低溫甲醇洗兩相流管線計(jì)算

裴瑞瑞（北京華福工程有限公司武漢分公司，湖北武漢430223）

低溫甲醇洗兩相流管線計(jì)算

裴瑞瑞（北京華福工程有限公司武漢分公司，湖北武漢430223）

以低溫甲醇洗的兩相流管線為例，依據(jù)HG/ T20570-95及SH/T3035-2007中的兩相流計(jì)算方法及要求，對工程實(shí)例進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)結(jié)果判斷是否滿足標(biāo)準(zhǔn)中的各要求，并驗(yàn)證并此法計(jì)算的可行性。

流型；壓降；計(jì)算

在化工設(shè)計(jì)中，經(jīng)?？梢杂龅綒怏w和液體混合物在管內(nèi)并流的現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為氣—液兩相流。一般情況下，當(dāng)氣—液混合中氣相在6%-98%（體積）范圍內(nèi)，應(yīng)采用氣—液兩相流的計(jì)算方法來進(jìn)行管路的壓力降計(jì)算。本文依據(jù)HG/T20570-95及SH/T3035-2007中的兩相流計(jì)算方法及要求，對工程實(shí)例進(jìn)行分析計(jì)算。

1　兩相流管線計(jì)算

在某工程項(xiàng)目中，低溫甲醇洗流程中從含硫甲醇閃蒸罐到CO2產(chǎn)品塔的調(diào)節(jié)閥后管線ME-32536-100-1PB3-C為兩相流管線，本文以此管線為例進(jìn)行兩相流計(jì)算。物流數(shù)據(jù)、管道長度及管件數(shù)量見表1。

表1　管線的物流數(shù)據(jù)、管道長度及管件數(shù)量

1.1流型判斷

1.1.1水平管流型判斷

從HG/T 20570-95水平管氣液兩相流型圖中查得，水平管流型為環(huán)狀流，符合流型要求。

1.1.2垂直管流型判斷

從HG/T 20570-95垂直管氣液兩相流型圖中查得，垂直管流型為霧狀流，符合流型要求。

1.2壓力降計(jì)算

在已知流型的情況下，下面分別用均相法和杜克勒法計(jì)算兩相流體的壓力降，取其中的較大值。

1.2.1均相法

氣、液兩相流的壓力降計(jì)算較為復(fù)雜，均相法是力圖簡單化，其特點(diǎn)是假定氣—液兩相在相同速度下流動，將氣—液混合物視為其物性介于液相與氣相之間的均相流。

1.2.1.1均相物性計(jì)算

1.2.1.2壓力降計(jì)算

由相對粗糙度ε/d和雷諾數(shù)Re查圖得摩擦系數(shù)λH=0.0165，根據(jù)此計(jì)算壓力降。

式中局部壓力降是按當(dāng)量長度法計(jì)算，所有管件的當(dāng)量長度Le=（8+30×6+20）d=208d。

1.2.3杜克勒法

此法考慮了氣、液兩相在管內(nèi)并非以同等速度流動的影響，計(jì)算分兩步進(jìn)行。

1.2.3.1試差法計(jì)算液相實(shí)際體積分率KL

由于Z＞10，則班可夫流動參數(shù)（Barkoff）：K=0.75545+ 0.003585Z-0.00001436Z2=0.8355

則液體的實(shí)際體積分率：KL=1-K（1-X）=0.223

計(jì)算出的KL值與原假定的KL值（KL=0.5）不符，應(yīng)重新假定，假定KL=0.21，重新計(jì)算的液相實(shí)際體積分率KL=0.213，與假定的KL值（KL=0.21）相符，因此以KL=0.213計(jì)算兩相流體的壓力降。

1.2.3.2壓力降計(jì)算

氣、液兩相流平均密度的校正密度：

由相對粗糙度ε/d和雷諾數(shù)ReTP查圖得摩擦系數(shù)λH=0.0176中間參數(shù)：

1.2.6靜壓力降ΔPs

1.2.7總壓力降（忽略管兩端的速度壓力降）

兩種方法的計(jì)算結(jié)果：均相法ΔP=0.121MPa，杜克勒法ΔP= 0.071MPa，則此管線的總壓力降取兩者中較大值，即ΔP=0.121 MPa。

工藝要求的進(jìn)出口壓差：ΔP要求=P1-P2=0.186MPa，從計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，ΔP＜ΔP要求，因此此兩相流管線壓力降小于由工藝條件決定的進(jìn)出口壓差。

1.3其它要求

按照SH/T3035-2007規(guī)范的要求，兩相流管線除了流型和壓力降符合要求外，還應(yīng)滿足下列要求：①當(dāng)流量為正常值的50%時(shí)，在垂直向上的管段中不發(fā)生塊狀流；②兩相流的均相流速應(yīng)小于使管壁破裂受到嚴(yán)重侵蝕的流速；③兩相混合物的質(zhì)量流速應(yīng)小于管道出口端的極限質(zhì)量流速。

1.3.1正常負(fù)荷50%流量時(shí)，垂直管流型

從HG/T 20570-95垂直管氣液兩相流型圖中查得，垂直管流型為環(huán)狀流，滿足①的要求。

1.3.2侵蝕流速

由計(jì)算結(jié)果可看出，uH＜u侵蝕滿足②的要求。

1.3.3極限質(zhì)量流速

當(dāng)管道進(jìn)出口端的壓差大于進(jìn)口端絕對壓力的30%時(shí)，總質(zhì)量流速應(yīng)等于或小于極限質(zhì)量流速的0.75倍，計(jì)算見以下內(nèi)容。

從以上計(jì)算結(jié)果可看出，G總＜0.75GC，滿足③的要求。

2　兩相流管線調(diào)整流型方法

在工程設(shè)計(jì)中，一般要求兩相流的流型為分散流和環(huán)狀流，避免柱狀流和活塞流，以免引起管路及設(shè)備嚴(yán)重振動。若選用的管路經(jīng)計(jì)算后柱狀流，應(yīng)在壓力降允許的情況下盡量縮小管徑，增大流速，使其形成環(huán)狀流或分散流。也可采取增加旁路、補(bǔ)充氣體、增大流量等其它辦法避免柱狀流。

3　結(jié)語

通過計(jì)算判斷，可得出依據(jù)HG/T20570-95及SH/T3035-2007的要求對低溫甲醇洗中的兩相流管線進(jìn)行設(shè)計(jì)是可行的，在設(shè)計(jì)中可采取合理措施，使兩相流管線的流型及壓降均滿足要求。

［1］HG/T20570-95，化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)定［S］.

［2］SH/T3035-2007，石油化工裝置管徑選擇導(dǎo)則.

［3］劉衛(wèi)坤.煤制合成氣氣液兩相流管道布置探討［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2006，32（3）.