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[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] 刘永峰
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:在油田开发过程中,井筒存在局部凹陷现象,其发生的根本原因是地层岩性不一致和钻井技术限制所导致的局部井径扩大和井壁冲蚀。凹陷区域内的钻井液在注水泥过程中难以被驱替,造成水泥浆的顶替效率较低,最终导致固井质量较差。因此,研究井筒凹陷区域驱替流动特性及效率对提高固井质量具有重要意义。
  本文基于非牛顿流体力学基本原理和流体运动基本控制方程,结合相关的固井顶替理论知识,运用计算流体动力学的常用软件Fluent对井筒凹陷区域固井顶替流动的过程进行了数值模拟。分别研究了流态、密度差、浆体性能、凹陷段长度、井斜角、环空间隙对凹陷区域水泥浆顶替效率的影响,模拟结果表明:采用塞流或紊流顶替、增大水泥浆与钻井液两者之间的正密度差都有利于提高凹陷区域水泥浆的顶替效率;确定了较高的凹陷区域顶替效率对应的浆体性能(即钻井液以及水泥浆的粘度、动切力、稠度系数和流性指数);凹陷区域的顶替效率随着环空间隙的减小而降低,凹陷段长度越长则顶替效率越低,井斜角越大则顶替效率越低;此外,随着时间的增长,凹陷区域水泥浆的顶替效率值迅速升高,当顶替效率升高到一定值后增速变缓,之后其值基本不再随着时间的增长而发生变化。
  研究结果对提高井筒凹陷区域固井顶替效率及固井质量具有一定的指导意义,同时利于明确井筒凹陷区域顶替流动过程中的顶替机理,为注水泥设计和施工提供必要的理论依据。
[硕士论文] 党庆华
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:每年我国各大油田会有大量的污水产生,若直接将其外排,势必会对当地环境及地面设施造成危害,采用罐车输送的方式,缺点在于一是成本高,二是输送过程中污水不同程度的逸散,本文以油田现场污水的处理为研究背景,采用蒸发方式对其进行处理,则能最大程度的减少上述问题。主要研究内容和结论如下:
  (1)基于现如今进行污水处理的装置及本文的创新点,设计一套低成本、清洁化的卧式炉膛蒸发装置,并利用绘图软件CAD实现几何三维模型的建立。
  (2)针对污水中的硫化物,采用不同的除硫剂利用实验的方法对污水进行脱硫处理,实验结果得出次氯酸盐和氯化铜、H2O2的除硫效果比较好。
  (3)根据所设计的蒸发装置的尺寸,对天然气、污水的输送速度、流量以及最终装置所产生的热量进行理论计算,根据所得出的数据为后期的模拟提供相对应的边界条件以及物性参数。
  (4)基于STAR CCM软件在对传热模型进行网格划分的优势性,利用STAR CCM软件对该模型的模拟计算域进行网格划分。
  (5)在FLUENT模拟软件中数值模拟方法研究的基础上,采用基于传热方面的热传导模型,并且选用多相流模型中的VOF模型,对流体速度等于0m/s和2m/s的热流场进行模拟,根据所得出的云图分析研究了炉膛装置周围的水体内部温度场的分布、热流密度的分布及热通量等的分布进行对比,从而能够很明显的看出污水动态情况下热量的传递比较迅速,从而对污水蒸发的趋势进行一个预测。
  (6)根据适用于全国水面的蒸发公式对污水的蒸发量进行理论计算,然后采用模拟软件aspen plus对污水蒸发量进行数值模拟计算,模拟结果与理论计算所得的结果进行对比,差距在误差范围内。
[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] 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] 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] 史雪婷
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:作为一个能源消耗大国,我国也越来越重视石油天然气运输管道的建设。长期埋于地下的压力管道会发生不同程度的腐蚀,含腐蚀缺陷的埋地管道直接与管体周围土壤接触,会受到复杂的外载荷。本文以X80级钢材的压力管道为研究对象,采用有限元分析的方法,研究了缺陷深度、长度和宽度这三个因素在纯内压、内压和弯矩组合作用以及内压和轴向力组合作用下对管道的失效压力的影响,主要研究成果如下:
  (1)建立了含单个腐蚀缺陷管道的三维非线性有限元模型,通过与真实腐蚀管道爆破实验结果和文献计算结果的对比,验证了含腐蚀缺陷管道有限元模型的准确性。
  (2)通过对腐蚀管道分别施加纯内压,内压和弯矩以及内压和轴向力得到的等效应力云图可知,在这三种力的组合形式中,腐蚀管道发生失效的位置均处于腐蚀缺陷区域的中心位置。
  (3)腐蚀管道在内压,内压和弯矩以及内压和轴向力作用下,管道失效压力均随缺陷轴向长度的增大而降低,且降低的速率越来越缓慢。其中在内压作用时,管道的失效压力在缺陷长度约250mm以后趋于一个定值,而在内压和弯矩以及内压和轴向力的作用下,管道的失效压力在缺陷长度为250mm处仍处于下降趋势。说明复杂载荷对腐蚀管道缺陷的失效压力在改变缺陷长度下的变化规律有一定的影响。
[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] 张亦翔
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,非金属管材作为一种新型材料具有内壁光滑、耐腐蚀、输送阻力小等优点,在油田现场广泛应用于输油、输水等集输管线的建设。但是从现场使用过程中发现,在相同输送工况条件下,应用非金属管比金属管材出现了回压增大,摩阻上升的问题,而摩阻系数由管壁粗糙度和雷诺数确定,与管道表面材质无关,所以这种现象与经典流体力学的观点相矛盾。因此为了充分发挥非金属管道材料性能的优势,本文从实验和理论两方面对非金属管材表面的润湿性能与摩阻系数的关系进行了研究。
  本文在调研分析的基础上,首先自主设计并搭建了流动阻力实验平台,用来测量不同流体在不同管路中的流动阻力规律;其次根据液体与管材之间不同的浸润能力,准备了五种不同类型管材及五种不同性质的液体,通过接触角测量仪得到了所有管路表面的接触角,利用流动阻力实验平台,研究润湿性对管路流动阻力的影响规律;最后对管路实验结果进行了理论分析和公式拟合,并将成果应用于对现场情况的验证和理论指导。
  通过实验结果和理论分析表明:(1)润湿性对宏观尺度下的管路有一定的影响,管材与液体之间形成的接触角越大,在相同的条件下,摩阻系数越小,压降差也越小;(2)得到了具有接触角的摩阻系数修正公式,证明了存在输送过程中的临界接触角,经验证更加符合管路流动的实际情况;(3)当输送管径小于DN50时,润湿性的作用必须考虑;当管径大于DN200时,对于长距离输油管线,若接触角的差值较大,润湿性的影响仍需考虑;当管径在两者之间,接触角差值越大,管径越小,润湿性对摩阻系数的作用越明显;(4)通过对管材与液体的配伍性研究发现,18#区油品更适合采用塑料合金管输送, JLHW105油品更适合采用玻璃钢管输送,并对现场管材与液体的选型提出了指导性意见。
[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] 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] 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] 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] 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。
[硕士论文] 曹艳强
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:旋流分离器是一类依靠离心进行分离的装置,是通过借助互不相溶的两种介质之间的密度差进行分离的。近些年来,旋流分离器的用途也由主要进行固-液分离发展到液-液分离、液-液-固分离和气-液-固三相分离。我国许多油田都在进行水力旋流器应用于油田采出液及油田污水处理方面的研究,从目前的形势看,已显示出良好的应用前景。
  本论文结合目前油田生产实际情况,针对脱油型旋流分离器开展了相关的实验研究工作。由于旋流分离器是利用流体压力的损失在达到分离的,所以在研究其分离特性的同时,还对各种压力损失情况进行了研究分析。
  论文还对旋流分离器的分离机理进行了详细的分析和论述。对不同溢流口直径和溢流管长度对旋流分离器分离效率的影响做了分析。利用 FLUENT流体动力学软件,针对旋流器实验样机的主要结构形式,基于RNG k-ε模型对旋流分离器内部流场的压力分布情况、速度和流体流动情况进行了模拟分析,结果数据对旋流分离器的结构优化设计提供了可借鉴的依据。
  对于旋流分离器各结构参数对分离效果的影响,本论文也进行了较为详细的分析,并设计出几种不同的配套工艺,利用室内实验对旋流分离器系统进行了分析。
  结合现场生产实际,在大庆油田开展了污水处理旋流分离器及配套工艺的小规模生产应用研究,经过对比实验,可以看出,在现场生产实际情况下,旋流分离器可以将含油污水脱油90%以上,能较好地满足油田污水的处理要求。
[硕士论文] 马瑶
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:在天然气运输过程中,由于沿线地形起伏以及温度、压力的变化,会在起伏天然气管道底部弯头内形成积液。积液的存在影响着整个集输管线的安全、高效运行。而日益增长的燃气消费需求,对于湿气管线安全、高效的运输提出挑战。弯头中的积液被驱离弯头最重要的方法就是提高气体的入口速度,所以为保证输气管线安全高效的运行,从而研究湿气管道底部弯头积液被驱离平铺至上倾管段的临界状态以及临界流速意义重大。
  本文基于流体力学基本原理和流体运动基本控制方程,结合相关的低含液率气液两相流的理论知识,运用CFD软件FLUENT对湿天然气管道底部弯头积液被驱离至上倾管段的入口临界流速进行了数值模拟。分别研究了临界状态时不同积液量、不同管路倾角下,临界状态时的临界管路压降、临界持液率以及临界上倾段液膜平铺长度的变化规律;积液被驱离时的速度场分布以及临界状态时的气液相界面形态;同时研究了管路积液量、管路倾角、管路直径、积液粘度四个因素对临界速度的影响曲线。模拟结果表明:在临界状态时,液体层几乎平铺于上倾管段,但其平铺厚度并非完全均匀等厚,而是在液体层沿着管道方向两端相对较薄;临界流速下,上倾段液体层并未出现明显的回流迹象;临界状态下,气液的界面形态与Taitel&Duekler提出的FLAT模型较为吻合;临界状态时持液率基本保持恒定,这点验证了积液在上倾段基本均匀等厚的理论;临界压降与积液量的大小并无直接关系,但随着管路倾角的增加也随着增加;临界流速随着管路倾角增大而增大、随着管路直径增大而增大、随着积液量缓慢增加,随着积液粘度增大而增大。
  本文研究结果对防止起伏管道的积液形成具有一定的指导意义,同时有助于明确湿天然气管道底部弯头积液被驱离的机理,为湿天然气管道设计和施工提供了必要的理论依据。
[硕士论文] 曹岩
油气储运工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:油气的混合输送技术在当今的石油工业中日益重要,因其具有高效率、低成本、环境适应性强等特点,而受到世界各国石油工作者的普遍重视。为保证管线和下游油气处理设备的最优设计和安全操作,对段塞流的特性研究和分析至关重要。
  经过对国内外文献的调查研究发现,目前对段塞流的研究对象多数都是水平管路,缺乏对倾斜管路的研究,但实际输送中由于地形的起伏,管路多数都是倾斜的,所以对倾斜管段塞流的研究具有重要的实际意义。
  本实验依托西安石油大学多相流实验室,通过运用空气压缩机和多级离心泵等设备搭建实验管路,以水和空气为介质,在管道内径为25mm,倾斜角度分别为2.5°、5°、7.5°的倾斜管路中进行气水两相段塞流的特性实验研究。主要结论如下:
  (1)混合速度增大,段塞流液塞的平均速度会随着上倾幅度的增大而增大。
  (2)上倾角增大,同种工况下段塞流的液塞长度增大。
  (3)管道中表观液速一定时,水平管中的液塞频率大于倾斜管;表观气速一定时,水平管的液塞频率在表观液速较低时小于倾斜管。
  (4)段塞流的形成不仅与表观气速和表观液速有关,还与管道的倾斜角度有关。
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