水下生产系统关键设备防污技术研究

摘要

近些年来，随着世界各国对于石油资源的需求日益加大，以水下生产系统作为依托的油气资源开采模式凭借其独特的优势，在海洋油气资源开采中越来越多地受到关注。但是水下生产系统在服役期间会出现污损生物附着的问题，可能产生设备管路堵塞、基底腐蚀穿孔等一系列的严重影响，因此对于水下生产系统关键设备的防污技术研究势在必行。本文的研究主要分为以下四个部分： (1)通过控制参数实验，分别研究电极形状与有效氯浓度的关系、槽电压与电解时间和电流密度的关系、有效氯浓度与电解时间和电流密度的关系、电流密度与钙镁沉积物质量的关系，将此实验数据作为后文防污技术研究的理论基础和依据。 (2)开展水下生产系统防污技术方案研究，研制电解海水专用的多路控制器和长寿命阴阳极；基于水下生产系统关键设备防污的要求，对电缆走线和电极连接方式进行设计；利用ANSYS软件对设计的防污设备进行强度校核，并对结构进行必要的加强。 (3)基于相似理论建立流场模型，利用FLUENT软件对有效氯在三维流场中的扩散现象进行数值模拟和仿真，根据实际海洋环境确定选用的多相流模型和湍流模型，通过求解结果分析不同因素对有效氯浓度扩散的影响，分析水下生产系统关键设备的有效保护区域。 (4)搭建实海试验平台，设计并开展实海试验，通过实海挂片试验研究污损生物附着规律和特定浓度的有效氯对于挂片的保护效果；总结上述研究成果，通过实海模型试验综合验证电解海水防污技术的可行性和可靠性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.2.1 海生物污损研究现状

1.2.2 水下生产系统防污研究现状

1.2.3 电解海水防污技术比较

1.3 电解海水防污原理研究

1.3.1 电解海水原理

1.3.2 有效氯防治海生物原理

1.4 本文研究内容

2 电解海水防污控制参数研究

2.1 电解实验平台

2.2 参数的测定与计算

2.2.1 实验室测定有效氯方法

2.2.2 有效氯快速测定设备

2.3 实验与分析

2.3.1 电极形状与有效氯浓度关系

2.3.2 槽电压与电解时间和电流密度关系

2.3.3 有效氯浓度与电解时间和电流密度关系

2.3.4 电流密度与钙镁沉积物质量关系

2.4 本章小结

3 水下生产系统防污技术方案研究

3.1 专用设备研究

3.1.1 多路控制器研制

3.1.2 电解海水长寿命阴阳极研制

3.2 水下设备布置方案研究

3.2.1 电极连接方式

3.2.2 电缆走线

3.2.3 底座设计

3.3 电解防污装置（网）强度校核

3.3.1 ANSYS模型建立

3.3.2 载荷加载

3.3.3 结果与分析

3.3.4 结构加强

3.4 本章小结

4 有效氯在三维流场中扩散数值模拟

4.1 模型相似理论

4.2 fluent数值仿真

4.2.1 模型建立

4.2.2 多相流模型

4.2.3 湍流模型

4.2.4 模型求解流程

4.3 结果与分析

4.3.1 不同因素对扩散的影响

4.3.2 结果分析

4.4 本章小结

5 电解海水防污实海试验研究

5.1 实海挂片试验

5.1.1 试验方案

5.1.2 结果与分析

5.2 实海缩尺比模型试验

5.2.1 试验方案

5.2.2 结果与分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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