【摘要】：隨著世界各國(guó)對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng),開發(fā)高含硫氣田有助于緩解能源緊張的局面,其在整個(gè)天然氣工業(yè)中的地位也將越來(lái)越突出。與常規(guī)天然氣相比,高含硫天然氣不僅具有極強(qiáng)的腐蝕性和劇毒性,還具有特殊的PVT性質(zhì)以及獨(dú)特的相態(tài)變化特征。高含硫天然氣在集輸過(guò)程中,隨著壓力、溫度等條件的變化,溶解在氣體中的元素硫可能會(huì)在集輸管道中以固體顆粒形態(tài)析出并發(fā)生沉積。硫沉積會(huì)造成地面集輸管道出現(xiàn)“硫堵”,引起鋼材的腐蝕,最終影響氣體的正常輸送。因此,研究集輸管道中的硫沉積對(duì)于保障高含硫天然氣安全、高效地集輸至關(guān)重要。本文主要針對(duì)高含硫天然氣集輸管道硫沉積預(yù)測(cè)方法這一問(wèn)題展開研究,主要完成了以下工作： (1)研究元素硫在集輸管道中沉積的機(jī)理有助于弄明白硫沉積發(fā)生的本質(zhì),同時(shí)也是建立集輸管道硫沉積預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)和前提。為此,首先對(duì)元素硫的存在形式、密度、黏度、比熱和凝固點(diǎn)變化規(guī)律等物理性質(zhì)進(jìn)行了定性分析和定量研究。然后對(duì)計(jì)算高含硫天然氣物性參數(shù)的方法進(jìn)行了優(yōu)選,得到：DPR模型結(jié)合WA校正法是計(jì)算高含硫天然氣壓縮因子的最佳方法,同時(shí)BWRS狀態(tài)方程計(jì)算壓縮因子時(shí)也具有較高的精度；Dempsey模型結(jié)合Standing校正法是計(jì)算高含硫天然氣黏度的最佳方法。在此基礎(chǔ)上,明確了硫化氫是元素硫來(lái)源的物質(zhì)基礎(chǔ),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理確定了元素硫的溶解與沉積主要以物理溶解與沉積為主。元素硫的沉積主要考慮溶解度的變化,而壓力、溫度和氣體組分是影響元素硫溶解度的主要因素。 (2)分析評(píng)價(jià)了現(xiàn)有典型預(yù)測(cè)硫在高含硫氣體中溶解度方法的適用性和局限性,在此基礎(chǔ)上,提出運(yùn)用遺傳算法結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)硫在高含硫氣體中的溶解度。設(shè)計(jì)了該模型的計(jì)算步驟,討論了該模型的參數(shù)設(shè)置,并對(duì)該模型進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證,結(jié)果表明遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的精度較高。 (3)根據(jù)水平管道中氣固運(yùn)移特征和氣固兩相流動(dòng)理論,對(duì)管道內(nèi)析出的固體硫顆粒進(jìn)行了受力分析,應(yīng)用固體顆粒群臨界流速計(jì)算模型分析了元素硫固體顆粒在管道中發(fā)生沉積的條件。運(yùn)用FLUENT軟件中的RSM模型和DPM模型研究了析出位置不立即發(fā)生沉積的硫顆粒在直管段、水平彎管以及閥門等處的運(yùn)移沉降規(guī)律,硫顆粒在直管段中的沉積率隨著氣流流速的增大而減小,隨著顆粒直徑的增大而增大；硫顆粒在水平彎管中的沉積率隨氣流流速、顆粒直徑和彎曲比的增大而增大；硫顆粒在閥門處的沉積率隨氣流流速和顆粒直徑的增大而增大,隨閥門開度的增大而減小。 (4)基于(1)～(3)的研究成果,結(jié)合高含硫天然氣集輸管道壓力溫度分布預(yù)測(cè)模型,建立了高含硫天然氣集輸管道硫析出位置、硫沉積條件判定以及硫沉積量計(jì)算的預(yù)測(cè)模型,并運(yùn)用這些模型對(duì)國(guó)內(nèi)某高含硫氣田集輸管道的硫沉積問(wèn)題進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際較為吻合。 【關(guān)鍵詞】：高含硫天然氣 集輸管道 硫沉積 預(yù)測(cè)方法
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE86
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 研究的目的及意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 高含硫天然氣物理性質(zhì)的研究12-13
• 1.2.2 硫在高含硫氣體中溶解度的研究13-16
• 1.2.3 集輸管道中硫顆粒運(yùn)移沉降規(guī)律的研究16
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線16-18
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.2 技術(shù)路線17-18
• 1.4 論文的創(chuàng)新點(diǎn)18-20
• 第2章 元素硫在集輸管道中沉積機(jī)理研究20-41
• 2.1 元素硫的物理性質(zhì)20-24
• 2.1.1 硫的存在形式20-21
• 2.1.2 硫的密度21-22
• 2.1.3 硫的黏度22-23
• 2.1.4 硫的比熱23-24
• 2.1.5 硫的凝固點(diǎn)變化規(guī)律24
• 2.2 高含硫天然氣的物理性質(zhì)24-34
• 2.2.1 高含硫天然氣壓縮因子的計(jì)算24-30
• 2.2.2 高含硫天然氣黏度的計(jì)算30-33
• 2.2.3 高含硫天然氣密度的計(jì)算33-34
• 2.3 硫溶解與沉積機(jī)理及影響因素34-40
• 2.3.1 元素硫的來(lái)源34
• 2.3.2 硫溶解與沉積機(jī)理34-36
• 2.3.3 硫溶解與沉積影響因素36-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第3章 硫在高含硫氣體中溶解度預(yù)測(cè)研究41-58
• 3.1 硫在高含硫氣體中溶解度預(yù)測(cè)方法評(píng)價(jià)41-46
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試41-42
• 3.1.2 理論預(yù)測(cè)模型42-46
• 3.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)硫在高含硫氣體中溶解度46-53
• 3.2.1 數(shù)據(jù)選取與預(yù)處理47-49
• 3.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立49-51
• 3.2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)51-53
• 3.3 基于遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)硫在高含硫氣體中溶解度53-57
• 3.3.1 遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立54-55
• 3.3.2 遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練與預(yù)測(cè)55-56
• 3.3.3 模型精度的驗(yàn)證56-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第4章 硫顆粒在集輸管道中運(yùn)移沉降規(guī)律研究58-84
• 4.1 硫顆粒在管道中沉積的判斷準(zhǔn)則58-66
• 4.1.1 硫顆粒的受力分析59-61
• 4.1.2 硫顆粒懸浮臨界速度計(jì)算模型61-65
• 4.1.3 懸浮臨界速度計(jì)算實(shí)例65-66
• 4.2 管道中硫顆粒運(yùn)移沉降數(shù)值模擬模型66-71
• 4.2.1 氣相模型及控制方程67-68
• 4.2.2 顆粒相模型及控制方程68-69
• 4.2.3 邊界條件69-70
• 4.2.4 模擬參數(shù)選取70-71
• 4.3 直管內(nèi)硫顆粒運(yùn)移沉降數(shù)值模擬實(shí)例71-74
• 4.3.1 物理模型及網(wǎng)格劃分71-72
• 4.3.2 流場(chǎng)分析72
• 4.3.3 硫顆粒運(yùn)移沉降規(guī)律72-74
• 4.4 水平彎管內(nèi)硫顆粒運(yùn)移沉降數(shù)值模擬實(shí)例74-78
• 4.4.1 物理模型及網(wǎng)格劃分74
• 4.4.2 流場(chǎng)分析74-76
• 4.4.3 硫顆粒運(yùn)移沉降規(guī)律76-78
• 4.5 閥門處硫顆粒運(yùn)移沉降數(shù)值模擬實(shí)例78-83
• 4.5.1 物理模型及網(wǎng)格劃分78-79
• 4.5.2 流場(chǎng)分析79-81
• 4.5.3 硫顆粒運(yùn)移沉降規(guī)律81-83
• 4.6 本章小結(jié)83-84
• 第5章 高含硫天然氣集輸管道硫沉積預(yù)測(cè)84-95
• 5.1 集輸管道壓力溫度分布預(yù)測(cè)84-85
• 5.2 集輸管道硫析出位置預(yù)測(cè)85-86
• 5.3 集輸管道硫沉積判定及計(jì)算86-89
• 5.3.1 基本假設(shè)86-87
• 5.3.2 集輸管道硫沉積條件87-88
• 5.3.3 集輸管道硫沉積量計(jì)算88-89
• 5.4 集輸管道硫沉積預(yù)測(cè)實(shí)例分析89-94
• 5.4.1 實(shí)例一89-91
• 5.4.2 實(shí)例二91-94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 第6章 結(jié)論與建議95-97
• 6.1 結(jié)論95
• 6.2 建議95-97
• 致謝97-98
• 參考文獻(xiàn)98-103
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果103

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油田集輸管道腐蝕行為分析    徐寶軍;姜東梅;王金波;楊悅;李雪松;

油氣集輸管道在海洋環(huán)境中的腐蝕與防護(hù)    鞠虹;王君;唐曉;王麗飛;

油田集輸管道腐蝕行為分析    郭海剛;劉小寧;郭逸飛;

塔河油田集輸管道腐蝕機(jī)理及防治    廖崇;

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川中氣礦濕天然氣集輸管道內(nèi)腐蝕預(yù)測(cè)方法研究    劉釗

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聚合物驅(qū)油集輸管道內(nèi)腐蝕機(jī)理研究    馬蔚東

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油田集輸管道CO_2腐蝕規(guī)律和預(yù)測(cè)模型研究    劉偉偉

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