CN117272692B - 一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统 - Google Patents
一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117272692B CN117272692B CN202311548721.1A CN202311548721A CN117272692B CN 117272692 B CN117272692 B CN 117272692B CN 202311548721 A CN202311548721 A CN 202311548721A CN 117272692 B CN117272692 B CN 117272692B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- outlet
- equipment
- sloshing
- disturbance
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 94
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000011112 process operation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 13
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000004540 process dynamic Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Economics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Geometry (AREA)
- Marketing (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统，涉及海洋天然气处理工艺技术领域，该方法包括：建立气液共存设备的实验模型和数值模拟模型，得到第一出口边界条件和第二出口边界条件；建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。本发明通过微观和宏观相结合分析，实现对海上天然气处理工艺晃荡适应性的全面、客观、准确评价。
Description
技术领域
本发明涉及海洋天然气处理工艺技术领域，尤其涉及一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统。
背景技术
随着经济的飞速发展，能源的储备是世界各国都专注的重点项目之一，其中，天然气是能源储备的重点对象。天然气的开采并不仅局限于陆地，海洋是一个非常具有开发潜力的资源宝库，海底蕴含着丰富的天然气资源。目前，海洋天然气的生产尚处于初级阶段，海洋天然气处理工艺具有非常好的发展前景。天然气海上浮式生产储油装置FPSO(Floating Production Storage and Offloading)是广泛应用于海上油气田开发的装置，其作为海上浮式天然气加工处理、储存和外输的大型海上天然气生产基地，功能十分全面，受到了全世界各国油气生产行业的青睐。
然而，天然气FPSO的海洋天然气脱水工艺的上部模块关键设备受到海洋晃动扰动的影响，在该影响下容易引发设备故障等安全风险事故。因此，天然气FPSO该部分模块的关键设备及工艺必须具有良好的海况适应性，对海上天然气处理工艺进行晃荡适应性评价具有重要意义。目前针对海上天然气处理工艺晃动适应性的研究仅是对工艺动态扰动的研究，缺少对海上天然气处理工艺晃荡适应性进行整体分析与评价的研究。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统，采用设备运行扰动分析和工艺动态扰动分析相结合的评价方法，设备运行扰动分析呈现相对微观的视角，是对设备内部流体工质的分布状态、体系压力温度场速度场和传质效果等的分析，而工艺动态扰动分析呈现相对宏观的视角，是对工艺的处理效率、安全运行和经济性（能耗、比功耗和能量损失等）的分析，通过微观和宏观相结合分析，实现对海上天然气处理工艺晃荡适应性的全面、客观、准确评价。
第一方面，本公开提供了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法。
一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法，包括：
建立气液共存设备的实验模型，利用摇摆实验平台对实验模型进行晃动扰动实验，监测实验模型中各设备的运行状态，得到第一出口边界条件，并给出针对各设备的改进策略；
建立气液共存设备的数值模拟模型，基于改进策略进行数值模拟，分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件；
基于第一出口边界条件，建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；
基于第二出口边界条件和优化控制策略，构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。
第二方面，本公开提供了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价系统。
一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价系统，包括：
第一出口边界条件获取模块，用于建立气液共存设备的实验模型，利用摇摆实验平台对实验模型进行晃动扰动实验，监测实验模型中各设备的运行状态，得到第一出口边界条件，并给出针对各设备的改进策略；
第二出口边界条件获取模块，用于建立气液共存设备的数值模拟模型，基于改进策略进行数值模拟，分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件；
设备的晃荡适应性评价模块，用于基于第一出口边界条件，建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；
工艺的晃荡适应性评价模块，用于基于第二出口边界条件和优化控制策略，构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明提供了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统，采用设备运行扰动分析和工艺动态扰动分析相结合的评价方法，设备运行扰动分析呈现相对微观的视角，是对设备内部流体工质的分布状态、体系压力温度场速度场和传质效果等的分析，而工艺动态扰动分析呈现相对宏观的视角，是对工艺的处理效率、安全运行和经济性（能耗、比功耗和能量损失等）的分析，通过微观和宏观相结合分析，实现对海上天然气处理工艺晃荡适应性的全面、客观、准确评价。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例所述海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法的示意图；
图2为本发明实施例所述海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法的整体流程示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
本实施例提供了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法，分为实验和模拟两部分，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤S1、建立气液共存设备的实验模型，利用摇摆实验平台对实验模型进行晃动扰动实验，监测实验模型中各设备的运行状态，得到第一出口边界条件，并给出针对各设备的改进策略；
步骤S2、建立气液共存设备的数值模拟模型，基于改进策略进行数值模拟，分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件；
步骤S3、基于第一出口边界条件，建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；
步骤S4、基于第二出口边界条件和优化控制策略，构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。
通过下述内容对本实施例所提出的海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法进行更详细的介绍。
上述步骤S1中，建立气液共存设备的实验模型，即构建FPSO实验装置仿真模型。在本实施例中，如图2所示，该气液共存设备包括换热器、分离器、塔器，三者作为气液共存体系对晃动扰动最敏感，因此最具有代表性和研究价值。利用摇摆实验平台对换热器、分离器、塔器这三种实验模型进行晃动扰动实验及分析，即将实验模型的各设备置于六自由度晃荡平台，各设备之间采用软管连接，利用该晃荡平台进行晃荡实验。
在进行晃动扰动实验的过程中，利用各种仪表、传感器等，实时监测换热器的物流分配、壳侧偏流和换热系数，监测分离器、塔器的气液相出口质量指标（如脱水吸收塔气相出口的水露点、脱酸吸收塔气相出口的酸性物质的含量和换热器出口的温度等参数）和气液波动状态。其中，物流分配通过测量不同通道的流量，根据流量占比来确定；壳侧偏流通过在换热器进口和出口处测量流量和温度来获取；换热系数通过换热量/换热面积这一计算公式计算获得；气液相出口的质量指标由露点仪和质谱仪测量获得；气液波动状态通过安装传感器来实时监测压力、流量、液位等参数获取。通过监测换热器、塔器、分类器的相关状态参数，采用不同的晃动形式，观察其对扰动的响应情况，并从流动和传质两个角度考察晃动对这些设备的影响，得出出口边界条件。
海洋船舶有六种自由度的晃动形式，包括：纵荡( surge,x方向)、横荡(sway,y方向)、垂荡(heave,z方向)，属于线性运动；横摇(roll,x方向)、纵摇（pitch,x方向〉和艏摇(yaw,x方向)，属于角度运动。采用上述不同的晃动形式，监测并观察上述三个设备对扰动的响应情况，从流动和传质两个角度考察晃动对设备的影响，得出第一出口边界条件。具体的，基于塔器、换热器和分离器在扰动之下气液相出口的流量（以及组分占比、温度、压力）等参数的变化情况，基于参数变化过程拟合生成公式，该公式即为第一出口边界条件。
在本实施例中，以流量计算为例进行介绍。艏摇是指沿着Z轴做α角度的摇动，横摇是指沿着Y轴做β角度的旋转运动，纵摇是指沿着X轴做γ角度的旋转运动，基于角度、/>、/>，将船设定为任意方向，通过将三个矩阵相乘得到旋转矩阵公式R，为：；晃动时的角加速度函数为：/>；/>；上式中，R 0为摇动角度，即角位移，单位为rad；T为平台运动周期，单位为s；t为时间，单位为s；α为角加速度，单位为rad/s2。
进一步的，平台上任一点控制体的加速度公式为：；上式中，l为控制体运动位移，单位为m；/>为控制体距坐标轴水平距离，单位为m；b为控制体距坐标轴垂直距离，单位为m；t为时间，单位为s；T为平移运动周期，单位为s。
当平台晃动时，对设备内的隔离体建模进行简化，其运动方程为：。
由于实验平台运动为非静止和匀速运动，在上述运动方程中增加惯性力项，公式变为：。
基于平衡方程构建上述实验平台的运行方程(或称为运动模型)，当晃荡平台晃动时流体的流量会受到外界扰动的影响，计算模拟仿真模型的物流流量为：；上式中，D为管道直径，单位为m；p为x断面处的平均压力，单位为Pa；v为x断面处的平均速度，单位为m/s；ρ为流体的密度，单位为kg/m3；A为流体流过的横截面积，单位为m2；λ为达西水力摩阻系数；g为重力加速度，单位为m/s2；α为流体流动方向与水平轴夹角，单位为rad；θ为惯性力与流体运动方向夹角，单位为rad；x为控制体距坐标轴水平距离，z为控制体距坐标轴垂直距离，单位为m。
基于上述流量公式，分析塔器、换热器和分离器在扰动之下气液相出口的物流流量变化情况，基于变化过程拟合生成公式，该公式即为第一出口边界条件。进一步的，通过分析设备的温度、压力、液位等参数变化情况，基于变化过程拟合生成公式，得到第一出口边界条件。
同时，根据上述晃荡扰动实验，给出针对分离器、塔器的挡板结构、换热器入口结构和壳侧偏流抑制的改进策略，例如：设置不同的挡板布置方式、挡板形状、挡板材料等。
上述步骤S2中，首先建立气液共存设备的数值模拟模型。具体的，对气液共存设备进行数值模拟，分别对分类器、塔器和换热器进行分析，通过换热相似、几何相似和运动相似，通过HYSYS软件进行液化流程的建模及晃动模拟建立气液共存设备的数值模拟模型，该数值模拟模型表征气液共存设备内部工质流动和组分运移情况。将上述步骤S1中给出的改进策略进行数值模拟，实现在数值模拟模型中，并与上述实验所监测的数据进行验证。
本实施例构建气液共存设备的数值模拟模型，该模型包括换热器、分离器、塔器的相关参数方程，在本实施例中，以换热器、分离器为例进行介绍，其中换热器相关参数方程包括下述换热器连续性方程、能量方程和隔板能量方程。本实施例采用板翅式换热器，板翅式换热器内的热流体通过隔板将热量传递给冷流体，实现流体之间的传热。沿着介质的流动方向温度发生变化，在同一通道内流体的横向传热可忽略，由于其传热特性，在同一截面上的流体的温度、压力、速度分布均匀，无内部环流。则换热器连续性方程为：；换热器能量方程为：/>；隔板能量方程为：；其中，ρ为密度，单位为kg·m-3；u为速度，单位为m·s-1；p为压力，单位为Pa；D为水力直径，单位为m；h为比焓，单位为J·kg-1；Q为换热量，单位为W；c p为比热，单位为J·kg-1·℃-1；A为横截面积，单位为m2；下标h、c、W分别代表热流体、冷流体和隔板；/>、/>、/>分别表示热流体的密度、热流体的比热和热流体的横截面积；z表示为控制体距坐标轴垂直距离，单位为m；t表示时间，单位为s；T表示热流体运动周期，单位为s。
分离器液相质量守恒方程为：；分离器气相质量守恒方程为：/>；分离器能量守恒方程为：/>；上式中，VL为液体体积，单位为m³；ρ L为液体密度，单位为kgm-3；M1L为储罐入口LNG流量，单位为kg/s；Mg气体质量，单位为kg/s；M2L为分离器出口液相流量，单位为kg/s；Vv为气体体积，单位为m³；ρ v为气相密度，单位为kgm-3；M2v为分离器出口气相流量，单位为kg/s；V表示总体积；ρ表示总密度，/>表示液相总焓值；Q为单位时间内分离器漏热传给流体的热量，单位为kW；Qg为气液界面向流体的热流，单位为kW；h1L为入口液体的焓值，单位为kJ/kg；h2v为出口气相焓值，单位为kJ/kg；h2L为出口液相焓值，单位为kJ/kg。
另外，塔器相关参数方程的构建与上述类似。
在此基础上，根据加入的晃动扰动边界条件（即步骤S1中施加的晃动扰动边界条件），分析晃动扰动对设备的影响，探究气液共存设备内部工质的分布情况、压力场、温度场和运行效率等对晃动的适应情况，得到出口某些重要参数如塔器、分离器、换热器进口的温度、流量、压力的扰动情况，从微观角度分析单个设备对晃动的适应能力，进而得到第二出口边界条件。具体的，基于上述数值模拟模型，计算分析得到的塔器、换热器进口各参数如温度、流量、压力的变化过程，拟合生成公式，该公式即为第二出口边界条件。
进一步的，软件模拟中通过改变节流阀开度来控制物流的流量变化，计算出相应的流量变化时节流阀开度的变化值，对应的物流流量的变化函数为：；上式中，Q为晃动时物流的流量；q 0为静止时物流的流量；k为流量变化最大值，单位为Nm3/h；t表示时间；T表示周期。
上述步骤S3中，基于步骤S1得到的第一出口边界条件，利用HYSYS建立工艺流程的动态数值模型，该模型用于描述宏观工艺流程的运行情况。对该工艺流程的动态数值模型施加晃动扰动边界条件，探究工艺流程对扰动的响应情况，即主要监测重要节点和设备的运行情况，包括监测重要节点的压力、温度、流量和出口质量指标等因素，如各级压缩机的进出口压力、天然气进出口流量、出口气体的水露点和烃露点、凝析油的蒸气压等重要指标，以及监测设备的运行情况，从而得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略。举例来说，当流程的压缩机发生喘振，针对这一情况给出优化控制策略，可以设置回流的方法对流程进行改进。通过上述方案使用数学手段对控制逻辑进行优化，提高工艺运行的鲁棒性和效率。
在本实施例中，以设备流量分析为例进行介绍。由惯性力项所引起的设备流量变化为：；/>；上式中，v L为液体流速，v g为气体流速，单位为m/s2；ρ H为均质密度，ρ f为真实密度，单位为kg/m3；β为体积含气率；ρ g为气体密度；ρ L为液体密度，单位为kg/m3；p为x断面处的平均压力，单位为Pa；v为x断面处的平均速度，单位为m/s；A为流体流过的横截面积，单位为m2；θ为惯性力与流体运动方向夹角，单位为rad；x为控制体距坐标轴水平距离，z为控制体距坐标轴垂直距离，单位为m。
基于上述工艺流程的动态数值模型，计算分析得到的工艺流程中设备流量的变化过程，拟合生成公式，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件。
上述步骤S4中，基于步骤S2给出的第二出口边界条件和步骤S3给出的优化控制策略，利用HYSYS构建整体工艺运行的动态数值模型，该模型用于描述整体工艺的运行情况。在进口施加晃动扰动条件，分析工艺对扰动的响应情况，监测重要节点和设备的运行状态，其中，监测重要节点的运行状态包括监测各级压缩机的进出口压力和流量、出口流体的质量指标等状态，监测设备的运行状态包括监测压缩机是否发生喘振、分离器的液位是不是过高等，观察重要节点及设备的参数扰动情况，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。同时，并给出相应的改进措施。本实施例考虑到大型设备实验条件和成本的限制，采用简化的实验和建立数值模型的方式对工艺进行评估，实现对海上天然气处理工艺晃荡适应性的全面、客观评价。
由于天然气液化系统为带压系统，因此在建立数学模型时适用粘性力相似准则以及压力相似准则，将雷诺数及欧拉数推导结果带入流体流动第二定律中可得晃动对处理工艺的影响海况边界条件。具体的，通过下述流量公式计算得到实际系统(即系统原型)的流量，该流量公式为：。
上式中，参数的下标n表示系统原型；D为管道直径，m；p为x断面处的平均压力，Pa；v为x断面处的平均速度，m/s；ρ为流体的密度kg/m3；A为流体流过的横截面积m2；λ为达西水力摩阻系数；g为重力加速度，m/s2；α为流体流动方向与水平轴夹角，rad；θ为惯性力与流体运动方向夹角，rad；x为控制体距坐标轴水平距离，z为控制体距坐标轴垂直距离，m；δ 1为实际系统与模型系统的比例尺；m表示实验模型；T表示周期，单位为s；R 0表示为摇动角度，单位为rad。
基于上述流量，分析流量变化，拟合生成公式，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。
通过上述步骤获取晃动对实验装置和处理工艺的影响海况边界条件，根据该边界条件的区间大小来评估海上天然气处理工艺的晃荡适应性，即通过微观和宏观相结合分析，实现对海上天然气处理工艺晃荡适应性的全面、客观、准确评价。
作为另一种实施方式，本实施例还进行工艺的开停车模拟和进口扰动分析等，从更多的角度考察动态工艺模型的运行情况。
在本实施例中，设备的数值模拟晃动分析中，监测气液相的流动和分布状态、出口的质量指标（如脱水吸收塔气相出口的水露点、脱酸吸收塔气相出口的酸性物质的含量和换热器出口的温度等），考察这些指标对晃动边界条件的响应情况，并得出出口物流参数的绕道情况的边界条件；工艺的动态模拟晃动分析中，则监测工艺的出口质量指标、设备的运行情况，将设备的数值模拟得出的出口边界条件导入到工艺模型中作为扰动的指标，考察工艺的运行对扰动的响应情况。本实施例通过微观和宏观相结合分析，实现对海上天然气处理工艺晃荡适应性的全面、客观、准确评价。
实施例二
本实施例提供了一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价系统，包括：
第一出口边界条件获取模块，用于建立气液共存设备的实验模型，利用摇摆实验平台对实验模型进行晃动扰动实验，监测实验模型中各设备的运行状态，得到第一出口边界条件，并给出针对各设备的改进策略；
第二出口边界条件获取模块，用于建立气液共存设备的数值模拟模型，基于改进策略进行数值模拟，分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件；
设备的晃荡适应性评价模块，用于基于第一出口边界条件，建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；
工艺的晃荡适应性评价模块，用于基于第二出口边界条件和优化控制策略，构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件。
以上实施例二中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (4)
1.一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法，其特征是，包括：
建立气液共存设备的实验模型，利用摇摆实验平台对实验模型进行晃动扰动实验，监测实验模型中各设备的运行状态，得到第一出口边界条件，并给出针对各设备的改进策略；
建立气液共存设备的数值模拟模型，基于改进策略进行数值模拟，分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件；
基于第一出口边界条件，建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；
基于第二出口边界条件和优化控制策略，构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件；
所述监测实验模型中各设备的运行状态，包括：
监测换热器的物流分配、壳侧偏流和换热系数；以及监测分离器、塔器气液相出口的多个质量指标参数和气液波动状态，多个质量指标参数包括脱水吸收塔气相出口的水露点、脱酸吸收塔气相出口的酸性物质的含量和换热器出口的温度；
所述分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件，包括：
获取换热器、分离器、塔器出口的温度、流量、压力的扰动变化数据；
基于获取的数据进行拟合，得到第二出口边界条件；
所述得到晃动对实验装置的影响海况边界条件的过程中，监测重要节点和设备的运行情况，其中监测重要节点的运行情况包括：
监测各级压缩机的进出口压力、天然气进出口流量、出口气体的水露点和烃露点、凝析油的蒸气压；
所述得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件的过程中，监测重要节点和设备的运行状态，包括：
监测重要节点的运行状态包括监测各级压缩机的进出口压力和流量、出口流体的质量指标；
监测设备的运行状态包括监测压缩机是否发生喘振、分离器的液位是否过高。
2.如权利要求1所述的海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法，其特征是，所述气液共存设备包括换热器、分离器、塔器。
3.一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价系统，其特征是，包括：
第一出口边界条件获取模块，用于建立气液共存设备的实验模型，利用摇摆实验平台对实验模型进行晃动扰动实验，监测实验模型中各设备的运行状态，得到第一出口边界条件，并给出针对各设备的改进策略；
第二出口边界条件获取模块，用于建立气液共存设备的数值模拟模型，基于改进策略进行数值模拟，分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件；
设备的晃荡适应性评价模块，用于基于第一出口边界条件，建立工艺流程的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行情况，得到晃动对实验装置的影响海况边界条件，并给出相应的优化控制策略；
工艺的晃荡适应性评价模块，用于基于第二出口边界条件和优化控制策略，构建整体工艺运行的动态数值模型，加入晃动扰动条件，监测重要节点和设备的运行状态，评估整体工艺对扰动的适应能力，得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件；
所述监测实验模型中各设备的运行状态，包括：
监测换热器的物流分配、壳侧偏流和换热系数；以及监测分离器、塔器气液相出口的多个质量指标参数和气液波动状态，多个质量指标参数包括脱水吸收塔气相出口的水露点、脱酸吸收塔气相出口的酸性物质的含量和换热器出口的温度；
所述分析晃动扰动对设备的影响，得到第二出口边界条件，包括：
获取换热器、分离器、塔器出口的温度、流量、压力的扰动变化数据；
基于获取的数据进行拟合，得到第二出口边界条件；
所述得到晃动对实验装置的影响海况边界条件的过程中，监测重要节点和设备的运行情况，其中监测重要节点的运行情况包括：
监测各级压缩机的进出口压力、天然气进出口流量、出口气体的水露点和烃露点、凝析油的蒸气压；
所述得到晃动对处理工艺的影响海况边界条件的过程中，监测重要节点和设备的运行状态，包括：
监测重要节点的运行状态包括监测各级压缩机的进出口压力和流量、出口流体的质量指标；
监测设备的运行状态包括监测压缩机是否发生喘振、分离器的液位是否过高。
4.如权利要求3所述的海上天然气处理工艺晃荡适应性评价系统，其特征是，所述气液共存设备包括换热器、分离器、塔器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311548721.1A CN117272692B (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311548721.1A CN117272692B (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117272692A CN117272692A (zh) | 2023-12-22 |
| CN117272692B true CN117272692B (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=89204710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311548721.1A Active CN117272692B (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117272692B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106204327A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-12-07 | 机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司 | 一种天然气处理装置的适用性评价系统 |
| CN106295012A (zh) * | 2016-08-13 | 2017-01-04 | 大连理工大学 | 考虑晃荡载荷的lng独立c型液货舱结构分析方法 |
| CN107463754A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-12 | 中国海洋石油总公司 | 用于flng装置液化工艺的海上边界条件仿真模拟方法 |
| CN108563853A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-21 | 集美大学 | 一种评估含水平隔板液舱晃荡固有周期的方法 |
| CN108956072A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-12-07 | 中国石油大学(华东) | 一种浮式天然气液化系统海上适应性的试验平台 |
| CN116522488A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-08-01 | 河海大学 | 基于python和c++模拟LNG船运输过程中液舱晃荡的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2627941A1 (en) * | 2010-10-12 | 2013-08-21 | Seaone AG | Methods for storage and transportation of natural gas in liquid solvents |
-
2023
- 2023-11-21 CN CN202311548721.1A patent/CN117272692B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106204327A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-12-07 | 机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司 | 一种天然气处理装置的适用性评价系统 |
| CN106295012A (zh) * | 2016-08-13 | 2017-01-04 | 大连理工大学 | 考虑晃荡载荷的lng独立c型液货舱结构分析方法 |
| CN107463754A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-12 | 中国海洋石油总公司 | 用于flng装置液化工艺的海上边界条件仿真模拟方法 |
| CN108563853A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-21 | 集美大学 | 一种评估含水平隔板液舱晃荡固有周期的方法 |
| CN108956072A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-12-07 | 中国石油大学(华东) | 一种浮式天然气液化系统海上适应性的试验平台 |
| CN116522488A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-08-01 | 河海大学 | 基于python和c++模拟LNG船运输过程中液舱晃荡的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A_New_Device_Structure_Yttria-Stabilized_Zirconia-Based_Mixed_Potential_Gas_Sensor_for_Volatile_Organic_Compounds_Gas_Classification;Bin Wang;《IEEE Electron Device Letters》;1736-1739 * |
| 应用于中国海域的浮式天然气液化装置研究架构;单彤文;;中国海洋平台(第05期);全文 * |
| 海上FLNG气液逆流塔内两相流动与传质特性数值模拟;闫彦;李玉星;张梦娴;韩辉;;中国石油大学学报(自然科学版)(第05期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117272692A (zh) | 2023-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111274747B (zh) | 运动条件下核动力系统管壳式换热器数值模型建立方法 | |
| Li et al. | Multi-field coupling vibration patterns of the multiphase sink vortex and distortion recognition method | |
| CN114510887B (zh) | 一种基于代理模型的海洋条件下大容器液位快速预测方法 | |
| CN111445771B (zh) | 海底洋流模拟装置及其控制方法 | |
| Tang et al. | CFD simulation and experimental study of dry pressure drop and gas flow distribution of the tridimensional rotational flow sieve tray | |
| CN115560938A (zh) | 流致振动试验装置、方法、计算机设备、存储介质和产品 | |
| Mikkelsen et al. | Numerical study of nominal wake fields of a container ship in oblique regular waves | |
| Zhu et al. | Experiment on adaptability of feed gas flow rate and sea conditions on FLNG spiral wound heat exchanger | |
| CN117272692B (zh) | 一种海上天然气处理工艺晃荡适应性评价方法及系统 | |
| Zhao et al. | A case study of hydraulic collecting a single spherical particle | |
| Mao et al. | Flow pattern analysis of the oil-water batch transportation using a wheel flow loop | |
| Liu | A CFD study of fluid-structure interaction problems for floating offshore wind turbines | |
| Yang et al. | Modelling and prediction on the modal and harmonic response of helix tube in large-scale spiral-wound heat exchangers | |
| Lindqvist et al. | Numerical modeling of vortex shedding in helically wound finned tube bundles in cross flow | |
| Фан et al. | Overview of research on heat transfer technology for Reinforcement of shell and tube heat exchanger | |
| Kulinchenko et al. | Modelling a throttling device during separation of moisture from gas flow | |
| Wang et al. | Soft sensing for gas-condensate field production using parallel-genetic-algorithm-based data reconciliation | |
| Heinloo et al. | A model of average velocity in oscillating turbulent boundary layers | |
| CN112162081B (zh) | 风-浪-岩三相全耦合试验系统及试验方法 | |
| Yang et al. | Analysis of factors affecting cooling performance of cooling tower | |
| Cheng et al. | Fully Coupled Aero-Hydrodynamic Simulation of Floating Offshore Wind Turbines with Overset Grid Technology | |
| YANG | Design of wind tunnel (fluid flow analysis) | |
| Cao et al. | Numerical Simulation of Oblique Towing Tests and Rotating Arm Tests for a Submarine Model in Same Grid Topology | |
| Li et al. | CFD study on jet stirred oxidation pond of absorption tower in power plant | |
| Zhao et al. | Simulation and experimental validation of hydraulic collecting in deep-ocean mining |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |