高压天然气管道放空过程产生的低温易造成放空管的损坏,对管道本身安全和周围环境有很大的危害。本论文针对井站50 MPa以上的高压天然气放空过程缺乏有效的物性参数及膨胀温降计算模型问题,采用理论仿真建模与现场实例验证相结合的方法,建立天然气节流工艺参数计算模型、天然气放空管道仿真数学模型,提出有效的模型求解方法,为分析放空管道内天然气流动规律和准确评价放空管道工艺参数提供技术支撑,主要研究工作如下:(1)通过调研国内外放空管路工艺参数计算资料和典型气田井站高压放空管路设计资料及生产数据,分析了高压天然气放空管路工艺节流参数计算的难点。(2)对采用PR、SRK、BWRS等天然气状态方程计算得到的天然气压缩因子、密度、焓、熵等热物性参数进行评价及优选。基于气液两相逸度相等的理论,结合优选出来的BWRS方程,建立了天然气物性参数计算模型和气液相平衡数学模型,并计算了天然气在不同温度、压力下的相态参数,验证了模型的准确性。(3)考虑天然气在放空过程中的壅塞流、临界流和亚临界流状态,建立并求解了天然气放空管道仿真模型,在不同管径、入口压力、出口压力下,研究了天然气在放空管道内的相态变化和流动规律,并计算放空管道内单相、气液两相流动状态下沿线温度、压力等参数。(4)考虑高压放空天然气在节流过程中出现的膨胀温降效应,建立了高温高压天然气节流膨胀温降数学模型,计算了天然气节流膨胀过程12组压缩因子值、6组焓值,通过API数据手册和公开发表的实验数据验证了模型准确性。(5)基于现场实际的放空管路结构和工艺流程,建立了不同井站的放空管路系统仿真模型。利用24组现场实测的天然气放空温度验证了仿真模型的准确性,计算温度和实测温度之间的平均相对偏差为1.79%,满足工程实际要求。(6)基于符合现场生产实际的放空管路系统仿真模型,在设计工况和壅塞流工况下,计算了管道沿程的温度、压力和马赫数,分析了不同井口压力、温度条件下,各井放空管路沿线最低温度,对现有的典型高压放空管线进行工艺参数计算,评价其工艺参数设计的合理性。