杂质对管道输送CO2相特性的影响规律

碳捕集利用封存（CCUS技术作为改善气候的重要选择,安全输送是其关键性纽带环节。管道输送被认为是陆上输送CO2的最优形式,管输CO2中所含杂质将影响CO2相平衡及物性参数变化规律,进而影响管道运行。采用与已知实验值对比的方法优选状态方程,计算含杂质气体及水蒸气的多组分CO2相平衡线及物性参数,与纯组分CO2对比分析可知：PR方程在CO2等极性体系的气液相平衡及物性方面优于其他状态方程。非极性及弱极性杂质通过影响泡点线使两相区扩大,强极性杂质通过影响露点线使两相区扩大。CO2管输过程中,在一定温度、压力下,其密度和黏度会发生突变,比热容会出现极值,而杂质会改变突变和极值的对应温度和压力,采用高温、高压下的超临界态输送可以使其管内流动更稳定。     

管道输送CO2准临界特性及安全控制

管输CO2在临界点附近会出现物性参数发生剧烈波动的准临界特性,进而影响管道安全稳定运行。采用密度作为基准参数,拟合出大规模管输CO2密度波动最剧烈处的准临界温度关系式,分析杂质对管输CO2准临界温度关系的影响并提出安全控制方案,以国内首条CO2管道示范工程为实例,提出安全输送操作建议。研究表明：非极性及弱极性杂质将使准临界温度线向低温方向偏移,强极性杂质及水汽将使准临界温度线向高温方向偏移;管输含不同杂质的多组分CO2时,需要采用不同的起始温度、压力,以避免管内工况接近准临界温度线或进入两相区,采用高于14MPa压力输送,管内介质可以保持安全稳定流动。国内首条大规模长距离超临界CO2管道示范工程输送燃煤电厂排放的烟气,需采用输送含非极性杂质CO2对应的安全控制技术。（图4,表1,参18）     

超临界CO2管道输送与安全

通过管道输送超临界CO2是大规模运输CO2最经济、可行的方法,国内目前仅有少量短程气态CO2输送管道,尚无超临界CO2长输管道.介绍了国外超临界CO2管道的发展现状,迄今尚无针对性的管道设计、运行参考标准及管输超临界CO2的质量控制标准.分析了超临界CO2管道腐蚀、橡胶溶胀、泄漏、断裂等影响超临界CO2管道运行安全的因素及控制经验,可为中国未来超临界CO2管道的设计与运行提供参考.国内建设超临界CO2输送管道必然经过人口密集区域,运行风险增大,应予以重视.     

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。     

输气管道中减压波特性预测与研究

高压输送天然气管道一旦发生断裂,进而发生长距离的断裂扩展,往往引起不堪设想的事故.输气管道开裂后,由开裂年向两端各传播一个减压波.减压波速度的最大值(即开裂年的减压波速度)为声速.     

二氧化碳输送管道关键技术研究现状

碳捕集与封存作为减少温室气体排放的重要手段成为全球研究热点，管道运输是该技术得以实施的关键环节。当CO2处于超临界或密相状态时，其具有液体的密度、气体的粘性和压缩性，对于管道运输是最有效率的。由于管输CO2的特殊性质，CO2输送管道与碳氢化合物输送管道存在不同；由于海洋环境的复杂性，CO2海上输送管道与陆地输送管道存在不同。系统总结了实现CO2管道输送需要解决的关键技术问题，着重介绍了CO2输送管道流动保障和延性断裂扩展领域的研究进展，指出CCS作为大规模减少温室气体排放的重要选项，开展与之相关的基础研究十分迫切。（图3，参44）     

超临界CO2管道输送参数的敏感性分析

为了确定有利于超临界CO2管道输送的参数范围,保证安全输送,基于超临界CO2流体作为管输介质与天然气和原油的不同之处,分析了超临界CO2管道输送技术的特殊性,进而通过软件模拟计算,分别研究了不同入口温度、管输流量、总传热系数下管输压力、温度、密度、黏度与输送距离的关系,得到了特定条件下的有效输送距离,不同管输流量对压温及物性的影响规律。结果表明：在研究条件范围内,输送距离超过100km后,CO2由超临界态变为密相,若要保持超临界态输送,需要在每100km范围内设置加热站;管输流量介于200-250t／h之间较理想;总传热系数介于0．84～1．3W／（m2 ℃）之间为宜。该研究属于超临界CO2管道输送基础研究,对于我国形成完整的超临界CO2管道输送系统具有参考价值。（图3,表3,参10）     

氢致微裂纹应力腐蚀损伤管道的寿命预测

管道的断裂损坏常常始于微裂纹,研究微裂纹的形成原因、分布情况、扩展规律、扩展速率和影响因素等对于管道的寿命预测有重要的参考价值。基于损伤力学原理分析了管道应力腐蚀损伤演化模型,根据微裂纹扩张的位能和动能计算式以及能量守恒原理,推导得出氢致微裂纹扩展速率与管道剩余寿命的关系:微裂纹扩展速率与氢压有关,随着氢压的增大而增大。结合实例计算了管输介质H2S和CO2含量对管道剩余寿命的影响规律,结果表明:当管道中同时存在CO2和H2S时,管道腐蚀加剧;当输送压力和其他参数不变时,随着H2S和CO2含量增加,管道剩余寿命逐渐减小。     

超临界二氧化碳管道输送参数的影响因素

为了确定最有利于管道输送的二氧化碳状态,从物理性质出发,分析了密度、运动粘度及质量热容随温度与压力的变化情况,结果表明:二氧化碳处于超临界状态更有利于管道输送.从水力、热力角度出发,应用Hysys软件对二氧化碳处于不同状态时的管道输送情况进行模拟,得到管输压降-管道长度、流体温度-管道长度、热损失-管道长度变化曲线,并计算得出二氧化碳不同状态时的有效管道输送距离.分别对含有氮气和甲烷两种杂质的二氧化碳管输情况进行模拟计算,结果表明:杂质对气态和超临界二氧化碳输送管道基本没有影响,但对液态二氧化碳输送管道影响较大,且在相同条件下,氮气的影响大于甲烷的影响.     

天然产物分离技术

从战略高度认识开发生物质能产业的重要意义；超临界流体萃取天然产物传质模型；超临界二氧化碳流体萃取大黄蒽醌动力学模型；超临界CO2萃取烟草中茄尼醇；艾叶超临界CO2萃取物的抑菌活性研究.     

东方1-1气田CO2长距离管道输送参数优化

从相态控制角度,以东方1-1气田在海南岛陆上终端排放的CO2为例,开展了CO2长距离管输压力和管径的优化研究,并对管道入口压力、入口温度及环境温度等因素进行敏感性分析。结果表明：管输压力对CO2的输送相态具有重要影响,且很大程度上决定管径和壁厚,进而影响管道经济性;管输压力应保持在CO2临界压力之上,在无保温措施的情况下,CO2始终呈高压密相状态（超临界状态或液态）,能保持管道的正常运行;对于东方1-1气田伴生CO2长距离输送方案,推荐管输压力为9MPa或16MPa,管材采用X65钢,不必采取保温措施。（图4,参14）     

输气管道泄漏速率模型研究进展

泄漏量是输气管道泄漏事故后果评价的重要依据。管道泄漏事故发生后,从泄漏处向管道的上下游传递减压波,管道内外巨大的压力差会产生焦耳-汤姆逊效应令气体温度下降,使气体中的重组分冷凝析出,而流量系数的不断变化导致管道内的流场计算更为困难。通过调研现有的输气管道泄漏速率模型,总结了目前泄漏速率模型的研究进展,并分析了各模型的局限性。管道泄漏速率模型多基于计算流体力学建立,其计算精度优于传统模型,但并不能耦合管道全线的水热力参数变化实时计算泄漏速率,因此开发可用于求解长距离输气管道泄漏模型的算法是未来重要的研究方向。     

雅克拉气田集输管道腐蚀预测与防治

针对雅克拉凝析气含CO2高,流速快、强冲刷流体流动造成管道严重腐蚀的现象,对Waard公式和Predict 4两种腐蚀预测模型进行了实例计算与分析,提出了不同模型计算结果所反映的腐蚀状态、腐蚀行为和腐蚀趋势,探讨了在役管道和新建管道两种腐蚀防治对策,通过对比优选制定了雅克拉气田集输管道较为可行的防腐对策.     

管输CO_2含水率计算方法

管输CO_2过程中,含水率是影响管道腐蚀速度的重要指标,为确保管道的安全运行,必须准确计算CO_2的含水率。提出了两种含水率计算方法,分别为简化的热力学模型法和实验数据拟合的经验公式法。简化的热力学模型法利用PR(Peng-Robinson)状态方程计算相关物性参数,采用φ-γ方法对CO_2-H_2O两相体系进行描述;实验数据拟合的经验公式法采用现有的实验数据,拟合气态和超临界态管输CO_2含水率计算经验公式。与文献的实测结果进行对比验证,管输条件下两种方法的计算精确度平均误差分别为1.40%和6.69%,均满足工程计算要求。根据误差分析结果,分别给出了两种方法的适用范围,研究成果对管输CO_2管道的运行管理及其上游处理工艺的设计具有重要意义。     

基于正交试验和神经网络的虫草素超临界CO_2萃取预测

以人工蛹虫草子实体为研究对象,通过数值模拟、正交试验和神经网络相结合的方法,考察多个工艺参数对虫草素超临界CO2萃取的交互作用,建立虫草素超临界CO2萃取的BP神经网络预测模型,对人工蛹虫草子实体中虫草素超临界CO2萃取进行预测和控制。结果表明,萃取压力、萃取温度、萃取时间、乙醇浓度及用量等均对虫草素超临界CO2萃取结果影响较大,并存在交互作用;建立的BP神经网络模型,即5-17-1人工神经网络能很好地预测在超临界CO2萃取中各参数影响下虫草素提取率的变化趋势和给定一组工艺参数下的萃取量,为虫草素超临界CO2萃取控制提供了可靠的依据。     

CO2管道泄漏减压特性与裂纹扩展研究现状及发展趋势

管道适合长距离、大输量的运输，是碳捕集、封存与利用(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术中连接碳源和碳汇的关键环节。但由于CO₂特殊的减压特性，CO₂长输管道在运行过程中发生泄漏后极易产生管材持续性裂纹扩展。为此，从试验、理论研究及数值模拟3个方面综述了国内外对CO₂泄漏减压特性与裂纹扩展方面的研究现状，归纳总结不同状态方程、杂质因素、理论模型对泄漏减压特性的适应性，以及不同规模、初始条件与相态、杂质含量、泄漏方式下泄漏减压的试验成果。进而分析了不同相态、初始条件、管材、杂质含量及种类等因素对裂纹扩展的影响，并对比分析不同的CO₂管道裂纹扩展理论模型及其适用范围，以及裂纹扩展与流固耦合数值模拟方法。最后对未来亟需进一步开展研究的内容进行展望，以期为中国CO₂管道泄漏与裂纹扩展研究提供借鉴，从而促进并提升CCUS安全保障技术水平。(图2，表2，参65)     

不同管径和温压条件下的CO_2管道输送特性

为深入研究CO_2管输特性,以输量为100×104 t/a的CO_2管道工程为例,采用Pipephase仿真软件建模,分别对气相、液相和超临界相3种相态的CO_2在不同管径和温压条件下的输送过程进行模拟。结果表明:气相、液相、超临界相3种管输方式在不同管径下的压降均不大,压降基本只受输送距离的影响;管输CO_2的密度和黏度以气相输送时基本不受输送距离、温度及压力的影响,以液相和超临界相输送时主要受温度影响。管道以气相输送时,应避免在高压和准临界区域运行;以液相输送时,应选择在较高压力下运行;以超临界相输送时,应避免温度压力到达临界点。中长距离、沿线人烟稀少的CO_2管道优先采用超临界相输送;中短距离、沿线人口密度高的CO_2管道优先采用气相输送。     

长输管道稳态气体泄漏率的计算

应用计算流体力学理论给出了长输管道稳态气体泄漏率的计算方法，计算结果表明，给出的新模型是一个通用模型，它包含了孔模型和管道断裂模型，可用于计算不同孔径条件下的气体泄漏率，当管道破坏的孔径较小，为小孔泄漏时，新模型与孔模型计算结果一致，而当管道发生全截面断裂时，则与管道模型计算结果相近，当管道破裂的孔径大于小孔而小于管径时，则采用新模型计算气体泄漏率更符合实际情况。     

超临界CO_2萃取芫荽籽油的数学模型

[目的]优化超临界CO2萃取芫荽籽油的工艺条件。[方法]通过单因子试验考察萃取压力、CO2流量、萃取时间以及萃取温度对芫荽籽油萃取率的影响。利用MATLAB软件,对试验数据进行多元多项式拟合。[结果]对纯粹二次拟合模型进行拟合可信度的F检验,结果表明多项式各项对y线性关系极显著（P〈0.01）,从而确定萃取压力、CO2流量、萃取时间以及萃取温度对萃取率影响的较为合理的拟合模型为纯粹二次多项式模型。将上述二次多项式代入MATLAB的无约束最优化工具,计算出超临界CO2萃取芫荽籽油的最佳工艺条件是：萃取压力21.84MPa,CO2流量33.26 L/h,萃取时间142.90 min,萃取温度42.6℃,该条件下最佳萃取率为12.61%。[结论]超临界CO2萃取芫荽籽油工艺中,萃取压力、CO2流量、萃取时间、萃取温度对萃取率的影响是相互独立的,通过对各工艺条件的改变可以大幅度提高芫荽籽油萃取率。     

印楝种仁粗提物对植物病原菌的抑制作用研究

[目的]研究无公害生物农药的抑菌效果。[方法]通过室内毒力测定,比较印楝种仁的常规溶剂萃取物和超临界CO2萃取物对供试的8种病原菌的抑制作用。[结果]印楝常规溶剂萃取物和超临界CO2萃取物对8种病原菌均有良好的抑制作用,尤其对辣椒疫霉、茄子枯萎、番木瓜炭疽、西瓜蔓枯、香蕉黑星作用明显,其中超临界CO2萃取物抑菌效果比常规溶剂萃取物好,具有萃取时间较短,活性较高,对中、低分子量和非极性化合物有较强的亲和力等特点,但萃取率较常规溶剂低,提取时所耗的原材料多。[结论]印楝种仁超临界CO2萃取物对植物病原菌抑制效果较好,但在实际应用中要根据生产效益来选择适合的萃取物。