M集输管线缓蚀剂分布数值模拟研究

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M管道输送介质高含H2S、CO2,管道存在腐蚀风险,采用连续加注缓蚀剂作为防腐工艺之一。目前,对管道内部缓蚀剂液膜分布情况以及随流动情况变化规律的研究非常少,无法充分发挥缓蚀剂的防腐效果,加注量过低,容易导致腐蚀不受控的情况,缓蚀剂加注量过高导致系统中残余大量缓蚀剂。因此,研究缓蚀剂在集气管道中浓度分布规律,分析影响因素,提出延长缓蚀剂会保护距离的建议或措施,对减缓集输管道腐蚀速率,延长设备使用寿命具有重要意义。主要的研究工作如下:(1)对国内、外缓蚀剂应用、缓蚀剂分布数值模拟研究现状及现场缓蚀剂加注工艺进行调研,总结当前研究存在没有针对流场计算模型建立、缓蚀剂在管内浓度分布数值模拟研究等方面的问题。(2)对缓蚀剂缓蚀机理、成膜机理、缓蚀剂雾化及数值模拟理论相关知识进行分析,采用Gambit软件建立M管道数学几何模型,完成了计算流体域抽取、结构化网格划分,通过Fluent建立有限体积离散方程,选取QUICK差分格式和SIMPLE算法求解控制方程,采用k-ε模型,喷嘴进入管道内的缓蚀剂液滴在天然气中的复杂运动采用DPM模型。(3)M管道当前运行工况下,缓蚀剂从入口进入后,受重力作用,与天然气产生相背离的相对运动,进而逐渐沉降在管道底部,距离入口越远的地方,缓蚀剂沉降越多,在管道下半部分缓蚀剂量越大,在距离入口 10m左右处,管道顶部缓蚀剂浓度基本为0,不能起到有效的保护作用。(4)不同运行工况下,缓蚀剂在管内不同位置的迁移情况为:管输气量增大,缓蚀剂的保护距离增长,缓蚀剂在管道底部的保护距离大于中部和顶部;减小液滴粒径,缓蚀剂在管内的迁移距离随缓蚀剂液滴粒径的减小而延长;喷入速度越高,管道防腐越有利,对管道顶部缓蚀剂的分布影响不大;随着缓蚀剂的加注量增加,管道底部的缓蚀剂浓度增加,对管道中部、顶部缓蚀剂浓度影响不大。(5)提出了延长缓蚀剂保护距离的建议或措施:输气量较小的输气管线,需要根据输气量提高缓蚀剂加入量并优化注入速度,在适宜位置增加注入点,确保缓蚀剂较好的附着在整条管线;输气量大的管线,需要提高缓蚀剂注入速度并优化加注量,根据管线分布情况及腐蚀检测情况,在适当位置增加补充的注入点;进一步改进缓蚀剂加注喷头结构,减小喷嘴直径,降低缓蚀剂液滴粒径。
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