摘要：[目的]杂质的存在会影响CO_(2)的相平衡性质,进而影响CO_(2)管道输送安全。随着CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)技术的进一步应用,含杂质CO_(2)体系相平衡研究对推广CCUS技术至关重要。[方法]自主设计了一套基于气体、液体可压缩性差异的含杂质CO_(2)体系相特性测量实验装置,可以在-30~50℃范围内测量并计算含杂质CO_(2)体系的泡点压力、露点压力。将实验结果与PR方程、GERG-2008方程、BWRS方程、SRK方程、PRSV方程模拟结果进行对比,分析各方程预测精度。[结果]针对不同比例的N2-CO_(2)二元体系,随N2含量增加,各状态方程对于泡点压力、露点压力的预测精度下降。不同温度区间各状态方程预测精度不同,PR方程在0℃以下的泡点压力、露点压力预测精度较高,在0℃及以上,预测精度下降;GERG-2008方程在0℃以下的泡点压力、露点压力预测精度较低,在0℃及以上,预测精度较高;BWRS方程无明显规律性,但对各体系总体预测精度较低;SRK方程在0℃及以下预测精度较低,在0℃以上预测精度较高;PRSV方程在0℃以下预测精度较低,在0℃及以上预测精度较高。[结论]除BWRS方程无明显规律性外,其他方程在不同温度区间表现出不同的预测精度。状态方程优选建议:针对纯CO_(2),在0℃以下推荐使用PR方程,在0℃及以上推荐使用PRSV方程;对于99.5%CO_(2)+0.5%N2的体系,在-20~20℃范围内,推荐使用PR方程;对于96%CO_(2)+4%N_(2)的体系,在-30~20℃范围内,推荐使用PR方程、PRSV方程。

摘要：[目的]随着“双碳”目标任务持续推进,中国的碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)作为实现大规模碳减排的托底技术迅速发展,作为CCUS产业链中连接上下游的关键环节——CO_(2)管道工程建设也迎来了黄金发展机遇。然而,中国CO_(2)管道工程建设起步较晚,为了推动中国CO_(2)管道工程建设与发展,亟待对CO_(2)管道输送关键难题与核心技术开展系统攻关,并建立CO_(2)管道输送技术标准体系。[方法]基于文献调研对中国CO_(2)管道输送技术发展现状进行梳理评述,从CO_(2)相特性、管输工艺、管道安全、软件仿真、标准规范等方面总结分析了CO_(2)管道输送技术的重要进展,并根据中国的碳源碳汇分布特点对未来CO_(2)管道规划及管输技术发展提出建议与展望。[结果]与欧美国家相比,目前中国长距离超临界CO_(2)管道工程较为欠缺,仅齐鲁石化—胜利油田的密相CO_(2)管道工程建成投产,此外大庆石化、吉林石化CO_(2)管道工程处于初步设计阶段,未来CO_(2)管道工程建设将持续加速。[结论]中国的超临界CO_(2)管道输送已拥有一定的技术储备,但在中试试验的测试及理论模型改进方面仍需继续攻关,同时应加速推动相关技术的工程示范应用,完善CO_(2)管道输送技术标准体系,以期为未来区域千万吨级CO_(2)管道运输网络以及区域间CO_(2)干线管道规划建设提供全面有力支撑。

摘要：[目的]超临界/密相CO_(2)管道是目前长距离运输CO_(2)的主要方式,由于超临界/密相CO_(2)管道维持高压运行,对其管材止裂韧性的计算评估极其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据,然而CO_(2)泄漏涉及跨相态减压过程,导致其减压波传递规律复杂,预测难度增加,影响管材止裂评估。[方法]为研究CO_(2)管道泄漏时减压波的传递规律,搭建了CO_(2)泄漏减压波实验平台,以均相流模型为框架,结合气体状态方程、声速模型及出流速度模型建立了减压波数值计算模型,通过将模型计算结果与实验数据进行对比,验证了模型的准确性,并以此为基础,开展了不同初始温度、压力下的数值计算。[结果]不同相态CO_(2)减压波平台的起始点波速均随压力的升高而升高,随温度的升高而降低。与气态CO_(2)不同,密相和超临界CO_(2)减压波平台的高度均随压力的升高而降低,随温度的升高而升高。温度和压力对减压波平台影响的本质为对初始熵值和密度的影响。减压平台的高度取决于初始熵值,对于气相,初始熵值越低,减压波平台越高;对于密相和超临界相,初始熵值越高,减压波平台越高。无论何种相态,初始密度越高,平台长度越长。[结论]实际工程中应重点关注起点高温高压位置的管道止裂,该实验方法和减压波计算模型可为CO_(2)管道止裂韧性计算评估和管道设计提供理论支撑。

摘要：【目的】工业CO_(2)管道输送一般维持在超临界/密相高压运行,一旦发生管道泄漏,泄漏口附近区域将产生高浓度CO_(2),对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁。目前针对CO_(2)管道泄漏影响范围与安全距离的定量分析相关研究较为欠缺。【方法】为探究超临界/密相CO_(2)管道泄漏扩散规律,并得到不同CO_(2)暴露浓度下的安全距离,采用自主设计的大型CO_(2)管道泄放扩散实验装置,开展不同压力、温度条件下的CO_(2)管道泄放实验,分析泄放后扩散区域的CO_(2)浓度变化规律及典型体积分数下CO_(2)的影响范围。【结果】在实验压力与温度范围内,近泄放口处CO_(2)的体积分数主要受射流作用影响,在所有实验工况中,距泄放口5 m处CO_(2)体积分数最高可达70%,距泄放口10 m处CO_(2)体积分数均低于8%。计算得到距离泄放口5 m处体积分数大于4%的CO_(2)泄放持续时间最长达到125.6 s,随着管内压力的升高,CO_(2)体积分数大于4%的泄放持续时间更久。距离泄放口较远处CO_(2)的体积分数受湍流扩散和环境风速、风向的影响,管内压力在7.5~10.5 MPa时,体积分数4%的CO_(2)扩散的最远距离为32 m;管内运行温度为20~40℃时,体积分数4%的CO_(2)扩散的最远距离为20 m。CO_(2)管道泄放后,扩散区温度也会降低,随着初始压力的升高或管内初始温度的降低,扩散区的温降增大。【结论】管内运行压力越高或管内初始温度越低时,CO_(2)的扩散距离越远,但环境风会影响CO_(2)扩散距离。在工业CO_(2)管道发生泄放后,不仅要根据CO_(2)管道运行状态,还要结合环境风速与风向综合考虑来进行危险区域划定。(图11,表1,参20)

摘要：超临界CO_(2)管道输送是碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)中的重要环节,由于超临界CO_(2)水力热力特性与气液有明显差异,为满足实际CO_(2)管道工艺方案设计要求,需要建立适用于超临界CO_(2)的水力热力计算模型,为CO_(2)管道工艺设计参数选择及方案优选提供理论支撑。基于此,以考虑高程差的管道稳态连续性方程、运动方程、能量方程三大守恒方程为基础,结合相平衡实验选择适宜状态方程计算纯CO_(2)或含杂质CO_(2)的物性参数,采用四阶龙格—库塔法迭代数值求解,通过C++语言采用自适应步长设置来满足实际高程变化影响,自主编程得到了一维非等温考虑地形起伏的超临界CO_(2)管输稳态水力热力计算模型,并分别通过实验和OLGA软件从多个方面验证了模型具有较高的精度。利用建立的模型研究杂质含量及种类对CO_(2)管道稳态输送过程的压降和温降的影响,得到杂质种类对压降和温降的影响规律:O_(2)、N_(2)、H_(2)O、CO、Ar、H_(2)、CH_(4)等杂质对温降数据有相同的趋势,几乎不存在影响;在压降数据上发现H_(2)O杂质会导致压降减少,其余杂质均会造成不同程度的压降增加,影响程度体现为H_(2)>CO>N_(2)>CH_(4)>O_(2)>Ar。结合CO_(2)的独特性质,针对超临界CO_(2)管道稳态运输的计算不应当忽略高程差的影响,同时也应注意杂质导致的温降和压降的变化。