[發明專利]一種超臨界CO2多級節流裝置及方法

有效

• 申請號: 202010975464.X
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112145974B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 陳建磊;梁海寧;陳霖;劉建武;張艷;范振寧;高帥;杜培恩;李超;馮亞妮;李彤彤;徐志誠;李玉星;胡其會;張楠
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程設計有限公司;中國石油大學（華東）
• 主分類號: F17D3/01
• 分類號: F17D3/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本公開提供一種超臨界CO₂多級節流裝置及方法，涉及管路安全控制技術領域，包括至少一個節流閥和至少一個加熱機構，節流閥和加熱機構依次交替間隔布置，且通過放空管依次串聯并接入輸送管道，通過調節節流閥開度和加熱機構的功率，以使得放空管末端泄放的氣體高于三相點溫度，通過控制輸氣干線內流體壓力變化，維持泄放過程中的溫度，配合多級節流閥，減少單級節流閥前后的溫差，配合加熱結構，泄放放空管內壓力，有效控制干冰生成，達到安全泄放的目的。

技術領域

本公開涉及超臨界CO₂管道安全控制技術領域，特別涉及一種超臨界CO₂多級節流裝置及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

超臨界態CO₂具備密度大、粘度小的特點，呈現類似氣體又類似液體的狀態，國際上絕大多數長距離CO₂管道均采用超臨界態輸送。然而，由于超臨界CO₂管道與長距離輸氣管道同屬于高壓管道，且CO₂與天然氣物性和相特性不同，具有強節流效應，因此CO₂節流存在特殊性以及一定的安全隱患。

發明人發現，管道節流時，管內高壓CO₂將在節流孔口處形成強節流效應，若如圖1中進行直接放空會致使管內溫度場發生驟變，當降至一定壓力和溫度時， CO₂發生相變形成干冰，可能會堵塞管道并嚴重影響管道的正常輸送，此外強烈的低溫也會對管道及附屬設備造成損傷，影響管道的安全泄放。

發明內容

本公開的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種超臨界CO₂多級節流裝置及方法，通過控制輸氣管道內CO₂流體壓力變化，維持泄放過程中的溫度，配合多級節流閥，減少單級節流閥前后的溫差，配合加熱結構，泄放放空管內壓力，有效控制干冰生成，達到安全泄放的目的。

本公開的第一目的是提供一種超臨界CO₂多級節流裝置，采用以下技術方案：

包括至少一個節流閥和至少一個加熱機構，節流閥和加熱機構依次交替間隔布置，且通過放空管依次串聯并接入輸送管道，通過調節節流閥開度和加熱機構的功率，以使得放空管末端泄放的氣體高于三相點溫度。

進一步地，分別調節每一節流閥的開度，分級降至臨界壓力以上，使溫度維持在三相點以上。

本公開的第二目的是提供一種超臨界CO₂多級節流方法，包括以下步驟：

確定節流泄放超臨界CO₂過程不產生干冰的最小吸熱量，計算將將高壓CO₂節流至臨界壓力以上時的溫度；

建立管道節流和孔口節流溫度計算模型，判斷節流后的溫度若低于三相點溫度，則將超臨界CO₂分級將至臨界壓力以上處，維持溫度在三相點溫度以上；

確定各級節流所需的加熱功率，按照臨界壓力比進行參數配置，將超臨界 CO₂節流至大氣壓力。

進一步地，判斷節流后的溫度高于三相點溫度時，確定各級節流所需的加熱功率。

進一步地，按照臨界壓力進行節流壓力設置，計算節流后溫度，根據所需加熱配置加熱功率。

進一步地，所述節流后的溫度包括節流閥節流孔處溫度和放空管內溫度。

進一步地，參考節流級數和臨界壓力比，對節流過程進行控制、對級間加熱進行控制。

進一步地，對于高壓超臨界CO₂放空，采用三級節流，并在相鄰級之間進行加熱。