管道输送是CO₂陆上大规模长距离输送的主要方式,输送过程可以选择多种相态进行输送,其中超临界态在多种输送方式中较为高效。超临界CO₂的相特性具有特殊性,同时管道在高压运行下的安全问题更为生产过程中所关注,目前对CO₂临界点附近相特性及减压等问题的研究仍处于探索阶段,因此本文针对超临界CO₂相特性,不同相态CO₂节流过程、管道泄漏减压特性、杂质影响规律进行了研究,对完善管输CO₂理论及实际应用具有十分重要意义。对管输CO₂相特性及杂质影响的敏感性进行了研究,通过优选分析以PR方程作为CO₂相平衡及物性参数计算模型,给出密度、粘度、比热等CO₂管输过程中涉及的主要参数变化规律。定义CO₂在密相与超临界相之间变化时,物性参数波动剧烈区域内密度变化最大时对应的温度为准临界温度,给出适用于大规模管输CO₂的准临界温度关系式,避免在正常输送及停输工况下管内参数接近该区域。同时从杂质分子极性角度分析对相平衡、物性参数及准临界特性的影响规律,非极性及弱极性杂质将使准临界温度线向低温方向偏移,强极性杂质将使准临界温度线向高温方向偏移。采用高压密相方式输送含单杂质CO₂时,N2摩尔分数含量限定在10%之内,H2摩尔分数含量限定在4%之内;起始压力高于14 MPa的CO₂输送管道管内介质的密度波动程度对输送过程参数变化影响较小。针对不同相态CO₂节流过程参数变化规律进行研究,基于基本热力学原理设计建造实验装置并进行实验,给出了各相态下CO₂通过节流方式泄放减压过程中主要参数变化规律,同时对管外气云的观测变化规律进行了详细描述。通过实验发现各级节流出口温度随入口温度变化,且呈现先上升并接近主管内CO₂温度而后下降的规律,液态CO₂及含非极性杂质CO₂节流过程产生温降较大,含非极性杂质CO₂实验出口温度相比纯CO₂实验节流出口温度较低,杂质使主管内参数随时间变化速率大于纯CO₂实验主管参数变化速率。较高的初始压力及较低的初始温度将会产生较低的节流出口温度,因而提出通过节流入口增温方式应对CO₂管道节流过程带来的温降问题。通过建立CO₂管道节流过程主要参数变化规律的计算模型及算法,对不同相态CO₂节流特性进行分析,发现模型对超临界态及气态节流过程进行较好预测,根据计算结果给出CO₂节流系数的变化规律及不同相态节流系数的计算公式。对超临界CO₂节流特性进行深入研究,以权重因子表征超临界CO₂节流系数,建立类气液线表征超临界CO₂相特性气液倾向权重平衡,对CO₂超临界区进行定义划分。超临界态CO₂在水力过程为主的简单流道的输送管路中体现低粘度的液体性,在热力过程为主的复杂流道的处理站场及过程设备中体现高密度的气体性。通过对杂质影响规律分析发现,含有非极性杂质的CO₂节流系数比纯CO₂节流系数略大,会使节流后温度进一步降低,极性杂质使节流系数略有减小,有助于提高节流后温度,杂质含量越多,与纯CO₂节流系数相比产生的偏差越大。针对CO₂在泄漏工况下管道内参数变化特性进行研究。通过实验采集泄漏过程管内沿程参数并测定减压波速大小,实验发现泄漏工况下管内最终温度明显高于同工况下节流放空过程最终温度,减压波速度可以通过密度及温度函数关系进行表征。采用特征线法求解管内沿程参数变化规律,结合减压波计算模型归纳减压波速度在泄漏失压工况下变化规律及传播特性,不同工况下CO₂减压波初始速度与初始状态参数有关,液态CO₂在泄漏过程中以微元为单位依次发生相变并以径向截面形式在管内传播,相变截面使液态减压波速在变化过程中出现压力“平台”。给出不同相态CO₂弹性系数计算公式,发现超临界态CO₂弹性系数介于液态及气态之间。通过算例分析在减压波传播影响下,超临界CO₂管道泄漏后管内沿程压力及泄漏口速度变化规律,提出通过控制初始波速、保持介质纯度及注重无气云环境防护等方式实现安全控制目的。