天然气管道内颗粒物采样分析装置设计与应用

针对天然气管道缺少对颗粒物含量定期监测仪器的现状,研制出高压天然气管道内颗粒物自动采样橇,可安全可靠地定期对天然气管道内的颗粒物进行取样,取样过程无需人工干预.将该装置应用于国内某大型输气管道的压气站,对进站主管内的颗粒物特性进行测定,得到了颗粒物的质量浓度和粒径分布,质量浓度范围2.57～7.24 mg/m3,粒径范围1.55～21 μm.利用扫描电镜(SEM)对捕集颗粒物的粒径分布进行验证,二者吻合较好.监测结果可为清管作业方案的制定以及分离过滤设备运行方案的调整提供指导.     

固气旋风分离器分离效率影响的数值分析

采用计算流体动力学软件（Fluent）对旋风分离器进行数值模拟计算,采用雷诺应力模型（RSM）模拟旋风分离器内流体的流动,分析了流量、溢流管深度和入口形式对分离效果的影响。研究表明：①在一定流速范围内,当流速降低对大颗粒（d≧100μm）分离效果没有太大的影响,但分离速度降低,分离效率减少;对中等粒径（20μm〈d〈100pm）的颗粒影响较大,会显著降低其分离效果和分离效率;对小粒径（d 20μm）的颗粒影响较大,颗粒在分离时更快的向靠近轴线附近运动,更容易逃逸,分离效率降低。②在一定长度范围内,随着溢流管插入深度的增加,大粒径颗粒分离速度增加,小粒径颗粒分离效果增强,溢流管插入深度的增加有利于固气分离,并且溢流管插入深度对压力降的影响不大。③蜗壳式入口相对于矩形切向入口型式,增大了旋风分离器的入口半径,使得进流量的增加（生产能力的增大）,同时会导致内旋涡旋速度的增加,有效分离粒径减小,分离效率提高。     

在线检测技术在旋风分离器性能评价中的应用

利用高压天然气管道内粉尘在线检测装置于2008年和2009年对国内某天然气管道计量站内多管旋风分离器性能进行评价。2008年的检测结果表明：该站旋风分离器效率过低,平均效率仅为62.4%。基于检测结果,分析了旋风分离器效率偏低的原因,并提出旋风分离设备的选型依据。该站于2009年更换了旋风分离器,更换后旋风分离器分离效率提高到90.6%,除尘效果明显。高压天然气管道内粉尘在线检测装置能够实现对天然气管道内粉尘的在线检测,具有安全可靠、实时性好、精度高的特点,可指导分离过滤设备的性能评价和选型。     

兰成渝管道减阻剂工业应用试验研究

为使兰成渝成品油管道在增输不新增泵站设施的情况下,能够安全平稳的运行,在兰成渝管道广元—成都段进行了成品油减阻剂的工业试验,分别完成了柴油3个加剂浓度(5mg/kg、10mg/kg和15mg/kg)试验和汽油一个加剂浓度(15mg/kg)对比试验,试验过程包括3个不同基础流量(600m3/h、650m3/h和700m3/h)下的减阻试验、增输试验以及管道允许工况的最大输量试验;试验分析了管道流量、加剂浓度及剪切过程对减阻剂作用效果的影响以及加剂条件下管道的最大输送能力,得出了兰成渝成品油管道在一定减阻剂加量下的安全输量范围。     

小口径海底管道水力清管工艺

管径小于102 mm的小口径海底管道的清管施工是一项难度较高的工程作业,对于此类小口径管道,当采用传统通球清管作业时,清管球卡堵的风险与大口径管道相比要高出很多。对内径为40.6 mm的钢管与软管组合连接的小口径管道内的杂质类型及粒径进行分析,并研究其在管道内的启动情况,通过计算选取合适的清管液流动速度并进行现场实际验证,采用3倍以上管道内杂质沉降速度的清管液流速带动管道内杂质的水力清管方式能够将小口径管道内的杂质进行有效清理。因此,在不采用清管球的条件下采用合适流速的清管液进行管道内杂质清理的方式,可以应用于单一材质小口径管道和不同材质管道连接的小口径管道中,从而规避通球清管作业的卡球风险,在清理效果相同的情况下,提高了作业效率,降低了施工成本。     

基于OLGA软件的湿气管道清管动态分析

某原油处理厂的伴生气增压后输送到天然气处理厂,接收端气液两相分离器仅能处理正常运行时管道内产生的液体,不能接纳清管时产生的液塞。为了使接收端分离器可以在清管时正常运行,采取清管前管道减压、增加气量吹扫的方法减少管道内积液量,由于操作压力和气量选择不合理,清管前后分离器未能正常工作。利用OLGA软件模拟了管道内积液量、分离器进液量随管道压力和入口气体流量变化的动态过程,得到了合理吹扫方案:降低管道操作压力,待管道内积液量平稳后提高入口气体流量,管道内积液量小于分离器处理能力时开始清管,该方案保证了清管前后接收端分离器的正常运行。(图2,表1,参10)     

压缩机干气密封滤芯性能检测装置设计及应用

针对国内缺少滤芯高压性能测试装置的现状,设计了压缩机干气密封滤芯性能检测装置,利用该装置在实际高压运行工况下对干气密封滤芯性能进行评价,并分析压缩机干气密封系统气源内颗粒物的粒径及浓度情况。结果表明:实验室与现场条件下,相同滤芯的初始压降曲线有较大差别,在现场条件下,滤芯压降曲线呈抛物线形式;测试期间,干气密封系统气源内颗粒物粒径范围为0.3~2.0μm,质量浓度范围为0.01~0.03 mg/m3,气质情况符合干气密封系统进气要求;检测的国产滤芯可在高压工况下正常工作,测试结果可为滤芯设计和国产化工作提供数据支持。     

密集烤房群应用烟气处理系统的研究

[目的]降低密集烤房群的颗粒物和二氧化硫排放量,减少其对环境的污染。[方法]在密集烤房群建造烟气处理系统,通过管道连接将烤房烟囱排放的烟气输送到除尘脱硫塔中,使烟气先进行碱水净化处理,然后再排放到大气中。[结果]试验表明,处理后的烟气中的颗粒物排放浓度(59.75 mg/m3)较处理前(156.35 mg/m3)减少了96.65 mg/m3,减幅为61.82%;SO2排放浓度(7 193.5 mg/m3)较处理前(9 062.9 mg/m3)减少了1 869.4 mg/m3,减幅为20.63%。[结论]烟叶密集烤房的烟气经除尘脱硫装置处理后,颗粒物和SO2的排放浓度大幅降低,有利于环境保护。     

曹妃甸油田变径海底管道清管的可行性

为了对曹妃甸油田3条变径海底混输管道实施清管,以其中的WHPE至WHPD海底管道为例,对其清管的可行性进行研究。研制了蝶片直板清管器,其蝶片密封盘具有较好的密封性、柔韧性及耐磨性,通过能力强,可以双向运动,能够适应于变径海底管道清管作业。通过模拟清管过程可知:曹妃甸油田变径海底管道清管是可行的,采用蝶片直板清管器可以较好地完成该管道的清管,清管平均速度为0.8 m/s,清管时间为5 990 s,清管过程中管道入口压力最大值为2.64 MPa,远小于管道入口设计压力与清管器承受压力。辨识出WHPE至WHPD变径海底管道清管的主要风险,并制定相应的应对措施,清管风险可控,安全性较好。研究结果为变径海底管道的完整性管理与风险评价提供了指导。     

秸秆炭化烟气两级除尘装置设计及数值模拟

为提高秸秆炭化烟气的除尘效率,在典型旋风分离器基础上,在排气管中增设回转拨指轮,构成两级除尘。利用SolidWorks和ANSYS ICEM软件对其建模和网格划分,在数值模拟软件FLUENT中采用RNG k-ε模型和RSM模型相结合的方法进行流场模拟,建立了流场理论模型。采用DPM模型对颗粒的分离效率进行模拟,测试在同一烟气进口速度(20 m/s)条件下,典型旋风分离器及不同回转转速(0、900、1 450、2 900r/min)下两级式除尘装置内部烟气流场的静压、切向速度、径向速度、轴向速度分布及不同粒径颗粒的分离效率。结果表明,与传统旋风除尘器相比,回转拨指轮对除尘器内的静压有较大的影响,且静压随转速的增大而增大;回转拨指轮转速对流场切向速度亦有较大的影响,随转速提高,切向速度增大,但对径向速度和轴向速度的影响较小;两级除尘及内部回转拨指轮转速对1μm颗粒收集无较大影响,但对于10μm以上的颗粒,可显著提高分离效率,且随转速增大分离效率有所提高,但不同转速对分离效率的影响差异不显著。     

CO2长输管道清管作业的影响因素

CO₂管道输送是实现碳捕集、利用与封存技术大力发展的中间环节,但由于CO₂气源含有杂质及其输送工况的特殊性,在CO₂输送过程中存在水合物生成的风险,需定期开展清管作业。为明确CO₂管道清管作业的影响因素,从CO₂长输管道清管作业的目的出发,针对CO₂管道输送的特殊性,分析驱动压力、CO₂介质特性、清管器选型、清管器运行速度对清管效果的影响,总结形成了CO₂长输管道清管作业关键技术理论基础,并展望了清管技术的发展方向。研究成果可为中国目前在建CO₂管道项目的清管提供指导,也可为中国制定CO₂长输管道清管技术的相关标准和规范提供借鉴。(图2,表1,参30)     

道路景观绿化林带对空气颗粒物浓度的影响

【目的】掌握道路景观绿化林带对空气颗粒污染物的影响,在成都驿都大道道路景观绿化林带,开展了TSP(空气总悬浮颗粒物)、PM10(粒径在10μm以下的颗粒物)、PM2.5(粒径在2.5μm以下的颗粒物)和PM1(粒径在1μm以下的颗粒物)4种空气颗粒物浓度观测.【方法】根据实时监测数据,采用浓度和净化百分率评价法分析了道路绿化林带对空气颗粒物的影响.【结果】林带带宽10m处,仅PM10和TSP 2种空气颗粒物的日均浓度达到国家二类区域环境空气质量要求的,分别为(132.0±1.2)μg/m3和(289.2±0.7)μg/m3;30 m林带带宽处的PM2.5,PM10和TSP 3种空气颗粒物的日均浓度分别为(72.3±0.5)μg/m3,(120.9±0.4)μg/m3和(268.9±0.4)μg/m3,均达到了国家二类区域的环境空气质量要求标准;道路景观绿化林带对PM1和PM2.5的净化率峰谷时间出现在15∶00~17∶00,PM10出现在13∶00~15∶00,TSP出现在11∶00~13∶00.【结论】道路景观绿化林带对空气颗粒物有消减作用;净化率随着绿化林带带宽的增加而加大;林带相同带宽处,林带对空气颗粒物的净化率随颗粒物粒径的增大而增加.     

天津地区冬季不同粒径大气颗粒物中的DDTs

为进一步探讨大气颗粒物中DDTs的环境危害和给风险评价提供数据支持,采用气溶胶粒度分布采样器(辽阳应用技术研究所,FA-3)采集并分析了天津13个样点冬季不同粒径大气颗粒物中DDTs残留量。结果表明,p,p'-DDT(1.071±0.736ng·m-3),p,p'-DDE(0.858±0.532ng·m-3)是主要污染物,p,p'-DDD(0.436±0.190ng·m-3)浓度相对较低。不同粒径颗粒物对DDTs的富集程度有差异,在4.7-5.8μm和<0.43μm范围内有较强的富集趋势。粒径<2.1μm的颗粒中p,p'-DDE/ΣDDT比值明显小于粒径>2.1μm的颗粒的该比值。不同样点大气颗粒物中DDTs浓度差异显著,可能与早期农业施用空间差异有关。     

长输管道清管系统应力与振动分析

在长输管道的清管过程中,时常伴有段塞流产生,造成管系中含气率和压力的显著变化,导致管系在段塞流的作用下发生机械振动。依据ASME B31.8-2014《气体输送和分配管道系统》标准,运用CAESARⅡ软件建立清管器管系的应力分析模型,并利用时程分析法分析段塞流对管系的冲击振动影响。应力分析结果表明:在持续载荷工况下管道一次应力满足要求,在动态载荷工况下管道二次应力满足要求,并得出管系在操作载荷工况下管口与支架的受力情况;对清管系统的振动分析表明:段塞流出现区域管系振动位移较大,在段塞流出现附近区域支架受力较大,且在持续载荷工况与动态载荷工况共同作用下,最大应力为54.338 MPa,满足应力校核要求。     

天然气减阻剂分离模拟试验

BIB天然气减阻剂经雾化注入输气管道以后,一部分涂敷在管壁上,其余部分随气流进入管道末站的分离器。通过模拟试验,测试了旋风分离器和过滤分离器对管输气体中剩余天然气减阻剂的分离效率。研究表明:双切向进口旋风分离器对雾化天然气减阻剂的分离效率较高,且当入口雾滴的粒径分布固定时,气液分离效率随入口气速和雾滴质量浓度的增大而提高;过滤分离器对天然气减阻剂的过滤效率超过99.9%,且过滤效率随入口雾滴的质量浓度和雾滴粒径的增大而提高,当雾滴粒径达到一定程度时将被完全过滤掉。经过两级分离器分离,管输气体中的减阻剂含量极低,基本不会对下游用户和输气设备产生不良影响。分离器是天然气减阻剂的使用结点,天然气减阻剂一旦经过分离器,必须再行加注。     

苏里格气田输气管道清管周期的确定

以输气效率作为确定输气管道清管周期的依据,若输气效率低于90%,则需实施清管作业。基于摩阻因数、管输流量、输气效率的计算,建立了苏里格气田天然气集输管道清管周期的数学模型,计算了各段集输管道在不同输气量下的输气效率和压差关系曲线,依此可以确定不同输气工况下的清管周期。     

大落差管道清管冲击的有限元分析

中缅天然气管道云南段沿线地形复杂,多处形成了大落差起伏,给清管作业带来极大的安全隐患。针对大落差管道受清管器剧烈冲击而引起应力集中及变形的问题进行研究,基于有限元法建立清管冲击模型,分析管道受冲击时的动力学特性及在不同内压、清管器速度、土壤性质影响下的受力规律。结果表明:大落差管道受清管器冲击时,冲击力随时间变化曲线呈脉冲型波动;管道内压对清管冲击载荷影响显著,管道最大应力随内压增大而增大;清管器速度对冲击载荷影响较小;土壤类型为软塑性时,管道最大应力及变形会显著增大,并出现管-土分离状况。研究结果可为解决起伏地势下大落差管道安全清管问题提供理论依据。     

夏季3种生境森林内空气颗粒物变化特征

研究不同生境类型城市森林内空气颗粒物的变化特征及其影响因素,为休闲保健型城市森林的营造提供理论依据。于2015年夏季对深圳园山山麓(SL)、河谷(HG)和山脊(SJ)3种典型生境类型城市森林内的空气颗粒物(TSP、PM₁₀、PM_2.5、PM₁)进行昼夜24h监测,并同步观测气象因子,分析3种森林内颗粒物质量浓度的变化规律及影响因素。结果表明:1)深圳园山3种生境城市森林内TSP、PM₁₀质量浓度日均值都达到二类环境功能区质量要求,其中HG、SJ的TSP质量浓度甚至达到一类环境功能区质量要求(120μg/m3);PM_2.5质量浓度日均值都达到一类环境功能区质量要求(35μg/m3)。2)不同生境林地内各粒径颗粒物质量浓度存在差异,4种粒径颗粒物日均质量浓度在SJ均为最低(分别为85.51、58.82、14.29、5.13μg/m3);TSP、PM₁₀质量浓度在SL最高(分别为162.19、95.39μg/m3);PM_2.5、PM₁质量浓度在HG最高(分别为21.76、8.29μg/m3)。3)3种林地内4种粒径颗粒物质量浓度总体表现为白天低、夜间高的特点,高峰出现在01:00—07:00,低谷出现于11:00—15:00。4)3种林地间相对湿度、风速、气压等气象因子存在差异;林内4种粒径颗粒物质量浓度与温度、风速表现为显著负相关,与相对湿度呈显著正相关,颗粒物质量浓度变化受多种气象因子共同影响。基于上述研究认为,深圳园山3种生境类型城市森林均为人们提供了一个相对健康的森林游憩环境,人们在11:00—15:00进行森林游憩最为适宜。      

成品油管道内检测清管技术

对成品油管道定期实施清管作业可以提高管输效率、油品质量及排查管道严重变形管段,在内检测前进行清管可以提高内检测的数据采集精度和数据质量。系统介绍了3种成品油管道清管器的工作原理和特点,提出了内检测前实施清管作业所用清管器的技术要求,讨论了清管实施阶段清管速度的选择,各阶段合格标准的判断以及收发、跟踪、定位等关键技术,为成品油管道内检测清管实施提供了指导。(图10,表1,参24)     

低输量管道清管器运行速度控制方法及建议

输气管道在投产初期或运营期因用户需求量波动，普遍存在输气量低于设计输气量的情况，导致清管器运行速度无法达到规定范围，从而影响清管效果，甚至发生清管器卡堵等安全事故。以泰青威管道为例，分析多轮次清管内检测作业中管道运行工况与清管参数特性，提出适用于低输量工况的清管器运行速度控制方法及建议。通过三段式压力梯度调节、平均压力与输气量协同调节、充分利用枢纽站调节，优化清管器跟踪监听策略与技巧，可有效调节清管器运行速度，使其在管道内平稳运行并达到规范的清管内检测速度要求。研究成果可为低输量管道清管作业提供借鉴，保障管道清管安全。（图6，表3，参28）