关键词:
CO_(2)管道
超临界相
经济流速
数学模型
遗传算法
摘要:
【目的】碳捕集、利用及封存技术(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)被广泛视为温室气体减排最佳解决方案之一,而管道输送是大规模、长距离输送CO_(2)的最佳选择。在超临界相CO_(2)管道输送过程中,当管输压力低于临界压力(7.38 MPa)时,CO_(2)会发生相变,导致管道发生冲蚀,影响CO_(2)的稳定输送和管道的安全运行。管道流速会影响CO_(2)管输压力,流速过低会增加压降,导致压力低于临界点,流速过高则会增大摩擦损失,增加能耗。同时,流速与管径密切相关,影响管道建设费用与运行费用。因此,有必要研究超临界相CO_(2)输送管道的经济流速。【方法】以“增压站+管道”组合为研究对象,建立了计算CO_(2)管道经济流速的优化模型。模型以管道年投资总费用为目标函数,约束条件以保持单一相态输送的二氧化碳相态约束为基础,包含管道沿程压力约束、管道强度约束、管道稳定性约束。利用遗传算法对优化模型进行求解。【结果】通过设定一系列经济参数,绘制了超临界相CO_(2)输送管道各标准管径在输量1000~10000 t/d和增压站间距50~150 km情况下的管道年投资总费用与经济流速范围。在输量较小时,管道年投资总费用随管径增大呈现线性增加的趋势,输量不断增加时呈现先降低后升高的趋势;当管径一定时,输量越大其管道年投资总费用越大;管道经济流速随着输量增加呈现波动上升的趋势。同时分析了管材与电价对经济流速的影响。【结论】超临界相CO_(2)输送管道经济流速范围为1.10~2.35 m/s;电价显著影响经济流速,管道材料对经济流速的影响较弱。通过改变实例的运行参数,设计出9种运行方案,运用模型进行评价和优选,得到最优方案,验证了经济流速的准确性。研究结果可为管道优化设计提供参考。