
• 4.6.2 管段网格划分57-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第5章 数值计算结果及分析59-95
• 5.1 N_2 的摩尔浓度分布59-64
• 5.1.1 N_2 摩尔浓度沿管线轴向的分布59-62
• 5.1.2 径向不同距离N2 的摩尔浓度分布62-64
• 5.2 N_2 置换速度变化规律64-67
• 5.3 管线压力的变化规律67-70
• 5.4 影响混气长度因素分析70-90
• 5.4.1 稳态数值计算70-80
• 5.4.1.1 速度对混气长度的影响70-73
• 5.4.1.2 管径对混气长度的影响73-76
• 5.4.1.3 管线长度对混气长度的影响76-80
• 5.4.2 非稳态数值计算80-90
• 5.4.2.1 长径比对混气长度的影响80-84
• 5.4.2.2 速度对混气长度的影响84-90
• 5.5 理论结果验证90-93
• 5.5.1 置换过程中压力变化的验证91-92
• 5.5.2 混气段长度变化的验证92-93
• 5.6 本章小结93-95
• 第6章 结论95-96
• 主要符号表96-97
• 参考文献97-101
• 致谢101-102
• 个人简历102

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