【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳捕获与封存(ccs)领域。
技术介绍
1、碳捕获与封存(ccs)技术被视为缓解气候变化的重要手段之一。在这种背景下，ccs技术成为了减缓温室气体排放的关键工具之一。ccs的重要性在于它能够在减少二氧化碳排放的同时，允许我们继续利用现有的能源基础设施，从而为向更清洁的能源系统过渡争取时间。随着技术的进步和成本的逐步降低，ccs正变得越来越具有经济吸引力。特别是当考虑到化石燃料的耗竭性以及由此产生的对ccs需求的变化时，这项技术的重要性进一步凸显。
2、目前，与单个管道相比，使用综合管道运输网络可能是运输捕获的co2的最实用和最经济的方式，通过降低资本成本和减少许可问题，从各种排放源(如发电厂和水泥制造业)中进行封存。将不同类型的co2捕获技术(燃烧前、燃烧后和全氧燃烧)应用于不同的co2源(煤、天然气发电以及工业)有可能导致不同质量的co2流被注入运输网络。考虑到各种杂质对ccs性能的许多方面的既定影响，这代表了一个实际的困境。
3、然而，目前的工作要么假设流是纯co2，要么假设流含有杂质，但每个来源的成分是相同的。如上所述，这两种假设都可能低估了整个网络所需的压缩量，因此无法准确预测传输条件和组成。此外，每个来源产生的co的数量将随着时间的推移而变化，这取决于其生产的经济性。在这些不同源条件之间的转换将改变流动行为，即系统中的压降，并导致输送的co2流的组成发生变化。因此，需要一种ccs的多源流动模型，用于预测整个管网和输送到储存地点的整个流动条件。
技术实现思
1、为了准确预测了最终的输送成分和流体条件，本专利技术提出了一种ccs管道输送网络流动条件预测方法。
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，包括以下步骤：
3、步骤1：建立稳态多组分流动模型，基于质量、动量和能量守恒方程，引入darcy摩擦因子和热量传递方程，处理流体在管道中的摩擦损失和与周围环境的热交换，确保对实际流动条件的全面模拟，
4、基于质量、动量和能量守恒方程的非绝热稳态流数学模型：
5、
6、式中，x、d、ρ、h分别为管道的局部坐标、管道直径、流体的密度和焓；u、p、f、qw和θ分别表示流速、流体压力、darcy摩擦系数、管壁热流密度和管道与水平轴的倾斜角；守恒方程也适用于n组分混合物的每个组分i：
7、
8、假设流体是所有组分的均匀混合物，即它是充分混合的，对于直管中的湍流，可以使用colebrook-white方程将darcy摩擦系数计算为雷诺数和管壁相对粗糙度的函数：
9、
10、式中ε为壁面粗糙度，re＝ρud/μ为流动雷诺数，为流体的动粘度；
11、管壁处的热流密度qw由传热方程定义：
12、qw＝α·(tamb-tf)
13、其中tamb和tf分别是管道周围介质的温度和管道内流体的温度；α为总换热系数；对于埋地管道的截面，d0，δins、dsoil分别为管道离地面的外径、保温层厚度和半径深度；
14、对于埋地保温层管道，其总换热系数定义为：
15、
16、式中λw、λins、λsoil分别为管壁导热系数、保温层导热系数和土体导热系数；αf和α0分别是管壁内外两侧的换热系数；
17、步骤2：管道网络中节点的处理，
18、假设节点处的压力、能量和动量损失可忽略不计，仅通过质量、能量和动量守恒方程来连接不同管道段的流动条件；
19、步骤3：数值求解；
20、步骤4：热力学和传输性质的计算。
21、所述步骤2中，对于y形接头的情况，假设压力、能量和动量损失可以忽略不计，质量、动量和能量平衡可分别为：
22、ρ1u1a1+ρ2u2a2＝ρ3u3a3
23、p1＝p2＝p3
24、
25、ρ1u1z1,i+ρ2u2z2,i＝ρ3u3z3,i,i＝1,...,n
26、以上方程可以推广到描述k个管道交界处的条件：
27、
28、pj＝pk,j＝1,...,k-1
29、
30、所述步骤3中，在给定各源入口流量和温度的情况下，管网内流动的求解方法如下：
31、1)根据入口流量和温度猜测网络源处的进料压力；
32、2)使用质量、动量和能量守恒方程的集合，求解段入口处的平衡方程，对于连接点，假设入口压力为p1，即进入其中一根管道末端的压力交界处，以这种方式提供入口流量、成分和温度条件，沿着网络在每个单独的段中依次计算稳态流，沿每个段使用恒定步长的隐式欧拉方法求解，；
33、3)网络源处的压力迭代直到每个节点满足约束，使用微分代数求解器dass。
34、所述步骤4中，采用体积调整的peng-robinson方程混合规则，描述混合物在不同温度和压力下的相行为，并确定流体的相态；利用nist thermophysical数据库中的数据，根据流体的密度、温度和组成计算传输性质。
35、本专利技术提供了一个多源流动模型，能够准确预测整个管道网络中的流动条件，包括压力、温度、流体相态和二氧化碳组成，直至输送至储存点。该模型考虑了现有模型中被忽略的管道的高度变化及源端流量周期性变化，如燃煤电站生产调整对流量的影响；其次，本专利技术模型能够处理不同来源的二氧化碳流中存在的不同杂质及其水平，这对准确预测最终输送的二氧化碳组成和流体条件至关重要，有助于避免由杂质引起的管道物理化学反应问题，如韧性断裂、脆性断裂和腐蚀，同时减少存储过程中的容量损失和注入性问题，有助于提升ccs技术的经济性和可行性。
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1.一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：所述步骤2中，对于Y形接头的情况，假设压力、能量和动量损失可以忽略不计，质量、动量和能量平衡可分别为：
3.根据权利要求1所述的一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：所述步骤3中，在给定各源入口流量和温度的情况下，管网内流动的求解方法如下：
4.根据权利要求1所述的一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：所述步骤4中，采用体积调整的Peng-Robinson方程混合规则，描述混合物在不同温度和压力下的相行为，并确定流体的相态；利用NIST Thermophysical数据库中的数据，根据流体的密度、温度和组成计算传输性质。
【技术特征摘要】
1.一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：所述步骤2中，对于y形接头的情况，假设压力、能量和动量损失可以忽略不计，质量、动量和能量平衡可分别为：
3.根据权利要求1所述的一种碳捕获与封存管道输送网络流动条件预测方法，其特征在于：所述步骤3中...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，李松达，谭煦滢，刘俐利，朱浩祎，刘少军，徐萍，李长娟，吴爽，李磊，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司，
类型：发明
国别省市：
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