海洋平台输油输水管道加药装置水力流场模拟研究

摘要

加注化学药剂是解决管道运输液体时结垢、结蜡及腐蚀等问题的主要方法。为了发挥化学药剂的最佳效果，加注的化学药剂必须与运输的液体均匀混合。然而，由于运输液体的流量、温度和压力以及加药量等均影响加药效果，因此，为了保证化学药剂与运输液体的均匀混合，必须了解混合流场的状态，合理选择加药装置。 本文以某海洋平台输水和输油系统的加药装置为研究对象，通过流场数值模拟方法分析了不同结构加药装置的混合效果。在介绍湍流数值模拟方法、加药装置混合理论及混合效果的评价指标的基础上，应用计算流体动力学(CFD)方法分别对不同结构的加药装置进行了流场模拟研究，结果表明:(1)不使用静态混合器，加药装置难以达到混合均匀，高浓度药剂主要集中在管中心部位，靠近管壁处分布少;(2)不同结构的混合器混合效果亦不同，对左右旋型和螺旋型静态混合器的混合效果模拟表明，在混合开始阶段，即混合距离在900mm以内时，左右旋型静态混合器的混合均匀程度优螺旋型静态混合器;随着混合进行，当混合距离超过900mm时，螺旋型静态混合器混合均匀程度反而优于左右旋型静态混合器;当达到完全混合（即CV≤0.05）时，螺旋型静态混合器所需的混合长度短，在水和油系统中分别为1.15m和1.26m;而左右旋型距离长，在水和油系统中分别为1.55m和1.52m。(3)加药点数量不影响加药的最终混合效果。(4)在四种不同的注入管中，顺流式的羽状管效果略优于其它几种形式，但几种注入管之间的混合效果差别不明显。 本文的研究可为海洋平台加药装置的选型和结构设计提供理论参考。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出与背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 加药装置

1．2．2 水力流场模拟研究现状

1．3 课题的研究内容

第2章 加药装置结构和建模

2．1 加药装置工作过程及系统参数

2．1．1 工作过程

2．1．2 系统参数

2．2 加药装置建模

2．2．1 静态混合器

2．2．2 注入装置建模

2．3 本章小结

第3章 加药装置流场数值模拟方法分析

3．1 湍流数值模拟

3．2 加药装置混合理论

3．3 混合效果的评价指标

3．4 自动加药测量参数原理及影响分析

3．4．1 污垢热阻测量原理

3．4．2 腐蚀速率测量原理

3．4．3 关键水质参数对结垢和腐蚀的影响

3．5 本章小结

第4章 加药装置的混合流场CFD分析

4．1 静态混合器使用前后的CFD模拟分析

4．1．1 静态混合器混合流场CFD模拟分析

4．1．2 静态混合器对加药装置混合效果的影响

4．1．3 静态混合器混合长度分析

4．2 注入装置使用前后的CFD模拟分析

4．2．1 水系统CFD模拟分析

4．2．2 油系统CFD模拟分析

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢