起伏濕氣管道持液率影響研究綜述

張碧波 劉姝, 李洋 趙偉東 康林（.西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川瀘州646000；.重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶4033）

0 引言

對于是濕氣管道中積液會在管道的較大落差低洼段形成，伴隨運行時間的延長，大落差低洼管段的持液率不斷增大，積液進(jìn)而會擴(kuò)展到其他位置的起伏管段，并最終以段塞流的形式存在，探索起伏濕氣管道內(nèi)的持液率，對預(yù)防管道積液和提高管道輸送效率和安全性具有積極作用。

1 積液對濕氣輸送管道的影響及其影響因素

對積液發(fā)展過程的流動特征參數(shù)變化進(jìn)行了分析，指出在運行壓力和溫度條件下有冷凝水和重?zé)N的析出是濕氣管道產(chǎn)生積液的必要條件；受管輸量、管道路由及沿線環(huán)境等因素的多重影響[1]，積液在管道中的發(fā)展過程會根據(jù)具體情況而不同。積液在濕氣管道中的發(fā)展過程是一個重要的一個環(huán)節(jié)，為濕氣輸送管道輸送提高管道輸送效率，需要找到影響積液的因素，見表1：

表1 積液在濕氣管道的影響因素

在低流量環(huán)境下，管道附近出現(xiàn)積液的情況的管段數(shù)量不斷上升，因此使得因為地理環(huán)境方面的條件的影響從而使得段塞流管段的數(shù)量也隨之有所增加，段塞流在其中的分布情況密度上相對較大；隨管道承擔(dān)的運輸量不斷的增加從而將會使得管道內(nèi)的流速也相應(yīng)的增加，故而管道內(nèi)部的氣體在液體運輸方面的能力上也會隨之出現(xiàn)一定程度的增加，地理環(huán)境因素造成的段塞流的管段減少，段塞流分布密度小，不僅如此，管道積液還與周遭環(huán)境溫度和管道溫度有關(guān)，是一個綜合性問題。

表2 持液率的相關(guān)影響因素

表3 相關(guān)式計算方法

2 持液率預(yù)測對濕氣管道運行影響分析

2.1 持液率的影響因素

管道中的積液程度是通過持液率這一參數(shù)來描述的，表示液相流通面積與管道總流通面積的比值。其中氣液比、管徑、輸送壓力等對管道持液率的影響規(guī)律[2]，氣液比越小、管徑越大、輸送壓力越高，管線持液率越大；管道液體更容易在上坡段發(fā)生沉積。根據(jù)影響因素分析可以得到表2顯示。

2.2 起伏管道中常見的計算方法

20世紀(jì)60年代相關(guān)專家展開了以空氣為介質(zhì)進(jìn)行不同類型的液體的運輸方面的研究，從而制定出了符合水平狀態(tài)下的管道運輸在持液率方面的計算模式，該類型的計算模式在計算過程中相對較為復(fù)雜，由于其屬于隱式方程組在計算階段需要進(jìn)行對相應(yīng)的條件進(jìn)行設(shè)定求取最終結(jié)果。

20 世紀(jì)60 年代有研究人員結(jié)合5cm、10cm 管道內(nèi)部的相關(guān)研究的信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)指定了液相速度準(zhǔn)數(shù)還有氣相速度準(zhǔn)數(shù)以及運輸管道口徑相關(guān)準(zhǔn)數(shù)與黏度準(zhǔn)數(shù)的處于水平狀態(tài)的管道的持液率計算公式。

20世紀(jì)70年代相關(guān)研究人員通過對傾斜管道運輸進(jìn)行了有效的研究，并且合理的指定出了關(guān)于傾斜管道的持液率的計算模型。對于該模型來講其對于不同類型的流型上在計算過程中所采用的模型存在相對較大的差異，然而實際的運用過程中出現(xiàn)了負(fù)值的情況，所以在具體化應(yīng)用的過程中需要最終的計算結(jié)果展開科學(xué)的校驗。

在20 世紀(jì)80 年代，國際方面的相關(guān)研究人員通過對1000多組處于傾斜狀態(tài)的管線的相關(guān)研究信息展開了科學(xué)有效的區(qū)分，將傾斜狀態(tài)進(jìn)行了合理的細(xì)化歸類，并且提出了不同傾斜類型下的持液率的計算模型。

20 世紀(jì)80 年代末，相關(guān)研究人員在處于水平狀態(tài)下的管道內(nèi)進(jìn)行了以三種不同物質(zhì)的介質(zhì)運輸情況展開了相應(yīng)的研究，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對Dukler 相關(guān)式、Eaton 相關(guān)式、Beggs-Brill 相關(guān)式和Mukherjee-Brill 相關(guān)式展開了驗證，從而通過驗證結(jié)果了解到其在現(xiàn)實具體應(yīng)用過程中存在相對較大的誤差，從而提出了MinamiⅠ式和MinamiⅡ式兩種持液率的計算公式，分別對應(yīng)持液率范圍為0～0.35和0～1.0的兩種情況。

20世紀(jì)90年代，相關(guān)研究人員進(jìn)行了Taitel-Dukler相關(guān)式合理的簡化，其在相關(guān)研究過程中采用了長度在36m并且管道口徑在50.8mm 并且處于水平狀態(tài)的管道，并且在運輸過程中采用空氣還有沒有作為管道運輸?shù)闹饕橘|(zhì)進(jìn)行了大量數(shù)據(jù)點的相關(guān)測驗，分別針對奈流和層流擬合出了顯示的持液率計算式，同時對最終的相關(guān)結(jié)果展開有效的修正處理。

21世紀(jì)初，相關(guān)研究團(tuán)隊進(jìn)行了對液相流動能與表面自由能的平衡關(guān)系方面的相關(guān)研究，并且結(jié)合該研究的相關(guān)數(shù)據(jù)信息建立起了關(guān)于段塞流持液率的計算模型。利用該計算模型的相關(guān)的最終計算數(shù)值和TUFFP(Tulsa University Fluid Flow Projects)數(shù)據(jù)信息庫相關(guān)的數(shù)據(jù)展開科學(xué)合理的對比以此驗證該類型的計算模型其準(zhǔn)確性以及科學(xué)性。

21世紀(jì)初，我國相關(guān)研究人員以]雙流體模型為基礎(chǔ)展開了對氣液兩相流的穩(wěn)態(tài)模擬策略進(jìn)行了有效的研究，從而根據(jù)研究的相關(guān)數(shù)據(jù)建立起了簡化形式的水力學(xué)模型。通過該計算方法進(jìn)行計算的過程中需要對其持液率的數(shù)值進(jìn)行合理的設(shè)定，從而通過該計算方法進(jìn)行管道壓力方面以及管道液體流速方面數(shù)值的求取，然后在展開對持液率進(jìn)行反解，再通過反復(fù)迭代最終使得持液率可以達(dá)到具體的要求。

2014 年，國內(nèi)相關(guān)研究團(tuán)隊展開了氣液兩相流方面的實驗，該實驗主要是在多相流環(huán)道進(jìn)行的，對低液量氣液兩相流的流動特征進(jìn)行研究，提出了持液率的計算方法。

經(jīng)過長時間不斷的研究，從而建立起了不同類型的關(guān)于持液率方面的計算模型，在這些計算模型內(nèi)存在一些因為計算方面成效較為顯著從而得到了較快的發(fā)展應(yīng)用，下面簡單介紹一下持液率的相關(guān)式。

對于起伏傾斜管道的持液率都以水平管柱持液率為基礎(chǔ)，則傾斜管道常見持液率相關(guān)式為：①Eaton[3]相關(guān)式；②Beggs-Brill[4]相關(guān)式；③Minami—Brill[5]相關(guān)式；④Mukherjee-Brill[6]相關(guān)式。具體見表3。

通過表中的公式看出Eaton是以實驗數(shù)據(jù)提出了與液相速度準(zhǔn)數(shù)、氣相速度準(zhǔn)數(shù)、管徑準(zhǔn)數(shù)和黏度準(zhǔn)數(shù)相關(guān)的水平管道持液率計算公式，Beggs-Brill 相關(guān)式與其他常用計算持液率相關(guān)式方法相比，能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測不同傾角、不同氣液比和不同液體流速條件下的傾斜管柱的持液率，Minami—Brill 相關(guān)式是通過持液率范圍所對應(yīng)的兩種情況，Mukherjee-Brill 相關(guān)式是通過分別針對上坡、下坡分層流和下坡其他流型提出了不同的持液率的計算公式，式中持液率是氣、液相速度準(zhǔn)數(shù)和黏度準(zhǔn)數(shù)的函數(shù)。

3 結(jié)語

解決積液問題是濕氣管道的一個重要措施，其中影響積液的因素主要有流量、流體組分、壓力、溫度等多重因素，地形起伏會對氣液集輸管道的流動特性參數(shù)產(chǎn)生變化，從而影響到管路的持液率及持液量，其中氣液比、管徑、輸送壓力等會對管道持液率的產(chǎn)生影響，常用的持液率計算相關(guān)式，大都是采用以實驗為基礎(chǔ)的經(jīng)驗或半經(jīng)驗關(guān)系式。MukherjeeBrill、Beggs-Brill相關(guān)式能夠更好的滿足傾斜管道工程應(yīng)用需要，但其中在下坡管段使用Beggs-Brill 相關(guān)式，有時候會造成持液率出現(xiàn)負(fù)值的情況發(fā)生所以通常情況下很少使用BB 相關(guān)式；在處于傾斜狀態(tài)的環(huán)境下的上坡狀態(tài)時管段如果對應(yīng)水平持液率大于0.3097，然而采用BB相關(guān)式有時候會發(fā)生所得到的持液率值超過1的情況發(fā)生，該種情況下比較適合采用其它方法計算持液率或者在程序中將持液率大于1 時自動賦1 處理。由于Mina?mi-Brill 驗證了Eaton 相關(guān)式、Beggs-Brill 相關(guān)式和Mukherjee-Brill相關(guān)式，故Minam&Brill相關(guān)式有較高的準(zhǔn)確度。