CFD在油气储运工程领域的应用

CFD在油气储运工程领域的应用

罗炳远 刘秀粉 杨 康

青岛武船麦克德莫特海洋工程有限公司 山东 青岛 266500

摘要：油气储运应用技术是目前石油企业开采原油所需要落实的新课题，全面提高油气储运技术，可以有效提高油气储运质量以及效率，避免造成油气泄露等情况，减少油气能源的消耗量，加大对油气自动化技术的推广与应用，实现石油企业对油气储运工程的成本控制，安全控制等。本文主要分析CFD在油气储运工程领域的应用。

关键词：CFD软件；油气储运工程；数值模拟

引言

油气储运是石油、天然气及其他油气副产品的储运和输送环节。 油气储运直接关系到油气行业最终的经济效益，与油气生产、加工、产品运输、储运、产品销售等环节密切相关。

1、CFD软件的简要概述

CFD软件( CFD软件)是指计算流体力学，主要是现代CFD技术上开发的数值模拟软件，模拟实际流体的流动，收集相关数据进行应用开发。计算机力学主要以离散化的数值计算方法为基础，通过电子计算机收集在不同固体边界流动的流体内外的数值变化，并用于分析、实验和模拟测试，解决实践中可能出现的问题。CFD软件是现代流体力学、数值计算和计算机科学技术的结合，而流体力学是油气储运过程中需要解决的关键问题，主要是由于流体具有流动性，可变性，理论具有性和普遍性，可以采用不变理论解决不断变化的流体力学问题；近年来，随着计算机技术的飞速发展，CFD软件的种类逐渐增加，如Fluent、CFX等，灵活性的增加可以结合理论分析和实践研究两方面的特点，利用数值模拟再现流体的流动情况，特别是CFD软件在油气储运领域发展较快，可以用CFD模拟展示油气储运过程，为油气输送行业的应用发展提供研究数据。CFD软件适应性强，使用范围比较广，操作比较简便快捷，所有CFD软件组成部分相似，主要由预处理、求解器、后处理三部分组成，分别对应预处理、求解器、后处理三个处理模块。 其中，预处理器主要起到几何建模和网格生成的作用；求解器用于确定CFD的处理方法，选择离散方法进行离散化，选择数值计算方法输入相关参数；后处理主要用于处理速度场、温度场、压力场和其他不同场的数据可视化和动画化。

2、完善我国油气储运工程应用技术中存在的不足

2.1改善天然气水合物技术的不足

在使用天然气水合物技术的过程中，石油企业虽然可以利用可燃冰实施天然气水合物技术，但是可燃冰在生活中难以寻找，需要在特定的高压情况下，通过利用小分子气体在高温区域中所生成的水合物，从而利用水合物生成可燃冰，根据相关研究，可以在33~78MPa的高压条件下，将温度控制在28℃左右，就可以形成甲烷水合物，随后在380MPa压力环境中，甲烷的水合物温度可以达到50℃左右可以生成可燃冰，通过利用可燃冰加以对天然气水合物技术进行应用，可以有效的减少天然气水合物的生成。水合物的防治过程中存在着一些难度，主要涉及的领域包括油气储运管线，天然气高温高压处理设备等。但是天然气水合物技术在油气储运工程中的应用，使得我国石油企业对天然气水合物的研究提高了重视程度，加强对天然气水合物的高标准挖掘，对天然气水合物技术的应用与发展具有重要性作用。

2.2完善自动化技术的不足

目前，油田在油气开发生产过程中，油气含水量相对较多，油气脱水质量也相对较差，油气中经常出现含水超标情况发生。另外，油气储运过程中一般都会采用泵类进行输送，但是长期的进行油气储运，会严重影响到泵以及其余一些设备的质量，对油气储运工程设施质量造成了严重的影响。因此，需要在利用自动化技术的过程中，实现原油分离目标，并安装各种监控设备，通过利用网络信息技术，对各项参数信息进行及时分析，确保原油质量。同时，在油气储运的过程中，可以对油气的储运压力、温度以及油气黏度进行全面控制，通过利用网络数据信息，对各项油气参数信息进行监督与管理，并对油气参数进行及时的反馈，从而实现油气自动化储运。

3、CFD软件在油气运输行业的应用分析

3.1原油脱水生产管理中的应用

首站原油脱水生产，是通过高效分离器完成原油的脱水，因此分离器的质量直接影响脱水的效果。在未自动化改造前，受到来液不稳和控制装置为传统浮球连杆机构的影响，使得分离器出油含水波动较大，且频繁出现超压和油气带水的问题。引入自动化技术进行设备改造以后，对原有分离器内油水界面、油气界面以及操作压力等参数进行了检测和优化，实现对分离器参数的实时自动化控制，通过准确设定PID控制参数使各项参数能稳定在给定值上，提升了分离器设备的各项指标，使得自动化改造以后的分离器脱水效率大幅提升，同时也减少了加热负荷，使脱水系统能安全稳定的运行。

3.2优化储运参数

在油气储运工程中，不但要有效应用自动化技术，同时还要不断优化储运参数，以提高油气储运的整体效率。在我国的石油与天然气运输中，多是采用的管线运输方式，但是在管线运输过程中难免会出现一些能量损失。而为了避免能量损失，首先应当要对油气能量损失与参数变化之间的内在联系进行科学分析与明确，然后以能量消耗最小为标准来设置自动化系统参数。再者，若想充分发挥出自动化技术的优势，必须要严格控制其精度，确保各项相关参数都在合理范围内。对此，可以应用先进的信息化技术来进一步优化自动化设备参数控制性能，以实现程序的优化和控制能力的提升。

3.3管道泄漏检测技术

油气储运作业中，很容易出现管道泄露的情况，造成油气泄露，导致企业经济亏损和对环境造成污染。在以往的油气储运工作中，工作人员需要对管线质量加以进行检测，虽然一般情况下管线在出现泄露问题后，基本上都可以发现，但是整体的工作质量相对较弱，很容易出现检测不到位的情况。在目前的发展下，如果石油企业依旧采用人工方式对管道泄露问题进行检测，无法保障管道的完整性。在现代化技术的作用下，可以通过利用智能声波技术方式，加强对管线的检测，而且还进一步的强化了油气储运管道防盗预警水平，实现了对油气储运管道运输全面的检测。

3.4在储运监控中的应用

在油气储运的过程中，很难避免资源的损失。为了能够减少油气的损失，可以将自动化技术应用在储运的监控中。具体而言，自动化技术可以以全面监控为基础，获取油气储运过程中原油的温度信息、黏度信息、压力信息等，进而对运输工艺进行优化，实现对加热率的合理调整，减少其对油气的影响。这样可以增强油气储运的经济效益、社会效益，解决储运环节中油气资源损失的问题。

4、油气储运中的发展前景

在油气储运中采用自动化技术不但可以提高生产运输的效率，而且也降低了运输的危险性，确保油气储运全过程的安全可靠。因此，自动化技术在油气储运工程中具有很好的发展前景。近几年来，随着自动化技术的发展，其在油气储运中的应用日益普遍，将自动化技术应用到无人值守油气储运站和区域化管理储运站建设中，不但减少了劳动力，而且也提高了建设管理的效率。在以后的油气储运发展中，采用数据采集和监视控制系统，能对长运输管道油气储运的运营数据进行实时化采集和自动化监督控制，并和管道模拟技术相结合可有效提升油气储运管道的自动化管理水平。

结束语

综上所述，由于油气储运行业与石油化工行业的密切关系，油气储运安全性能等问题受到重视的程度逐渐上升。一方面要满足社会发展日益增长的石油用量，另一方面要实现油气安全生产目标。为此，油气储运相关研究人员充分利用和发挥CFD软件的性能、作用，将其应用于管道设备、管道运行安全、储罐工程，收集相对数据、数值进行高效、低成本的模拟实验，解决目前油气储运过程中存在的问题

参考文献：

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