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基于泄漏扩散后果评价的co2管道截断阀站间距研究

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基于泄漏扩散后果评价的CO2管道截断阀站间距研究

作者：杨柳婷西南石油大学

学位级别：硕士

根据目前对co2长输管道的研究表明,截断阀可以减少泄漏co2的体积,减轻管中流体泄漏对周围人群的危害,降低人身财产损失;同时,截断阀可以减少管道维护的工作量,因此截断阀是确保co2管道运行安全必不可少的一环。但截断阀会增加成本,加大... 详细信息

根据目前对co2长输管道的研究表明,截断阀可以减少泄漏co2的体积,减轻管中流体泄漏对周围人群的危害,降低人身财产损失;同时,截断阀可以减少管道维护的工作量,因此截断阀是确保co2管道运行安全必不可少的一环。但截断阀会增加成本,加大监控和维护的工作量;同时由于截断阀的安全性能较管道低,容易成为整个管道安全管理的薄弱点,并可能遭到雷击。因此,截断阀的间距对于(co2长输管道的安全管理和经济管理都至关重要。本文在调研国内外文献的基础上,通过对(co2长输管道泄漏扩散理论的研究,模型的优选与计算,根据co2对人体的影响推荐了满足安全要求的不同地区等级的co2长输管道阀间距,具体内容如下所示:(1)目前可用于co2建模的较成熟的重气泄漏扩散模型有修正过的高斯模型、Fluidyn-PANACHE CFD模型和PHAST模型。三种模型都能较好模拟C02泄漏扩散,但修正过的高斯模型没有考虑射流的影响,CFD模型计算量大,且两种模型都没有考虑co2泄漏的相态变化,故选择在这三方面有优势的PHAST模型。(2)据实验观测,co2泄漏时会生成干冰,即co2泄漏时会出现气固相态变化。由于传统泄漏仅考虑气液相态变化,所以探讨了 co2泄漏时的气固相态变化对扩散范围产生的影响,结果发现考虑气固相态变化的扩散范围约是不考虑气固相态变化的扩散范围的5倍,故不能忽略co2泄漏时的气固相态变化。(3)分析不同物理参数(压力、管径、泄漏孔和泄漏角)对泄漏扩散结果的影响,得出会产生最大扩散范围的物理条件,即最不利物理条件。再应用模型分析不同环境条件(风速、大气稳定度和相对湿度)对泄漏扩散结果的影响,得出会产生最大扩散范围的环境条件,即最不利环境条件。(4)分别以SLOT(死亡可能性为1%～5%)和SLOD(死亡可能性为50%)数据为边界条件,以最不利物理条件和环境条件为初始条件,计算出满足安全要求的不同地区等级不同人口户数条件下的阀间距。综合参考国内外现有的co2管道的运行参数和相关规范,结合泄漏扩散的理论提出一级地区从安全上考虑并不需要建设阀室,但是为了方便管道维修,可以在便于维修的部位建立阀室。二级地区可以根据相应的户数选择6～50km的阀间距。三、四级地区不推荐建立超临界输送co2管道。

关键词：泄漏扩散阀间距 co2管道

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考虑裂纹闭合效应的co2管道疲劳寿命研究

考虑裂纹闭合效应的CO2管道疲劳寿命研究

作者：温泉大连理工大学

学位级别：硕士

CCS技术是指将co2从相关排放燃烧源捕获并分离出来,输送到油气田、海洋等地点进行长期封存,这样不仅能够阻止或显著减少C02向大气中排放,还可以提高资源(如石油、天然气等)的采收率,产生可观的经济效益。高效安全的C02长距离管道输送技... 详细信息

CCS技术是指将co2从相关排放燃烧源捕获并分离出来,输送到油气田、海洋等地点进行长期封存,这样不仅能够阻止或显著减少C02向大气中排放,还可以提高资源(如石油、天然气等)的采收率,产生可观的经济效益。高效安全的C02长距离管道输送技术是其中不可或缺的重要环节。然而,C02管道在服役中,将受到恶劣外部环境的侵蚀以及内部co2对管道的严重腐蚀作用,除此之外,管道在制作安装过程中,也不可避免会使产生凹痕、裂纹等缺陷。腐蚀缺陷以及裂纹缺陷在co2管道高内压等交变应力的影响下,会逐渐产生扩展,最终引起管道的泄露甚至断裂破坏,这些破坏往往都是无预兆的,一旦发生,产生的危害将会非常的大。因此C02管道的腐蚀疲劳问题值得我们重点关注。通过检测服役中的C02管道,对已发生的疲劳问题合理的做出评估,这一过程有着重要的理论意义以及使用价值。本文针对含有表面半椭圆裂纹的co2管道疲劳寿命预测开展了研究,其主要内容包括：(1)、基于疲劳断裂理论中描述裂纹扩展的经典公式??Paris公式,以及Elber发现的裂纹闭合效应,应用Zahoor提出的关于管道轴向表面半椭圆裂纹的应力强度因子公式,给出了描述管道表面半椭圆裂纹沿管壁厚度方向扩展的Paris公式具体形式。针对特定的裂纹管道,将该公式的计算结果与文献中提供的数据进行对比,验证了该公式的合理性。并根据Newman-Raj u提出的表面半椭圆裂纹扩展轨迹的理论,验证了利用小试样试验得出的Paris公式经过修正后对全尺寸管道疲劳寿命预测的合理性。该公式为含表面半椭圆裂纹的C02管道剩余寿命的评估提供了理论基础,为检测管道泄漏寿命提供了一定的参考价值。(2)、考虑塑性导致的裂纹闭合作用,针对改进后的Paris公式中有效应力强度因子的计算,利用ANSYS有限元软件,建立管道裂纹局部的二维有限元模型,对裂纹区域进行了网格细分处理,计算了管材裂纹在循环荷载作用下的张开应力,计算中分别利用节点逐步释放、监控裂尖节点应力位移等方法模拟裂纹的扩展以及获取裂尖张开、闭合应力。计算结果表明：该程序能较好的模拟出二维裂纹的闭合效应。利用程序计算出的张开应力以及改进后的Paris公式,针对具体的co2管道,计算对比了含表面腐蚀缺陷与不含表面腐蚀缺陷的co2裂纹管道的疲劳寿命。(3)、利用本文改进后的Paris公式,分别讨论了管道壁厚、应力比、腐蚀缺陷大小以及位置等参数对含表面半椭圆裂纹co2管道疲劳寿命的影响。计算结果表明：随着管壁厚度的增加,管道疲劳寿命逐渐增大;随着应力比的提高,裂纹的有效应力逐渐减小,管道的疲劳寿命逐渐增加;随着腐蚀缺陷半径的增大,管道的疲劳寿命逐渐减小;腐蚀缺陷位置的对比则表明,腐蚀缺陷的存在减小管道的疲劳寿命。当d管道疲劳寿命有所增加,当d≥5r时,其影响相对较小,管道疲劳寿命趋于稳定。

关键词： co2管道疲劳寿命 Paris公式裂纹闭合效应 CCS技术

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co2管道泄放过程模拟研究

内蒙古石油化工 2020年第6期46卷 23-25页

作者：荆玉治任柏璋中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院江苏南京210031 中国石化华东油气分公司石油工程监督中心江苏南京

大规模长距离输送co2时往往采用管道输送模式,co2输送管道由于其介质的基础物性特点,使得管道泄放过程存在一定的安全隐患。主要表现为:泄放过程的低温特征、水合物以及干冰堵塞的潜在威胁以及低空聚集引起的窒息危险等。本文从工程实... 详细信息

大规模长距离输送co2时往往采用管道输送模式,co2输送管道由于其介质的基础物性特点,使得管道泄放过程存在一定的安全隐患。主要表现为:泄放过程的低温特征、水合物以及干冰堵塞的潜在威胁以及低空聚集引起的窒息危险等。本文从工程实践角度出发,阐述了co2管道泄放过程的主要参数、泄放量、泄放时间的计算方法,利用HYSYS模拟软件针对泄放过程中的温度场变化进行了模拟计算,得出了温度场变化与管道泄放质量流量之间的关系,最终为co2管道泄放系统设计提供了指导性建议。

关键词： co2管道安全泄放模拟计算

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co2管道泄漏中减压波速度和断裂控制研究

CO2管道泄漏中减压波速度和断裂控制研究

第九届全国压力容器学术会议

作者：郭晓璐闫兴清喻健良大连理工大学化工机械与安全学院

基于co相态分别为气相、密相和超临界的三组工业规模co管道(长258 m,内径233mm)全口径泄放实验,研究了co管道断裂中减压波速度和管道断裂速度的关系,提出了关于co管道的断裂扩展判据。结果表明:气相co减压波速度"压力平台"只出现在靠近... 详细信息

基于co相态分别为气相、密相和超临界的三组工业规模co管道(长258 m,内径233mm)全口径泄放实验,研究了co管道断裂中减压波速度和管道断裂速度的关系,提出了关于co管道的断裂扩展判据。结果表明:气相co减压波速度"压力平台"只出现在靠近管道末端。密相co减压波速度"压力平台"处于密相co快速降压后的饱和压力附近。超临界co减压波速度"压力平台"处于超临界co转变为气液两相的区间。相较于气相和密相co,超临界co的初始减压波速度最小;且对管道安全系数的要求最高。

关键词： co2管道减压波速度断裂速度断裂控制

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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超临界co2管道泄漏扩散危害及研究进展

油气田地面工程 2019年第A1期38卷 9-13页

作者：滕霖李玉星曾克然山东省油气储运安全重点实验室中国石油中亚天然气管道有限公司

碳捕集及封存技术(CCS)作为应对全球气候变暖的重要手段备受关注,连接捕集地和封存地的经济可行的方法是采用超临界管道输送co2,然而超临界co2管道发生泄漏将产生多方面危害。超临界co2管道泄漏有其特殊性,会存在如气固两相流、低温重... 详细信息

碳捕集及封存技术(CCS)作为应对全球气候变暖的重要手段备受关注,连接捕集地和封存地的经济可行的方法是采用超临界管道输送co2,然而超临界co2管道发生泄漏将产生多方面危害。超临界co2管道泄漏有其特殊性,会存在如气固两相流、低温重气扩散、干冰堆积等,因此co2管道的安全问题不容忽视。根据超临界co2泄漏扩散的物理特征将过程分为近场射流膨胀和远场扩散两阶段。对于近场co2多相流动缺少特性研究,没有完整的超临界co2多相泄漏模型,且缺少验证数据;对于远场co2泄漏扩散,现有模型不能完整地模拟co2从泄漏口到远场扩散全过程。为此,需要进一步研究超临界co2泄漏过程的物理机理,研发能够快速计算泄漏事故后果的模型及评估方法。

关键词：碳捕集及封存超临界 co2管道泄漏扩散研究进展

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co_2管道泄压过程流动特性及参数影响

油气储运 2016年第11期35卷 1179-1186页

作者：滕霖李玉星刘敏李顺丽张大同李万莉中国石油大学(华东)/山东省油气储运安全省级重点实验室北京市燃气集团有限责任公司

针对co_2管道放空过程管内参数变化的研究较少,且相关规范对放空无明确要求的问题,分析了co_2管道泄压过程的特殊性,通过建立管内瞬变过程的数学模型,计算了不同输送压力和泄放速率对放空特性的影响。研究表明:管存量随时间的变化规律... 详细信息

针对co_2管道放空过程管内参数变化的研究较少,且相关规范对放空无明确要求的问题,分析了co_2管道泄压过程的特殊性,通过建立管内瞬变过程的数学模型,计算了不同输送压力和泄放速率对放空特性的影响。研究表明:管存量随时间的变化规律呈幂函数形式;高压低温会延长放空时间;各相态co_2在放空过程中存在共同的"相态汇聚区域";密相co_2的放空规律与液态co_2相似;超临界放空将生成干冰;同时,放空速率对管内温降影响不大,但更小的放空速率导致更小的温降速率。因此,建议采用减缓放空阀开启速率、放空管局部加热等措施,实现对设备的保护和防止冰堵的发生。研究成果可为co_2管道的放空方案以及相关规范的制定提供指导。

关键词： co2管道泄压瞬变模型动态开阀流动特性

基于泄漏扩散后果评价的co_2管道截断阀间距确定

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油气储运 2018年第1期37卷 29-34页

作者：彭善碧李涛刘恩斌唐静杨柳婷西南石油大学吉林油田勘察设计院西南油气田分公司

为了保障co_2的输送安全,从co_2泄漏扩散的后果出发,考虑co_2泄漏扩散时的相态变化及重力的影响,利用PHAST软件建立co_2管道的泄漏扩散模型,以最不利工况作为初始条件,计算不同阀间距下的SLOD(致死率等于50%)影响范围,从而确定co_2管道... 详细信息

为了保障co_2的输送安全,从co_2泄漏扩散的后果出发,考虑co_2泄漏扩散时的相态变化及重力的影响,利用PHAST软件建立co_2管道的泄漏扩散模型,以最不利工况作为初始条件,计算不同阀间距下的SLOD(致死率等于50%)影响范围,从而确定co_2管道不同等级地区下的阀间距。结果表明:一级地区从安全考虑并不需要建设阀室,但是为了方便管道维修,可以在便于维修的部位建立阀室;二级地区可以根据相应的户数选择合适的阀间距,但最大不超过60 km;三、四级地区不推荐超临界co_2管道输送。研究成果可为中国co_2管道输送相关规范的制定,以及对co_2管道进行安全评价和事故后果分析提供一定的理论支持。

关键词： co2管道截断阀阀间距泄漏后果评价

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co_2管道工程经济估算模型研究

新技术新工艺 2016年第6期 70-72页

作者：陆争光中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249

为了减少温室气体的排放,国际上掀起了co_2捕捉与封存技术的研究热潮。针对大规模co_2捕捉与封存工程,采用co_2管道输送将是比较经济合理的输送方式。国外在co_2管道工程经济估算方面积累了丰富的经验,但我国co_2管道设计与建设研究尚... 详细信息

为了减少温室气体的排放,国际上掀起了co_2捕捉与封存技术的研究热潮。针对大规模co_2捕捉与封存工程,采用co_2管道输送将是比较经济合理的输送方式。国外在co_2管道工程经济估算方面积累了丰富的经验,但我国co_2管道设计与建设研究尚处于起步阶段,缺乏相应的工程经济估算经验与模型。通过分析co_2管道与常规天然气管道工程经济之间的差异,指出了co_2管道工程经济估算的非常规特性。从管道建设投资、站场费用、运行管理费用以及能耗费用等4个方面,较为系统地研究了国外co_2管道工程经济估算模型,并对我国co_2管道工程经济估算模型的建立提出了相应的建议。

关键词： co2管道经济估算非常规建设投资

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co_2管道输送工艺技术研究

新技术新工艺 2016年第3期 10-13页

作者：陆争光中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室北京102249 城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249

我国的co_2排放量已居世界首位,碳减排压力巨大。为了控制温室气体的排放,co_2捕捉与封存技术呈现出快速发展的趋势,co_2管道输送相关的工艺技术也备受关注。基于纯co_2物性以及管输co_2中杂质的种类与含量,分析了管输co_2中的杂质会对... 详细信息

我国的co_2排放量已居世界首位,碳减排压力巨大。为了控制温室气体的排放,co_2捕捉与封存技术呈现出快速发展的趋势,co_2管道输送相关的工艺技术也备受关注。基于纯co_2物性以及管输co_2中杂质的种类与含量,分析了管输co_2中的杂质会对其混合物性产生的影响规律;从管输相态选择、总体管输工艺、管输co_2杂质预处理、设计压力和流动安全保障等方面,探讨了国内外co_2管道输送工艺技术的发展,并对我国co_2管道输送研究提出了相应的建议。

关键词： co2管道物性相态工艺技术