本文结合国家科技重大专项项目“高含硫气藏安全高效开发技术”下属课题——“高含硫气田集输工艺与安全控制技术”,系统开展高含H2S气田集输管道系统运行风险分析与安全控制技术及应用研究,通过理论分析、数值计算和计算机仿真,在高含H2S湿气管道运行风险影响因素辨识、高含H2S湿气管道稳态及动态运行过程风险特性研究、集输处理工艺过程风险定量评价和管道过程对泄漏影响及泄漏控制研究等方面取得较大研究进展。主要成果总结如下:1高含硫湿气集输管道基本工艺参数风险特性对比天然气湿气管道压力计算方法,计算湿气天然气集输管道压力特性,分析稳态条件下管道压降梯度和温度分布规律,对比不同湿气天然气水气比(WGR)值对压力和温度的影响,并评估水合物堵塞风险。研究天然气流量变化影响因素与天然气组分性质及含量之间的关系。在相同压力条件下,体积流量变化随H2S摩尔含量增加不是单纯的负增长下降趋势,压缩系数和分子量共同影响体积流量的变化。研究高含H2S天然气水合物堵塞风险识别方法,结果表明湿气天然气始终处于过饱和水条件,具有生成水合物的必要条件。对比不同H2S浓度对水合物生成条件的影响,并基于管道压力和温度分布规律分析湿气天然气水合物生成和发生堵塞风险和相关安全问题。2湿气集输工艺过程风险定量评价通过危险可操作分析(HAZOP)分析,系统识别直接影响集气站和出站管道安全平稳运行的各种风险偏差和过程工艺风险,结合动态过程模拟技术,提出基于过程的HAZOP偏差定量化解决方法。针对典型的不可接受过程偏差进行定量模拟分析,研究高压湿气集输工艺过程中的超压风险,并对超压的形式和原因进行分析,计算超压安全泄放量,提出高含硫集气站超压风险分析理论方法和计算过程。对火灾条件下安全阀泄放能力进行定量研究,包括分析高压天然气集输设备火灾发生特点和形式,对不同火灾规模下设备火灾受热导致的超压过程进行模拟,结果表明:火灾导致的超压风险远低于过程超压风险。建立井口水合物抑制剂注入动态模型,得到水合物抑制剂浓度动态变化规律,提出量化注入指标。3非正常生产工况条件下高含硫湿气管道风险特性湿气天然气处于饱和水状态下,在低温和高压下极易形成水合物,稳态条件下可以通过提高温度和水合物抑制剂控制水合物产生,但在启输和停输阶段温度、压力存在大幅度的动态变化,形成水合物并可能带来严重的堵塞和超压风险。利用ACTIVE技术,结合HYSYS和MATLAB偏微分工具PDETOOL,通过建立天然气湿气埋地管道的输送及热传递动态模型,预测管道在启输和停输过程中水合物形成风险。结合实例,对启输及停输过程的管道沿程压力、温度变化特征进行动态模拟,得出非正常运行时,避免水合物生成的安全时间。对不同水气比(WGR)值下的湿气天然气游离水析出特性进行分析。提出基于准力学平衡方程的湿气天然气积液临近流速计算方法,并结合物性计算工具进行计算,分析了该方法的适用性。研究积液形成段塞流后,不同频率下的段塞流特征和产生的管道超压特性,为风险控制提供参考。4高含硫湿气天然气管道过程内腐蚀影响参数分析研究管道运行参数对高含硫湿气管线内腐蚀影响,应用内腐蚀评价技术(ICDA)评价高含硫湿气输送管道风险,分别针对三方面要素展开分析,分析湿气高含硫管道流态和腐蚀速率确定技术路线。定量分析流动参数与腐蚀率间的影响关系,定性讨论了其它与湿气管线内腐蚀分布相关的影响因素。5高含硫天然气管道泄漏过程与控制优化研究通过对两种主要的事故形式——高含硫天然气泄漏导致的硫化氢中毒和气体爆炸事故的研究,利用HYSYS模拟管网运行条件下的各种临界参数条件,估计最大潜在物质量和最坏的后果。通过实例,利用Pasquill-Gifford模型计算最大可能的H2S浓度、利用等效TNT方法估计最坏的爆炸后果,得到死亡和破坏概率曲线,提出基于本质安全的安全控制方法。现有天然气管道的泄漏速率计算基本在两种假设条件下得到,即泄漏压力恒定的稳态泄漏,或紧急关断阀(ESDV)同时关闭后,压力变化的动态泄漏,与实际存在差别。结合管道输送过程,构建基于HYSYS的天然气集输管道泄漏等效模型,就ESD关断顺序和延迟对管道流量和泄漏速率的影响进行了模拟分析。提出基于泄漏、火灾的4级关断控制理论方案,方案采用分级启动,从低级(4级)到全气田关断(1级),并将自动启动与高级人工关断相结合,可有效提高事故快速响应和防止后果扩大。