天然气管道投产置换混气段长度的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com。．LAN。GAsTRANsP。RT。N卷TI油号储运{。5天然气管道投产置换混气段长度的研究段威’张健。张硕’刘海萍’1．中国石油天然气股份有限公司西气东输管道分公司，江苏扬州2250092．中国石油天然气股份有限公司中原输油气分公司，山东德州253020摘要：依据扩散基本理论和对流扩散方程建立的对流——扩散模型，推导出混气长度计算公式。利用FLUENT模拟软件对天然气管道的氮气置换过程进行模拟，得出各主要影响因素对混气长度影响的一般规律。根据气体紊流扩散原理，构建天然气管道投产置换实验平台，对不同流速下管道内气体的扩散过程

2、进行实验研究。通过模拟结果与实验结论的对比，获得天然气管道置换过程混气长度的变化规律，为天然气管道投产置换确定合理参数提供了理论依据。关键词：扩散理论；混气长度；影响规律；实验平台；置换参数文献标识码：A文章编号：1006—5539(2012)03—0005—03O前言此间的浓度和压差的作用，导致空气与氮气、氮气与我国天然气工业发展很快，资源与需求均有强劲天然气间发生扩散，且扩散过程复杂，受到管径、介质的上升趋势。特别是近十年来，天然气勘探在四川、鄂流速、置换管道里程等多种因素影响，使氮气的实际尔多斯、塔里木、柴达木和莺琼盆地取得了很大进展1]。需求量变得极为复

3、杂]。针对这一现状，为使天然气管置换投产是输气管道工程建设中的重要程序。投产道投产过程安全可靠，提高置换效率，降低管道投产中，管道的天然气置换是最危险的阶段，管道在施工置换施工费用．有必要对天然气管道投产置换混气段中有可能遗留下石块、焊渣、铁锈等物，在气流冲击下长度的影响规律进行科学、系统研究。与管壁相撞可能产生火花，管内充满天然气与空气的混合物，若在爆炸极限范围内，就会爆炸起火E23。天然1混气段长度的一般影响规律气管道在投产使用前，为避免天然气进入管线时直接根据扩散理论与传质理论可推导出混气段长度与管线中的空气混合发生爆炸，必须采用无腐蚀性、的理论计算公式：

4、无毒害性的惰性气体作为隔离介质，将管线内的空气L^=4LZPe~(1)置换出去_3]。氮气以其不易冷凝、惰性成份纯度高、压1其中d=L／D；÷(1-7)Pe~-力高等特点，成为在长输管道置换中最常用的置换介质_4_。但是，由于氮气置换过程中空气、氮气、天然气彼式中——管线内混气段长度，in；收稿日期：2011-09-11基金项目：西气东输冀宁南段增压工程资助项目(JNZY一2)作者简介：段威(1983一)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，硕士，主要从事天然气管道工程建设相关技术工作。学兔兔www.xuetutu.comIl06l油OILI2012~6月——管线长度

5、，m：——介质流动速度，m／s；g、D——管线直径，m；——置换时间。s。式(1)为对称浓度范围内混气段长度的理论计算赠公式。式(1)表明，混气的多少与管内流速、管线长度、管径等因素有关。为了充分了解各影响因素对混气段长度的影响050100150200250300350管径D／mm规律，采用FLUENT模拟软件对天然气管道氮气置换过程进行数值模拟，得到各因素对混气段长度影响的圈2管径对混气段长度的影响规律一般规律。801．1介质流速对混气段长度的影响7060在管径为0．2m，管线长度为2000m，出口背压50为0．3MPa时。对介质流动速度与混气段长度的关系进4

6、O行数值计算和分析，得出不同速度所对应的混气段长30赠20度见图1。由图1可知，随着介质流动速度的增大，混10气段长度逐渐增大，速度较小时增大较快，速度较大0200400600800100012001400时增长趋势变缓。管线长度L／m∞∞∞∞加∞∞∞∞加图3管线长度对混气段长度的影响规律长度的二分之一次方成正比，这与理论推导的结果相g、一致：管内流速对混气段长度的影响是一个综合作用赵的过程，随着速度的增大，气体进行分子扩散和对流传质越来越激烈，气体混合越充分，混气段长度增长，但赠由于流速越快，置换时间就越短，气体混合时间变少，因此。两者并不呈线性关系，这一点与

7、计算公式相吻合。2实验平台图1介质流动速度对混气段长度的影响规律本实验平台是用来模拟天然气管道的氮气置换1．2管径对混气段长度的影响规律过程。为了充分模拟实际管线的所有特征，实验平台在介质流动速度为1．3rigs，管线长度为2000m，在搭建时采用与实际工程完全相同的设备及管材。在出口背压为0．3MPa时．对管径与混气段长度的关系进综合考虑实验条件和实验效果等因素后，最终确定管行数值计算和分析．得出不同管径所对应的混气段长材选用X70的无缝钢管．规格为DN200。管线长200171，度见图2。由图2可知，其它条件一定的情况下，随着内部做环氧涂层，以10m为单位长

8、度采用蛇形巡回搭管径的增