海底天然气水合物水力提升系统参数和提升性能作用规律

徐海良，胡文港，杨放琼

(1.中南大学 机电工程学院，湖南 长沙，410083；2.中南大学 高性能复杂制造复杂制造国家重点实验室，湖南 长沙，410083)

天然气水合物分布广泛，在地球上储量巨大，同时，天然气的燃烧不会像化石燃料一样产生对环境有害的气体，因此，天然气水合物被认为是最具潜力的新型能源，对海底天然气水合物进行开发研究极具应用价值[1-3]。根据海底天然气水合物的特性，研究人员提出了多种开采方式，总体分为3大类[4-5]：第1类是通过在海底改变天然气水合物赋存条件加速天然气水合物分解，然后将天然气收集至海面，其方法包括降压开采法以及热激发开采法；第2类是通过化学反应在海底分解出天然气，其方法包括化学试剂注入法以及 CO2置换法[6-7]；第 3类是将海底固态天然气水合物提升至海面，再进行分解的固态开采法。基于固态开采理论的海底天然气水合物绞吸式开采方案工作原理是：通过采矿车上的切削头将海底天然气水合物破碎成颗粒，在泥浆泵的抽吸作用下，颗粒状的天然气水合物被吸入管道，经过软管进入垂直输送硬管，在矿浆泵的作用下提升至海面进行分解，剩余的废物通过尾矿管排至海底[8-10]。天然气水合物绞吸式开采方案的核心问题之一是固相颗粒通过管道的水力输送问题。CHRISTIAN等[11]研究了长管道输送铁精矿时输送参数对能量利用率的影响；VAN WIJK等[12]使用流化理论分析了垂直水力输送系统稳定性，通过实验证明了该理论的预测结果在一定条件下符合实际情况；……