考虑货币时间价值计算热输管道最优保温层厚度

货币存在着时间价值,在热油输送管道保温层厚度的设计计算中,为考虑货币时间价值对最优保温层厚度的影响,而将基准贴现率引入热油管道最优保温层厚度的计算公式中,导出了考虑货币时间价值动态最优保温层厚度的计算式。文中对应用公式选择最佳保温材料作了介绍,并将货币时间价值对热输管道最优保温层厚度的影响进行了相应的分析和讨论,指出在确定热油管道的最优保温层厚度时,一般应以“动态”公式作为计算的依据。     

LNG储罐优化数学模型及其应用

在LNG系统中,LNG储罐设施所占的投资比例较大,为节省投资,基于压力和蒸发率的关系对LNG储罐进行优化。相对于LNG单容罐,全容罐在经济和安全方面的优势更明显。介绍了LNG全容罐保温系统的组成和优化原理,提出通过调整保温层厚度代替储罐的增压系统进行罐内压力调节并达到高压储存的目的,在储罐安全的条件下,利用BOG压缩机对蒸发气进行再冷凝,实现LNG的循环利用。基于此,建立了LNG储罐优化数学模型,并利用VC＋＋语言编写计算程序对其求解,算例分析结果表明：该模型可行且适用于LNG系统的优化。     

液化天然气管道输送工艺参数的计算

LNG在管道输送过程中的物性参数可以通过LKP方程及其关联式确定,Lee-Kesler分别应用氩和正辛烷的实验数据拟合确定了该方程简单流体和参考流体的常数项。分别给出了用对比密度表示的LKP方程表达式和LNG混合物粘度的计算公式,利用对比态原理(CSP)计算比定压热容的表达式。利用"过冷"态原理进行无气化LNG管道输送工艺参数的计算,给出了管道水力、热力参数和保冷层厚度的计算方法。以大连LNG接收站为例,对1条长6 km、高程差48.5 m管道的运行参数进行计算,求得管道压降为0.338 MPa,保冷层厚度为0.145 mm,管输介质到达管道终点的温度为-154℃,因此在1.194 MPa的输送压力下,LNG全程处于液化状态,验证了LNG在"过冷"状态下输送的可行性。     

管输工况对LNG冷能梯级利用效益的影响北大核心

为了拓宽LNG冷能利用厂的选址范围,实现LNG管道输送与冷能利用的协同耦合,对LNG管输与冷能梯级利用工艺流程进行模拟计算。基于化工过程模拟软件HYSYS,建立了LNG过冷态管输与冷能梯级利用的耦合模型。利用PR方程的相平衡计算能力,分析了一定输量下管径与保冷层厚度对冷态输送距离、建设费用的影响,研究了管输距离对冷能梯级利用的经济性影响。结果表明:在一定输量下,以压降为LNG气化主要影响因素的小管径输送工艺方案,其输送距离短、单位管长的造价低,提高保冷等级对其输送距离不会产生显著影响;以LNG潜热为主要冷源的第1级冷能利用工艺,其经济性对输送距离最为敏感,且随着转输距离的增加,其经济效益降低。     

管输工况对LNG冷能梯级利用效益的影响

为了拓宽LNG冷能利用厂的选址范围,实现LNG管道输送与冷能利用的协同耦合,对LNG管输与冷能梯级利用工艺流程进行模拟计算。基于化工过程模拟软件HYSYS,建立了LNG过冷态管输与冷能梯级利用的耦合模型。利用PR方程的相平衡计算能力,分析了一定输量下管径与保冷层厚度对冷态输送距离、建设费用的影响,研究了管输距离对冷能梯级利用的经济性影响。结果表明:在一定输量下,以压降为LNG气化主要影响因素的小管径输送工艺方案,其输送距离短、单位管长的造价低,提高保冷等级对其输送距离不会产生显著影响;以LNG潜热为主要冷源的第1级冷能利用工艺,其经济性对输送距离最为敏感,且随着转输距离的增加,其经济效益降低。     

CO_2管道输送规律及运行参数

液态(或超临界态)CO2输送与其他液体输送不同,由于临界温度和压力较低,其在输送过程中易气化。为此,采用HYSYS软件对CO2的物性进行分析,并在多种工况条件下,对CO2管道进行水力热力计算,根据计算结果绘制沿程压力-温度变化曲线,总结管输CO2在超临界态、密相、一般液相下的变化规律和影响因素。以某管道为例,给出了管道入口压力、温度可行区间的计算方法,可为管道设计提供理论依据。研究结果表明:密度是影响管输压降的根本因素,而黏度对压降的影响可以忽略;避免管输CO2气化的关键在于合理设置管道的入口温度和压力;CO2管道设计应以最高环境温度作为设计参数。     

LNG储罐内BOG动态模拟研究

LNG储罐漏热引起的BOG蒸发速率、BOG压力(罐内压力)的运行控制是LNG接收终端正常运行的关键。通过对LNG储罐内流体热响应过程的分析,建立了储罐内流体的计算模型,开展了储罐热负荷、BOG排出速率对BOG蒸发速率和压力的影响的动态模拟分析,提出了BOG蒸发和排出速率控制的建议。     

管道保温层的受湿危害

为了完成管输任务,提高管道运行的经济效益,设计者是根据允许的热损失来求取保温层厚度。有时要进一步根据能量的价格,施工费用,投产回收的年限,油品的物性,伴输水的比例,保温材料的干态性能等因素求取最佳的厚度。若保温层一经受湿,它就失去了干态时的优良性能,这时热损失就要增加,管道的运行就要偏离最佳工况。因此,设计良好的防湿护层及维护好保温层使不受湿是非常重要的。     

保温层失效对伴热稠油管道安全停输时间的影响

针对伴热稠油管道在保温层失效后,安全停输时间难以确定的问题,基于有限体积法,建立了伴热稠油管道二维、非稳态分析模型.该模型考虑了稠油的凝固潜热影响,研究了保温层失效前后稠油管单独停输(案例Ⅰ)与稠油管和伴热管双管同时停输(案例Ⅱ)情况下稠油管内温度场的变化规律,在此基础上,通过SPSS软件拟合了停输时间与停输后稠油平均温度的关系曲线,进而确定了伴热稠油管道在保温层失效前后的安全停输时间.保温层失效前后,案例Ⅰ与案例Ⅱ油管内的温降规律基本相似.在保温层失效前,案例Ⅰ与案例Ⅱ的安全停输时间分别为58 h和54 h,前者在伴热管的影响下,安全停输时间延长了4h;在保温层失效后,两种情况下的安全停输时间均缩短至11h,即伴热管对安全停输时间没有影响.     

炼厂内高温管道保温层的优化设计

为减少能源损失,满足生产工艺需要,炼厂内的大量管道都包覆了保温层。确定保温材料与保温层经济厚度是降低管道运行成本的重要问题,针对炼厂内的高温架空管道,建立了以保温层厚度为决策变量,外表面温度及保温效率为约束条件,年管道总费用最小为目标的管道保温层优化配置模型。以华南地区某炼油厂一条保温管道为例进行了优化研究,优选出年热力费用与投资费用总和最小的保温材料仍为现有材料岩棉,但确定的经济厚度为120 mm,较原来的150 mm厚度减少30 mm。基于不同外表面温度下保温层厚度与散热量的关系,以及不同材料的保温层厚度与保温效率的关系,可根据管道运行实际情况及保温材料类型,设定适宜的最高表面温度和保温效率进行计算,从而得到最适宜的保温层。     

计算埋地管道经济保温厚度的一个新模型

以保温工程投资、动力消耗和热力消耗等三项费用的终值费用之和为目标函数,建立了计算埋地热油输送管道经济保温厚度的一个新的数学模型。该模型比较全面地考虑了油品性质、管道埋深、进站温度和资金的时间价值等影响因素。实例计算表明,管道埋地深度对经济保温厚度有着明显的影响,在进行保温设计时,必须考虑管道埋深的影响。对于小口径、长距离、大输量的管道,应该考虑动力损耗对经济保温厚度的影响。     

LNG储罐气相管结构的改进

利用有限元法分析计算了某LNG储罐气相管装料及卸料时的热应力,发现最大应力在气相管与内容器连接部位,其与气相管实际断裂位置吻合。分析结果表明：虽然装料与卸料会导致一定的压力与温度循环,但造成的交变应力强度幅很小,可以忽略其引起的疲劳损伤。造成结构破坏的原因为过大热应力导致的结构安定性失效。当内容器轴向收缩受限时,气相管应具有足够大的柔性,才能有效降低热应力,满足结构的安定性要求。从约束及热变形补偿入手,对消除及缓解LNG储罐气相管热应力的措施进行了探讨。（图5,参6）     

管道双层保温经济厚度存在性分析及计算

为了弥被补单一保温材料在抗压强度，耐高温性能，稳定性和防水性等方面的缺陷，双层保温较管普遍地被应用到输油和热力管道上。在稳定传热的前提下，运用数学分析方法，按最优经济条件，即保温材料投资年分摊费用与保温后管道热损失费用之和最小的原则，对管道双层保温经济厚度存在的条件展开讨论。提出了当第一层采用保温效果好但价格贵的保温材料，而第二层采用保温效果差价格便宜的保温材料时，双层保温经济厚度存在的必要条件是     

埋地热油输送管道的经济管径计算模型

考虑了输送温度对油品粘度的影响以及油品粘度和输送量对泵效、流态和经济管径的影响,以管道建设投资的年分摊费用、保温投资的年分摊费用、管道年维护费用、年动力消耗费用和年热力消耗费用之和为目标函数,给出了埋地热油管道经济管径的完整计算模型。该模型能自动满足管道的沿程温降约束条件,适用于不同粘温特性的原油、不同保温材料和不同埋地深度的管道。采用斐波那契搜索算法对所建模型进行了算例计算,结果表明,该模型能较好地反映各种因素对经济管径的影响,可为埋地热油管道的优化工艺设计提供理论依据。     

基于灰色关联分析与层次分析法的LNG工厂冬防保温

LNG工厂是低温工程与储运工程的结合体,具有工艺流程复杂、仪表测控点繁多、设备设施管理任务重等特点,故其冬防保温工作极为重要。以昆仑能源黄冈LNG工厂为例,根据历年的天气记录、维修记录、冬防保温方案等相关数据及资料,运用灰色关联分析与层次分析法,分别对停工与生产两种工况进行分析,制定不同工况下的冬防保温方案:运用层次分析法,结合天气情况,对停工工况进行分析,科学制定冬防保温方案,全面保护LNG工厂设备;运用灰色关联分析法,对正常生产工况进行动态分析,得出人力资源与物料成本最省的冬防保温方案。以上方案可为其他LNG工厂的冬防保温工作提供参考,但具体运用时应根据LNG工厂自身工艺特点及其所在地自然环境进行适当调整。     

高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究

在高粘度流体输送过程中,用低粘度的流体局部置换高粘度的流体,可以降低附壁边界层的粘性从而实现管道内流体流动减阻。对管道内两种粘度流体环状流动进行了理论和计算研究,推导了滑移层厚度及流体粘度与流动流量、减阻、滑移速度等的关系式,结果表明,随着滑移层变厚,其流速的增量会减小;当滑移层较薄时,流量增否取决于两层流体粘度之比;只有控制滑移层厚度不超过一定范围输送效率才会最大;滑移速度与压差成线性关系。     

LNG泄漏在地面上蒸发速率的计算

针对LNG泄漏在地面上潜在危险的分析,需要对其在地面上扩散和蒸发速率的变化进行准确预测。基于液体扩散的动力学模型和热传递模型,采用微分方法建立了LNG在连续性泄漏情况下液池漫延半径、蒸发速率随时间变化的预测模型,克服了现有预测模型单纯依赖一维傅里叶导热方程的局限性。根据所建立的预测模型,LNG液池蒸发速率先随时间线性增加到最大值,随后随时间的延长而降低,即与时间的平方根成反比。以5m^3圆柱形LNG储罐为例,计算得到LNG泄漏的速率为19．92kg／s,泄漏完全所需时间为69S,液池半径达到最大的时间为33S,液池半径最大值为7m,0～33S时间内LNG蒸发速率先线性达到最大值19．92kg／s,34-69s时间内液池蒸发速率与时间平方根成反比,液池厚度由2．3mm逐渐增加到6mm。     

深水采油树输油管道保温设计

针对1 500m水深、温度等级U级、设计压力69 MPa的采油树输油管道,利用有限元方法计算在不采取保温措施的情况下,管道中心原油温度在1h内降低了41.73％.对输油管道分别进行单、双层保温结构设计,并对保温效果和保温材料单位体积总费用进行计算,结果表明：在其他条件相同的情况下,采取单、双层保温措施后管内中心原油温度分别降低0.79％和0.25％;相对单层保温,单位长度双层保温管道保温材料用量多0.072 534m^3,但每年节省保温材料及散热损失费用3.022元/m,故双层保温更经济.（图7,参10）     

双层保温管道的总体优化设计

根据热经济学原理，通过分析双层保温管道的总费用，并考虑到保温的国家标准和工程实际,闻双层保温管道总体设计的优化数学模型，并进行了编程求解，导出的模型和编制的软件可用于单相或多相流体的地面或埋地管道的设计，帮助设计人员确定最佳管径和各层保温层的经济厚度，有助于提高设计效率和设计质量。