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[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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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。
[硕士论文] 张赛平
高分子化学与物理 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着稠油开采程度的加深,稠油降粘剂的设计合成和降粘机理成为研究热点。现有的降粘剂所形成的乳状液过于稳定,破乳脱水困难,导致后处理成本高。理想的降粘剂要求具有高的乳化降粘效率、一定的抗温耐盐性能,重点是所形成的乳状液易于破乳脱水,达到流动降粘、静置脱水的效果。通过在丙烯酰胺类聚合物主链中引入特殊功能的结构单元所制备的聚合物型降粘剂,同时具备功能基团和高分子的优势,因此更具有应用前景。本文主要设计合成了一种可聚合的硅氧烷季铵盐单体(SQ),进一步与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行自由基聚合反应制备系列聚合物,对单体和聚合物的结构及溶液性能进行表征,并研究了聚合物对稠油的降粘性能。论文包含以下几个方面的工作:
  1,设计合成了一种新型的硅氧烷季铵盐单体(SQ),通过核磁共振、红外光谱等手段对单体分子进行结构表征,同时通过表面张力法、荧光探针法和电导率法研究了硅氧烷季铵盐单体的表面活性,结果表明该单体具备优异的降低水溶液表面张力的能力,临界胶束浓度(CMC)为0.76g/L,可将水溶液的表面张力降至30.55 mN/m。
  2,通过自由基溶液聚合法,以自制的硅氧烷季铵盐单体(SQ)、丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,制备一系列二元聚合物PASQ(AM/SQ)、PAA(AM/AMPS)和三元聚合物PAASQ(AM/SQ/AMPS)。通过核磁共振、红外光谱和元素分析测试表征聚合物的结构组成,通过激光光散射测定了聚合物的分子量。TGA和DSC测试结果表明含硅氧烷季铵盐的聚合物具备更强的耐热性能,应用前景广阔。
  3,通过表面张力、界面张力、荧光光谱、动态光散射和表观粘度测试研究了聚合物的溶液性能,并考察了浓度及温度对聚合物在水溶液中的聚集行为的影响。结果表明,虽然聚合物的表面活性较差,但其界面活性较高,且硅氧烷单体的加入增强了聚合物水溶液对稠油的润湿性能。
  4,系统研究了聚合物水溶液对稠油的降粘效果,考察了油水比、聚合物的浓度对降粘效果的影响。结果表明,随着油水比的降低和聚合物浓度增大,乳状液的粘度先快速下降后基本维持稳定,按照结果,测试选取最佳的油水比和聚合物浓度。通过乳状液类型的观察及稳定性分析测试研究了乳状液的稳定性,并测定了含硅氧烷季铵盐的聚合物降粘剂的抗盐和耐老化性能。研究表明,含硅氧烷季铵盐的聚合物不仅具备优异的降粘效果,一定的耐温抗盐性能,且所形成的乳状液稳定性适宜,易于破乳脱水。当浓度为1.0g/L时,含硅氧烷季铵盐的聚合物PASQ和PAASQ的降粘率可超过90%;降粘剂水溶液在浓度为15000mg/L氯化钠、800mg/L氯化钙和800mg/L氯化镁水溶液中仍然保持原有的降粘效率;降粘剂水溶液在65℃恒温条件下老化15天降粘效果不变;最重要的是,含硅氧烷的聚合物降粘剂可降低乳状液的稳定性,本文采用稳定性分析仪分析测定乳状液在半个小时内的稳定性,结果表明添加含硅氧烷的聚合物PAASQ后的乳状液在半个小时的脱水率可达90%。综上所述,含硅氧烷季铵盐的聚合物降粘剂达到了流动降粘和静置脱水的效果。
[博士论文] 魏志博
矿业工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:我国正进入盐穴地下储备库的大规模建造时期,而大部分盐穴储库都将采用技术相对成熟的油垫水溶法进行建设。但是建腔结束后,油垫往往因回收困难而无法循环使用,这不但增加了建腔成本,而且造成了大量资源的浪费。同时含有油污的卤水如果处理不当,也会对生态环境造成巨大危害。因此,盐穴储库建造中油垫的高效回收方法及油水分离材料的研究具有重要的工程价值。本文基于极端润湿性的相关理论,采用电泳沉积法和刻蚀-电泳复合法制备了新型的超疏水-超亲油微纳米表面材料,研究了不同表面材料的极端润湿性能和油水分离性能,并基于毛细力学基本理论探索了超疏水-超亲油表面材料的油水分离的机理。论文取得的主要创新成果有:
  ①成功研制了一种电泳沉积法在铝合金和不锈钢基材上制备具有纳米结构的超疏水-超亲油表面材料。通过对材料的结构形貌、化学成分和润湿性进行系统分析,获得了实现较优形貌与油水差异润湿性能表面的制备工艺。该工艺下获得的表面材料具有纳米级粗糙结构,对卤水的接触角和滚动角分别为163.5°和3.5°,对柴油的接触角为0°。在筛网基底上制备能够实现对具有明显液相的卤水柴油混合溶液的有效分离,短时间内卤水中浮油的回收效率可达到92.4%以上。
  ②成功研制了一种化学刻蚀-电泳沉积复合法在铝合金和不锈钢基材上制备具有微纳米分级结构的超疏水-超亲油表面材料。通过优化刻蚀液配比和电泳沉积动力学参数对超疏水表面材料进行结构优化和性能改进,使其表现出优异的油水差异润湿性,饱和卤水的接触角分别提升至167.1°和166.2°,柴油可以在两种表面快速铺展,接触角为0°。并且,研制的微纳米表面材料表现出较好的耐卤水腐蚀性、机械耐磨性和疏水耐久性。在筛网基材上制备能够实现卤水浮油的高效收集,短时间内油水分离效率达到93.1%以上。
  ③基于经典的润湿理论,从表面几何结构参数和系统能量角度出发,分析了纳米表面和微纳米分级表面的几何结构变化对其极端润湿性能的影响。结果表明具有微纳米分级结构的表面能够提供更稳定的Cassie润湿状态、更高的接触角以及更低的滚动角。被认为是更有利于实现油水差异润湿性的表面材料。此外,通过液滴冲击实验,发现卤水液滴在冲击微纳米表面过程中能量的消耗相对较小,表现出更稳定的动态超疏水性,这性归因于表面的微纳米分级结构基于润湿压力和反润湿压力关系的协同作用。
  ④为克服传统油水分离过程间歇操作的缺点,克服传统分离材料在盐穴储库油垫回收方面的局限,基于研制的微纳米超疏水-超亲油表面材料,发明了一种可实现连续高效回收卤水中浮油的装置。并通过该装置对油水分离材料的分离性能和规律进行研究。并基于毛细动力学理论将油水分离过程简化为毛细作用下的流动过程。初步探讨了超疏水-超亲油分离材料的油垫回收机理,并对分离过程的相关物理量进行了计算,为超疏水-超亲油材料在盐穴储库建造油水分离中的应用提供理论基础。
[硕士论文] 蔡雅雯
交通运输工程 浙江海洋大学 2017(学位年度)
摘要:在国内外低油价的刺激下,我国的原油进口量迎来了自2010年以来的最大增幅。面对日益庞大的原油进口量,随之相应的便是在油品运输装卸过程中产生的大量油品蒸发损耗量。在码头原油全年不断地收发过程中,会有一大部分油气不可避免地逸散到空气中。这些油气不仅会威胁到员工的身心健康,给企业造成经济损耗,同时也会严重污染环境,因此,开展码头原油油气回收工作对保障油品储运行业节能高效发展有着重要的现实意义。
  本文以中化兴中石油转运(舟山)有限公司的码头原油油气挥发为背景,采取吸收法作为码头原油油气的回收方法,借助实验和软件模拟,得到了以下结论及成果:
  (1)搭建油气回收吸收法的实验平台,从以下三个方面进行了试验研究,分别是:吸收剂的种类,吸收液的喷淋量和油气吸收温度。实验结果发现:首先,当硅油作为原油油气的吸收剂时,油气回收的效率相对较高,此时的回收效率为E=91.67%。其次,回收效率在一定范围内随着温度的升高而缓慢增加,当吸收温度在15℃左右时,此时的吸收效率最高;当吸收温度超过30℃之后,回收效率急剧降低。另外,吸收液的喷淋量对吸收塔吸收效果的影响也较大,喷淋量在一定范围内越大,吸收的效果也越好,特别是在2-6L/h的范围内变化时,回收效率的变化更加明显。
  (2)本文运用响应面优化法,借助Box-Behnken中心组合实验设计原理对实验中所测数据进行优化分析。本实验共设计17组独立实验,选取X1,X2和X3三个自变量作为响应面试验的因素,以油气回收效率为响应值(Y)。各因素经回归拟合后,在X1=15,X2=10,X3=1时,即在油气吸收温度为15℃,吸收液喷淋量为10L/h,选用硅油作为吸收剂时,油气回收效率取得理论最大值。最终,根据响应面和等高线图,得到以下结论:影响油气回收效率的因素大小排序为:因素A(吸收剂的种类)>B因素(吸收液的喷淋量)>C因素(原油油气温度)。
  (3)为验证实验结果的准确性,利用化工过程模拟软件Aspen Plus对吸收法的油气挥发过程进行了模拟。通过设置与实验相同的参数,计算得出该油气吸收工艺过程的油气处理效率为E=(1-0.0835)×100%=91.65%,数据与实验结果基本吻合。
[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。
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