一种超临界二氧化碳长输管道放空立管及放空方法与流程

本发明属于超临界二氧化碳长输管道的安全放空，具体涉及一种超临界二氧化碳长输管道放空立管及放空方法。

背景技术：

1、管道输送具有输送量大、效率高、单位成本低的特点，适用于co2的大规模远距离输送，是ccus中的重要环节。目前大部分依托油田的勘探开发，进行ccus-eor(提高油田采收率)相关的研究和实验，受制于规模和二氧化碳运输成本，二氧化碳一般以本地区转运为主，管道输送特别是长距离管道输送技术运用较少。随着近几年ccus领域技术研究的加快，逐渐有长输管道开始建成或进入立项阶段。超临界或密相co2长输管道的安全放空对管道设计的安全性及完整性起到重要作用，是长输管道设计和建设的一项重要内容。

2、长输天然气管道的紧急放空系统目前一般采用调节阀+放空立管的设计方案。国内基于实验装置研究，在放空系统设计方案中考虑节流温降影响，放空管道前设置缓冲罐，具备加热和介质复温功能，同时考虑将放空管的泄放方向设置一定角度，使co2释放至固定区域。

3、相关放空系统方案均考虑到节流温降对管道安全运行的影响，也对应采取了缓冲加热或多级节流等有效的控制措施，但相关技术在实验条件下，放空初始压力较低，且未对放空立管及放空后的co2扩散相关的安全性等进行研究，鉴于介质的密度较空气重，环境风速较小或因控制温降使得放空速率较小，造成co2放空后不易扩散或聚集，产生安全风险。为此，提出一种超临界二氧化碳长输管道放空立管装置解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供了一种超临界二氧化碳长输管道放空立管及放空方法。本发明的技术方案可有效解决放空后co2的低流速对于落地浓度的影响以及产生的较大范围安全区的问题。本发明的技术方案可以对co2长输管道设计起到技术支撑作用，并对后续管道的建设实施提供安全放空装置方面的有力保障。

2、本发明所提供的技术方案如下：

3、一种超临界二氧化碳长输管道放空立管，包括立管，在所述立管的顶部出口设置有拉瓦尔喷嘴。

4、上述技术方案在放空立管增设拉瓦尔喷嘴，将放空气体通过喷嘴进行加速，使其由低流速流体转化为高速或超音速流体，增加co2气云携带空气的能力，充分稀释co2浓度，在规定的落地浓度安全评估标准下，尽可能缩小安全区的控制范围，降低管道大量co2放空的安全风险。

5、具体的，所述拉瓦尔喷嘴竖向设置。

6、具体的，所述立管的底部依次连通设置调节阀和放空管线。

7、基于上述技术方案，可通过使用调节阀，分阶段进行放空，以提高放空效果。

8、本发明还提供了一种超临界二氧化碳长输管道放空方法，采用超临界二氧化碳长输管道放空立管进行放空。

9、上述技术方案通过增加放空立管出口co2的流速，在放空立管末端增加拉瓦尔喷嘴，通过喷嘴可以显著提升放空介质流速，以最大限度提高泄放后co2云的高度，降低co2落地浓度。

10、进一步的，放空方法包括以下步骤：先后调节所述调节阀为不同的放空压力，对所述放空管线内的超临界二氧化碳进行放空。

11、上述技术方案采用多次分阶段放空，可避免放空后减压产生的低温对管线完整性的影响。

12、具体的：

13、放空前，所述放空管线内的压力为10mpa～15mpa；

14、经过第一次调节所述调节阀进行放空后，所述放空管线内的压力降低至7mpa～12mpa；

15、经过第二次调节所述调节阀进行放空后，所述放空管线内的压力降低至3mpa～7.5mpa；

16、经过第三次调节所述调节阀进行放空后，所述放空管线内的压力降低至0～1.5mpa。

17、具体的，放空过程中，管线温度不低于-30℃。

18、具体的，所述拉瓦尔喷嘴的喷出的co2的流速为306m/s～374m/s。该流速远高于现有技术。

19、具体的，所述拉瓦尔喷嘴的喷出的co2距地面2m高处浓度为18.5mg/m3～111mg/m3。该浓度远低于现有技术。

20、具体的，所述立管的高度为9～11m，所述立管处的地面2米高以下的区域的co2的浓度小于或等于111mg/m3。

21、具体的，所述放空管线内的超临界二氧化碳的指标如下：

22、co2含量：≥99％；水含量：≤10ppm；h2含量：≤7500ppm；h2s含量：≤6ppm；nox含量：≤100ppm；sox含量：≤100ppm。

23、考虑上游气源一般为化工企业或者电厂，下游注入油田区块需要提高采收率的地层。其放空介质组分以含杂质co2为主，不同碳源、不同捕集技术，各杂质组分不尽相同，控制进入长输管道的co2气质要求，可以满足工程实际需要。

24、本发明的有益效果如下：

25、相比于目前co2放空实验装置等相比，本发明在放空系统的放空立管增加拉瓦尔喷嘴，可将放空介质由低流速状态提升至高流速状态，甚至超音速状态，通过拉瓦尔喷嘴优化其内部流体流动和喷射速度，能够在较小的推力下产生更高的比冲，出口处高流速的co2气体能够裹挟更多空气，稀释co2浓度，同时较高的co2锥云能够有效降低落地浓度。该技术可以有效缩减因co2放空对周围建立的安全区范围。

技术特征：

1.一种超临界二氧化碳长输管道放空立管，包括立管(1)，其特征在于：在所述立管(1)的顶部出口设置有拉瓦尔喷嘴(2)。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳长输管道放空立管，其特征在于：所述拉瓦尔喷嘴(2)竖向设置。

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳长输管道放空立管，其特征在于：所述立管(1)的底部依次连通设置调节阀(3)和放空管线(4)。

4.一种超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于：采用权利要求3所述的超临界二氧化碳长输管道放空立管进行放空。

5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于，包括以下步骤：先后调节所述调节阀(3)为不同的放空压力，对所述放空管线(4)内的超临界二氧化碳进行放空。

6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于：放空过程中，管线温度不低于-30℃。

8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于：所述立管(1)的高度为9～11m，所述立管(1)处的地面2米高以下的区域的co2的浓度小于或等于111mg/m3。

10.根据权利要求4至9任一所述的超临界二氧化碳长输管道放空方法，其特征在于：所述放空管线(4)内的超临界二氧化碳的指标如下：

技术总结本发明属于超临界二氧化碳长输管道的安全放空技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳长输管道放空立管及放空方法。该放空立管在立管的顶部出口设置有拉瓦尔喷嘴。该方法采用超临界二氧化碳长输管道放空立管进行放空，并分多次分阶段放空。本发明在放空系统的放空立管增加拉瓦尔喷嘴，通过拉瓦尔喷嘴优化其内部流体流动和喷射速度，能够在较小的推力下产生更高的比冲，出口处高流速的CO<subgt;2</subgt;气体能够裹挟更多空气，稀释CO<subgt;2</subgt;浓度，同时较高的CO<subgt;2</subgt;锥云能够有效降低落地浓度。技术研发人员：欧阳欣,苗青,满建峰,王玉彬,闫锋,聂超飞受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25