引言为了遏制全球变暖，减少温室气体排放，部分国家提出碳中和概念，大力发展碳捕集、利用和封存(CCUS)技术，并开展了多个示范工程。CCUS技术涉及以下4个过程[1-2]：第一，CO2捕集及纯化，即收集和浓缩的CO2。第二，CO2运输，即将浓缩的CO2输送到指定的封存地点。第三，二氧化碳驱油技术(CO2-EOR)，将CO2注入油气井以提高采收率，或注入煤层获得甲烷，或注入废弃油气田、地下咸水层和海底储存。超临界CO2的溶解能力高于气体状态，与液态的溶解能力相当，但其扩散系数远超液体状态，能够更快地渗透到其他体系，使得在进行CO2驱油时，原油中的轻质部分被抽提，原油和二氧化碳间的界面张力被降低，从而提高了采收率[3]；第四，CO2封存，CO2-EOR是CO2封存的有效路径之一。为更好地进行CO2运输，需要充分了解CO2相态。CO2分为气态、液态、固态、超临界状态和密相状态[3-5]。由CO2相态图可见，超临界、密相区、气态、液态交界点的温度为31 ℃，压力为7.38 MPa[6-8]。目前，液化石油气(LNG)的船运技术比较成熟，也适用于液态CO2的船运；CO2储罐车运输不适用于大规模的CO2运输。在长距离输送过程中，CO2相态容易受到环境温度变化和压降的影响，出现气体状态，长距离输送方式分为低压输送(4.8 MPa)[9]和高压输送(9.6 MPa)，避免CO2在输送过程中发生相态变化[10]。在CO2输送过程中，CO2管道易产生纵向折裂，每隔500 m需加装制动器；当CO2的气体压力由大于8.3 MPa降到大气压时，由于降温效应，局部管道温度可达到-78.9 ℃，此时除了采用特制放空阀外[11]，还可采用逐级变压的方式改善[10]。文中研究CO2的高压输送，讨论不同进口压力和进口温度对超临界-密相输送的影响。1模拟计算1.1网格划分模拟管道输送长度为500 m，管径为355.6 mm。为了更好地研究温度、静压、动压、全压、压降的变化，对网格进行局部加密，网格划分方式如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F001图1网格划分方式1.2数学模型采用Standard k-ε湍流模型；采用SIMPLE算法求解压力-速度耦合方程；动量方程、动能方程均采用二阶迎风格式处理；湍流脉动能方程、湍流耗散率方程均采用一阶迎风格式处理。湍流动能方程的计算收敛误差设定为10-6，连续性方程、运动方程以及其他方程的计算收敛误差均设定为0.001。模拟计算过程中，CO2热物理参数通过激活Fluent 19.0软件中的Nist-real-gas-model调用，取自美国国家标准与技术研究所(NIST)的数据库。2模拟设计数值模拟参照龙安厚[3]等的数据进行，超临界CO2输送的进口参数为：温度分别取40 ℃、50 ℃、55 ℃和60 ℃；压力分别取11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa。输送CO2的管道材质为碳钢，管径为355.6 mm，流量为1 000 kg/h，保温层厚度为0.01 m，环境温度20 ℃。3结果与分析3.1不同进口压力对超临界-密相输送的影响3.1.1不同进口压力下流体温度与管长的关系在超临界-密相输送过程中，不同进口压力下流体温度沿管长方向变化情况如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F002图2不同进口压力下流体温度沿管长方向变化情况由图2可知，进口压力分别为11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa时，管道流体温度差异较大。管道长度小于50 m时，不同进口压力下的流体温度曲线几乎重合；管道长度大于50 m时，进口压力为13 MPa时的流体温度曲线最低，其次为进口压力14 MPa、12 MPa和11 MPa时。3.1.2不同进口压力下流体温度与静压的关系在超临界-密相输送过程中，不同进口压力下静压沿管长方向变化情况如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F003图3不同进口压力下静压沿管长方向变化情况由图3可知，进口压力为11 MPa时，其静压差为1 800 Pa，当进口压力为12 MPa时，其静压差为1 898 Pa，当进口压力为13 MPa时，其静压差为1 900 Pa，当进口压力为14 MPa时，其静压差为1 966 Pa，四种进口压力下静压的差异不大。3.1.3不同进口压力下流体温度与动压的关系在超临界-密相输送过程中，不同进口压力下动压沿管长方向变化情况如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F004图4不同进口压力下动压沿管长方向变化情况由图4可知，进口压力分别为11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa时，动压差异较大。管道长度小于50 m时，进口压力为14 MPa时的动压曲线与进口压力为13 MPa时的动压曲线几乎重合；进口压力为11 MPa时的动压曲线高于进口压力为12 MPa时的动压曲线。管道长度大于50 m时，进口压力为11 MPa时的动压曲线略高于进口压力为12 MPa时的动压曲线，进口压力为12 MPa时动压曲线略高于进口压力为14 MPa时的动压曲线，进口压力为13 MPa时动压曲线最低。3.2不同进口温度对超临界-密相输送的影响3.2.1不同进口温度下流体温度与管长的关系在超临界-密相输送过程中，不同进口温度下温度沿管长方向变化情况如图5所示。由图5可知，管道长度大于50 m时，进口温度为40 ℃和50℃时的流体温度明显小于进口温度为55 ℃和60 ℃时的流体温度；进口温度为55 ℃时的流体温度略小于进口温度为60 ℃时的流体温度；进口温度为50 ℃时的流体温度略小于进口温度为40 ℃时的流体温度；进口温度为50 ℃时的流体温度最小。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F005图5不同进口温度下温度沿管长方向变化情况3.2.2不同进口温度下流体温度与静压的关系在超临界-密相输送过程中，不同进口温度下静压沿管长方向变化情况如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F006图6不同进口温度下静压沿管长方向变化情况由图6可知，进口温度分别为40 ℃、50 ℃、55 ℃和60 ℃时，流体温度差异不大，流体温度沿管长方向变化的曲线几乎重合。3.2.3不同进口温度下流体温度与动压的关系在超临界-密相输送过程中，不同进口温度下动压沿管长方向变化情况如图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.010.F007图7不同进口温度下动压沿管长方向变化情况由图7可知，进口温度为40 ℃和50 ℃时的动压明显小于进口温度为55 ℃和60 ℃时的动压；进口温度为55 ℃时的动压略小于进口温度为60 ℃时的动压；进口温度为50 ℃时的动压最小。4结语超临界状态-密相状态下，进口压力分别取11 MPa、12 MPa、13 MPa和14 MPa，当管道长度大于50 m时，进口压力为13 MPa时的流体温度曲线和动压曲线最低，4种情况下的静压差异不大；进口温度分别取40 ℃、50 ℃、55 ℃和60 ℃，当管道长度大于50 m时，进口温度为50 ℃时的流体温度曲线和动压曲线最低，4种情况下的静压差异不大。在实际的超临界-密相二氧化碳管道输送中，选择进口压力为13 MPa，进口温度为50 ℃。