天然气管道投产氮气置换混气规律研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com534赵孟卿等天然气管道投产氮气置换混气规律研究一一0．4+4．0lgRe~2．01lgf(4)B气A气1／／／远方声r万1一一21g、R2．51~)(5)X卜．I式中：为管道绝对当量粗糙度，m；d为管道直_』_lh⋯一kBI一=一径，m；f为范宁摩擦系数。kB=1，kA0kA=k~m-O．5=1，kB=0式(4)适用的范围为3×10≤Re≤10。。在摩0一混气初始接触面；X-计算点距离初始接触面的距离，m；擦系数计算公式中，Colebrook—White公式最为精￡一混气发生段的长度，m：，妇一对

2、流扩散系数，m／s确，式中l厂为隐函数，求解时需采用编程计算。程图1混气过程示意图序运行界面如图2所示(式(5)和式(3)，C十+程和边界条件见式(1)[5]。Builder6．0)。t跨一尼等lf(x，o)一0，o≤≤L(1)Ic(L，￡)一0,t>0【f(0，)一1，>0式中：c为组分的摩尔浓度，mol／m。；为流体速度，m／s；￡为时间，S；尼为对流扩散系数，in／s；其余符号意义见图1说明。式(1)求解的核心是对流扩散系数的确定。当图2程序运行界面图管道流体处于层流状态下时，常采用Taylor层流扩美国天然气研究院(GRI)经过长期对管道内气散系数]，见式(2)

3、。体置换的研究发现，扩散系数不仅与管径、置换流速足一(2)与Re有关，还与施密特数(Sc)有关，如图3所示。式中：le为层流扩散系数，ITI／s；为平均流速，m／s；为分子扩散系数，m。／s；d为管道直径，1TI。然而，在天然气输送过程中天然气常处于紊流懈箍状态下，Taylor层流扩散系数此时不再适用。由于恫窭嬗湍流扩散机理比较复杂，目前还没有一个通用的对流扩散系数求解公式。本文引用3个对流扩散系数的计算公式。当天然气雷诺数(Re)大于2×10时可采用Taylor对流扩散系数计算公式Ⅲ，见式(3)。f-U图3湍流扩散系数与置换流速、管径和施密特数关系图是一10·√寺um

4、r(3)由于空气、氮气和甲烷的sc约为1．0，图3中式中：忌为对流扩散系数，m。／s；f为范宁摩擦Sc=1．0时的曲线可以通过式(6)来描述。系数；为圆管截面的主体平均速度，m／s；r为管g道半径，m。()一(6)式(3)中范宁摩擦系数的选取不同，得到的湍流扩散系数也会有变化。常用的有Goldstein公式[68+8(]×exp[-(1gRe)1．*式中：忌为对流扩散系数，rns；为天然气运(见式(4))和Colebrook—White公式(见式(5))。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com536赵孟卿等天然气管道投产氮气置换混气规律

5、研究式中：P为局部相对压力，Pa；P。为操作压力二维模型的影响较小，然而正确建立置换模型是二(本模拟中设为大气压)，Pa；R为通用气体常数，维置换模型合理与否的关键因素。8．314J／(tool·K)；m为第i种物质的摩尔浓度，参考文献mol／L；M为第i种物质的分子量；T为混气温[1]许玉磊．输气管道“气推气”投产过程混气规律研究EJ]．油气储度，℃。运，2008，27(1)．11—12．粘度使用分子运动论定义流体的粘度，见式[2]刘雪梅，谢萸．输气管道气体置换方案的比较及应用[J]．油气储运，2008，27(1)．47—5O．(11)。[3]邓晓峰，何永春，彭维茂，

6、等．天然气管道氮气干燥置换工艺及实际应用_J]．石油与天然气化工，2O11，40(3)：325—328．．67×10(11)[4]薛继军，张鹏云，王俊奇，等．输气管道投产置换过程气体混合n一n(T)规律研究[J]．天然气工业，2006，26(12)：147—149．个一![53付春丽．海管氮气置换混气规律研究[D]．北京：中国石油大(e／kB)学，2009：11—22．式中：T为混气温度，oC；为第种物质的[6]TaylorGI．Dispersionofsolublematterinsolventflowingslow—分子量；为能量参数，埃(10。m)；e／是为特征长

7、lythroughatubeI-j]．Proc．Roy．Soc．A，1953，219(1137)：186度。￡／志与是该种流体的分子运动论参数，即——203．[7]TaylorGI．ThedispersionofmatterinturbulentflowthroughaLennard—Jones参数。pipe[J]．Proc．Roy．Soc．A，1954(223)：446468．4结论与建议[8]EkambaraK，JoshiJB．Axialmixinginlaminarpipeflows[J]．ChemicalEngineeringSc