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西南石油大學研究深水天然氣水合物管道輸送技術

深水天然氣水合物是目前具有廣闊應用前景的非常規(guī)天然氣資源，實現(xiàn)水合物資源開發(fā)、利用的關鍵環(huán)節(jié)是管道輸送技術。輸送過程中，管道內(nèi)的壓力、溫度不斷發(fā)生變化，使得管道內(nèi)出現(xiàn)水合物生長或分解的復雜氣液固三相流動。在管道接近海平面的部位，海水溫度逐漸升高，水合物開始分解可能導致管內(nèi)壓力急劇上升，超過管道的安全運行壓力范圍。另一方面如果管道中天然氣水合物不斷生長并聚并，會導致管路壓力會出現(xiàn)劇烈波動甚至發(fā)生堵塞。

為保證輸送管道的安全性，西南石油大學通過實驗與理論相結合，分析了管流作用下天然氣、水、水合物三相界面之間的傳熱傳質(zhì)特點，以及氣液流速、流型對傳熱傳質(zhì)的影響，建立了多組分氣體水合物生長、分解動力學模型。另外，綜合考慮水合物顆粒的微觀受力和流體對固相的攜帶能力，以及水合物顆粒的生長、分解與管道內(nèi)流速、流型和壓降之間的耦合作用，建立了伴隨水合物顆粒生長、分解、聚集、沉積的氣液固多相管輸模型，定量描述水合物顆粒的發(fā)展過程和三相流動規(guī)律，為深水天然氣水合物輸送管道的設計、運行和管理提供理論與技術支撐。

實驗證明深水天然氣水合物輸送管道的安全性主要考慮水合物堵塞管道的風險大小，當管道外無保溫層時，管內(nèi)最大水合物體積分數(shù)達到35%，超過臨界水合物體積分數(shù)，可能出現(xiàn)水合物堵塞；當管道外有保溫層時，管道內(nèi)最大水合物體積分數(shù)為24%，低于臨界值，因此該情況下水合物堵塞風險較低。因此，提高深水天然氣水合物輸送管道的安全性，除了需要以天然氣水合物生長、分解動力學和氣液固多相流動理論為基礎，對管道參數(shù)進行合理設計，還需要注意管道保溫，有效減小水合物堵塞風險。

張雪琴 編譯自《科學通報》2016年22期

《深水天然氣水合物及其管道輸送技術》原作者李長俊等