超临界二氧化碳输送管道关阀水击过程动态仿真及影响因素分析.pdfVIP

２０２５年５月西安石油大学学报（自然科学版）Ｍａｙ２０２５

第４０卷第３期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．３

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３０６４Ｘ．２０２５．０３．０１５中图分类号：ＴＥ８３２

文章编号：１６７３０６４Ｘ（２０２５）０３０１３３１０文献标识码：Ａ

超临界二氧化碳输送管道关阀水击过程

动态仿真及影响因素分析

１２２，３，４，５１３，４，５

陈潜，焦健，邢晓凯，盛绪飞，李欣泽

（１．长江大学石油工程学院，湖北武汉４３０１００；２．中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京１０２２００；

３．中国石油大学（北京）克拉玛依校区工学院，新疆克拉玛依８３４０００；４．新疆多介质管道安全输送重点实验室，

新疆乌鲁木齐８３００００；５．新疆二氧化碳高效利用与封存重点实验室，新疆克拉玛依８３４０００）

摘要：超临界二氧化碳输送管道在关阀等流速急剧变化的工况下会产生水击现象，导致管道超压和发生相变，需对

管道水击工况进行仿真和分析。构建了超临界二氧化碳管道关阀水击动态过程非等温仿真数学模型，基于初始条

件和内外边界条件确定动态仿真模型的定解条件，采用时间递推法和ＮｅｗｔｏｎＲａｐｓｈａｎ算法求解模型。以某超临界

二氧化碳管道系统为例，模拟了关阀前后管道运行参数的时空变化情况，分析了压力、输量、关阀位置、时间、地形

起伏、温度对超临界二氧化碳管道水击过程的影响。将所构建水击动态模型的仿真结果与ＯＬＧＡ软件仿真结果相

比，管道压力和温度最大绝对偏差为０．２７ＭＰａ和１．５１Ｋ；管道运行压力、运行输量、关阀位置和地形起伏对水击过

程管道参数变化及安全性的影响较大。

关键词：水击过程；二氧化碳管道；关阀过程；动态仿真；数值计算方法

ＤｙｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇＦａｃｔｏｒＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷａｔｅｒＨａｍｍｅｒＰｒｏｃｅｓｓ

ｏｆＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＰｉｐｅｌｉｎｅｄｕｒｉｎｇＶａｌｖｅＣｌｏｓｉｎｇ

１２２，３，４，５１３，４，５

ＣＨＥＮＱｉａｎ，ＪＩＡＯＪｉａｎ，ＸＩＮＧＸｉａｏｋａｉ，ＳＨＥＮＧＸｕｆｅｉ，ＬＩＸｉｎｚｅ

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３０１００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＳｔｏｒａｇｅａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫａｒａｍａｙＣａｍｐｕｓｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），ＫａｒａｍａｙＸｉｎｊｉａｎｇ８３４０００，Ｃｈｉｎａ；４．ＸｉｎｊｉａｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｕｌｔｉｍｅｄｉｕｍＰｉｐｅｌｉｎｅＳａｆｅｔｙＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，

ＵｒｕｍｑｉＸｉｎｊｉａｎｇ８３００００，Ｃｈｉｎａ；５．ＸｉｎｊｉａｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＥｆｆｉｃｉｅｎｔＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｔｏｒａｇｅ，ＫａｒａｍａｙＸｉｎｊｉａｎｇ８３４０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｐｉｐｅ