超临界CO2输送管道中水合物颗粒运动模拟

陈 兵，房启超，徐 源

(西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065)

引 言

在CO2的管道输送环节，超临界/密相被认为是最经济的输送相态[1]。超临界/密相CO2的高密度、低黏度特性使管道输量大，沿程水头损失小，减少了管道中间加压次数与井口加压级数。但超临界/密相CO2的高扩散性、强溶解能力也使管道输送过程风险较大。同时，CO2中的各类杂质极大影响管内流体性质[2-3]，自由水更是会形成水合物。管内水合物不仅会冲刷腐蚀管道内壁[4]，冲刷泵、压缩机等动力设备，而且水合物积聚会造成管道冻堵塞[5-6]。同时水合物在低温管壁积聚，会引起管壁内表面局部电位变化，造成管道局部腐蚀。因而，研究水合物在超临界CO2输送管道中的运动特性很有必要。

颗粒物的研究涉及燃烧、气力输送、燃气开采、通风除尘等众多领域。随着计算流体力学的发展，气固、液固两相流的数值模拟成为可选的研究方法。宋光春等采用Fluent两相流模型，研究水合物沉积特性[7]。李莹玉等以自编译Di-Felice拽力模型研究天然气水合物在管中聚集[8]。袁宝强等采用CFD-DPM和动网格方法，研究锅炉顺排受热面上飞灰颗粒的沉积现象[9]。巨熔冰采用Fluent中DPM模型研究超临界CO2管道弯管冲蚀的问题[4]。可见，数值模拟方法有一定可靠性。本文采用数值模拟的方法，对超临界CO2输送管道中固体颗粒的运动进行初步探究。

1 水合物颗粒形成分析

1.1 水的溶解度

采用管道输送CO2，超临界/密相CO2作为主相流体，其含量要求在95%以上，才能保证输送与油田EOR应用的需要。……