基于V锥流量计的成品油管道顺序输送检测技术研究
随着经济的快速发展,能源需求的进一步提高,我国的成品油管道建设进入了一个高速发展阶段。由于我国的成品油管道建设起步比较晚,加上成品油管道顺序输送的困难和复杂性,与国外相比我国在混油长度计算、混油界面检测、混油处理等方面仍有很大差距,本论文将V锥流量计技术引入到成品油管道顺序输送中,可以解决长期困扰的成品油管道发展的混油段界面检测、混油切割等问题。
本论文运用计算流体力学软件-Fluent软件,对成品油管道中的V锥流量计进行数值模拟,简述了V锥流量计的特点和工作原理,建立成品油管道顺序输送数值模拟模型,分析了V锥流量计在成品油管道中的流场变化情况,利用四边形网格,剖分V锥体模型,在靠近锥体部分的网格进行加密设置,越靠近管道两端,网格越稀疏,利用RNGk-ε紊流模型,得出了混油雷诺数与V锥流量计流出系数的变化规律,总结出管道壁面的表面摩擦力系数与其位置的变化规律,表面摩擦力在分离角点处迅速达到峰值,大大高于其它位置,说明V锥体分离角点的管道壁面承受很大的剪应力。
建立了V锥流量计压力损失数值模拟模型,在保证等效流通面积相同的条件下,模拟了成品油管道中V锥流量计的压力损失变化情况,与孔板流量计相比较,得出了V锥流量计的压力损失是孔板流量计的三分之一还要小一些的结论。同时也得到混油在不同的流速下输送,V锥流量计的压力损失系数变化很小的结论。利用技术经济分析,V锥流量计相比于孔板流量计,可以节约很多的能耗,符合国家的节能减排长期发展方针政策。
论文针对现有顺序输送混油模型计算方法所存在的问题,分析了不同油品顺序输送的混油机理,利用流体紊流特性提出了混油模型的简化方式,经过推导给出了混油量的计算公式,并分别讨论了混油量计算的理论公式和经验公式与现场混油量数值的误差,油品交替时,粘度小的油品顶替粘度大的油品所得的混油量大于交替次序相反时的混油量,两者之比约为1.09。利用简化模型及费克定律推导出混油浓度的基本方程,建立了混油浓度一维和二维数学模型,利用契比雪夫积分法算出管道终端的一维混油浓度,该方法计算出来的混油浓度精确度很高,而且与实际输送时混油浓度分布吻合较好,可以用来指导实际的混油切割。
论文通过介绍成品油管道试运行时油水顺序输送的重要性,引入了顺序输送油水混油段特性分析。分析了差压流量的测量原理,对几种比较典型的流量模型进行了对比研究,借鉴气液两相流中的思想和基本模型,建立了基于V锥流量计的顺序输送油水混油段数学模型,同时在多相流实验台上做实验,利用数据拟合的方法求出模型中的待定系数,得出完整的油水混油段数学模型公式,并通过实验验证了该公式用于测量油水混油段流量是可行的。分析了汽油与水顺序输送的特点,汽油与水只能在激烈搅动的情况下才能充分混合,在汽油、水顺序输送的过程中,由于汽油紊流中心区雷诺数很高,搅动激烈,紊流扩散能力很强,故在紊流中心区形成了真正意义上的混油段-油水混合段。但紧随其后的长长的混油尾段,并非是油水的充分混合。汽油与水顺序输送的特点,不利于用密度法检测混油界面,依据顺序输送油水混油段数学模型,反推了一种新的方法:用混油段参数-含水率来检测混油界面,指导混油切割,检验各种混油切割重要部件的可操作性,为成品油管道的正式运行打下了很好的基础。
混油段界面检测是成品油顺序输送一项非常重要的工序,本论文通过介绍混油段界面检测的重要性,详细叙述了成品油管道顺序输送中基于V锥流量计技术的混油界面检测原理,实验装置和实验步骤,利用稠化水与水、盐水与水分别模拟两组不同油品在管道中进行顺序输送,探讨了粘度和密度对V锥流量计压力差信号的影响,通过对比分析可以得出,利用压力差信号能够检测混油界面的位置和出现时间。
在上述研究的基础上,设计了一套能检测混油界面且实现混油自动切割的专家系统,可以用来指导现场的混油切割操作。
中国石油大学(华东)
博士
油气储运工程
陈保东
2010
中文
TE832.35
101
2010-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）