起伏管道空管投油气液两相流动的数值模拟

输油管道的空管投油是复杂的气液两相管流过程。在地形起伏较为剧烈的地区,管道内复杂的流动状况对投产安全造成威胁,研究其水力规律具有重要意义。采用数值模拟方法,建立起伏管道模型对起伏管道的气液两相流进行模拟,并用软件对管段流场进行实时监控,研究不同类型管道中气液两相流动规律及其影响因素。

起伏管道内水流冲击滞留气团的三维动态特性模拟

采用三维CFD方法对起伏管道内水-气耦合作用的过程进行建模和模拟,研究气团压缩-膨胀-变形的三维动态特性.在考虑气团压缩性、水体弹性基础上,采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε这3种湍流模型进行模拟研究,并将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行了对比分析.结果表明:与一维模型相比,所采用的三维CFD模型能够较准确地模拟起伏管道内水流冲击滞留气团瞬变过程中气水形态变化和压力波动;Standard k-ε湍流模型能够较好地模拟压力峰值和波动周期,RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型次之;整个过程中,水-气两相互相掺混,水-气交界面自由变化,并不垂直于管道中心线,与管道中心线呈一定的夹角存在;三维CFD计算结果可以很好地模拟较短长度气团的动态特性变化.

连续起伏管道投产过程中的气相运移研究

为应对山区液体管道在投产过程中可能出现的气阻、超压问题,从气相运移角度出发,建立液顶气模型,研究在1个U型单元内积气形成、压缩和破碎的全过程,在此基础上,提出连接各个U型单元的气相的传递函数,探讨背压累积因素下,连续起伏管道投产过程中各个U型管段的积气情况和压力的变化,进行动态的建模和计算。以国内某原油管道的现场投产数据与模型结果进行比对。结果表明:可以更加准确地预测山区液体管道投产过程中的气相传递和压力变化过程,能为未来连续起伏大落差液体管道投产的安全稳定运行提供理论指导和技术支持。

基于ISSA-ELM模型的起伏管道携液临界流速计算方法研究

受温度、压力及起伏地形的影响,在管道低点及上倾管段容易产生积液,对生产造成不利影响。为避免这一情况,基于扩展双流体模型和最小压降法确定携液临界流速,结合拉丁超立方抽样完成实验设计,通过改进初始化种群和加入余弦权重因子实现常规SSA算法的优化,利用ISSA-ELM组合模型计算携液临界流速,并依据实际管道的起伏高程、路由情况、起伏次数等数据实现对模型的持续修正。结果表明,ELM模型的最佳结构为6-11-1型,激活函数应采用Tanh函数;与其余模型相比,ISSA-ELM模型的预测值与计算值的吻合性最高;临界携液流速随起伏次数的增加呈幂指数减小趋势,随着总起伏高程的增加呈波动上升趋势;模型修正后,修正值的保守性更强,准确率可达83.3%。研究结果可为管道防积液工业参数的设定提供参考。

泡排技术清除起伏管道积液试验

【目的】受起伏地形的影响,湿天然气集输及油气混输管道易在沿程起伏及低洼处形成积液。由于起伏集输管道与垂直气井在倾角方面存在巨大差异,作为气井清除积液的成熟方式,泡沫排液技术无法直接应用于混输管道排液,其可行性需进一步论证。【方法】利用气液多相管流试验环路,通过管流试验探究不同倾角条件下泡沫对气液多相流流动特性的影响,并明确含泡沫多相流的起塞作用机制;基于无机盐改变泡沫体系性能,探究泡沫性能变化对含泡沫多相流动特征产生影响的原因,并分析含不同流动状态下流动特征参数与压力差压的特征。【结果】在与气井倾角差异较大的低起伏管道中,可通过添加表面活性剂的方式清除积液,并对段塞流工况的发生起到较好的抑制作用;通过在SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)表面活性剂溶液中添加NaCl、MgCl2作为环境影响因素,利用金属网格传感器、高速摄像系统以及压力传感器,进一步探究无机盐条件下SDS水基泡沫排液效果,发现无机盐引起的泡沫性能差异会对泡沫排液效果产生较大影响;当管道内出现过量稳定泡沫时,会引起管道沿程压降显著增大。【结论】将泡沫排液技术应用于有积液的集输管道排液时,稳定性是选择合适泡沫体系的关键指标之一,且泡沫层对管内介质流动特性的影响与泡沫体系性能之间的联系是今后研究的重点方向。(图14,参31)

长距离高扬程多起伏输水管道水锤防护的研究

长距离有压输水管道易发生水柱分离水锤危害,尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大,发生水锤的可能性最大。根据长距离高扬程多起伏输水管道系统的特点和多年实践经验,提出此种管道水锤防护的重点是消除断流弥合水锤,并结合北方某市供水工程实例进行水锤防护优化和计算,提出有效的水锤防护措施。

起伏输气管道投产置换混气过程机理研究

输气管道投产置换常采用氮气隔离空气和天然气,由于气体分子扩散和湍流扩散,形成氮气与天然气、氮气与空气混气段。通过模拟不同置换速度、管道长度、管道终点压力条件下的气体流动,总结投产置换混气过程规律和不同条件下的混气量。另外,在我国中西部地区存在较多的起伏管道,将起伏管道简化为具有一定倾角的直管道,采用FLUENT软件模拟氮气置换过程,发现重力对于置换过程影响较小,但是由于地形起伏导致的管长增加使得混气量增加。将模拟所得结果与理论机理进行对比,明确混气段发展过程,对整个投产过程安全经济控制具有重要意义。

起伏湿气管道持液率影响研究综述

在地势起伏的湿气管道中积液会导致能耗增加、腐蚀加剧等问题,所以管道积液规律变的尤为重要。多相管流的持液率计算是研究天然气集气管道的积液规律的基础,正确的选择起伏管道的持液率计算方法具有重要意义。

起伏管道初始扫水最佳清管方案与残余水分布规律

起伏管道低洼处存在积水会严重危害管道运行。通过试验研究了山区大起伏管道初始扫水阶段最佳清管扫水方案,并明确了低洼处残余水量计算方法:在初始扫水阶段宜选用直板清管器进行清管扫水作业,直板清管器最佳速度范围为3.6~7.2 km/h,过盈量宜选取4%~5%。通过改变管道特征分析清管器漏水量的影响,获得不同坡长、坡度、焊缝及弯管工况对清管器漏水量的影响规律,进而通过理论分析建立了应用于现场计算低洼处残余水量以及管壁平均水膜厚度的计算方法。研究结果可为后续的深度扫水作业及干燥作业提供借鉴与支持。

起伏管道液气置换过程的压降预测

起伏管道在投产过程中极易出现气阻现象,影响管道安全。为保障新建管道的顺利投产,提出了一种新的压降预测方法:将处于液气置换过程中的管道分为积气段、气泡段及转弯段3部分,分别针对每一部分提出了相应的压降计算方法。将该预测方法应用于中国某原油管道的投产过程中,对管道沿线的压降进行预测,结果表明该方法的计算结果与现场实际数据较为吻合,可为同类管道投产时的压降预测提供理论指导。(图4,表3,参25)

大起伏角度下V形管道段塞流流型特性

利用室内实验装置,对大起伏角度条件下V形管道气液流型特性进行实验研究。实验中观测到7种流型,得到了不同流型的持液率波动信号,以实验数据为基础,对改进的Taitel-Dukler判别法、Boe准则、修正Boe准则的流型判别效果进行了验证。实验结果表明:严重段塞流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ周期性明显,具有较大的功率谱密度(power spectral density,PSD)峰值,其峰值由大到小排列依次为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ;环状流PSD幅值最小;Ⅴ形管道前后倾角变化对严重段塞流范围影响较为明显,当V形管道下倾管倾角或者上倾管倾角增大时,管道底部下凹区域积液量增多,严重段塞流Ⅰ区域增大,环状流生成区域减小;改进的Taitel-Dukler流型判别准则计算结果与不同倾角下的实验数据基本吻合,实验观察气团流区域小于准则计算结果,准则计算环状流区域大于实验观测结果;修正Boe准则对于严重段塞流Ⅰ、Ⅱ流型判别效果要优于Boe准则;实验拟合大起伏角度条件下Boe准则的修正系数为3。

浅论长距离多起伏输水管道水锤防护

随着社会的发展,城市的进程在逐步加快,人们的生活水平越来越高,为了满足社会生活和生产的需要,长距离、大范围的引水工程越来越受到人们的重视。水锤防护是长距离输水管道的关键因素之一,水锤防护对输水工程建设具有重要意义。本文主要对长距离管道水锤防护多波动进行了分析,并结合实际情况和发展水系统的特点,提出了科学合理的水锤防护措施,促进工程建设快速发展。

长距离多起伏输水管道水锤防护

随着社会的发展,城市化进程在逐步加快,人们的生活水平也越来越高,为了满足社会生活与生产的需要,长距离大型输水工程越来越受到人们的关注。在长距离输水管线中,多起伏输水管道水锤防护是其中的关键,并且多起伏输水管道水锤防护对于输水工程建设有重要的意义。本文重点对长距离多起伏输水管道水锤防护作了分析,并且结合输水系统的实际情况与发展特点,提出了一些科学、合理的水锤防护措施,促进输水工程建设的快速发展。

含气塞管道充水排气模拟试验环路系统

起伏管道在充水排气过程中极易出现气塞现象,针对目前气塞形成及演变特性研究缺乏、气液两相耦合流动机理不明确等问题,设计并建造了一套可大范围调节管路倾角范围(0°～30°)的含气塞管道充水排气模拟试验环路系统,包括供水系统、测试管路系统、倾角调节系统、排水系统、摄像系统和数采系统。试验结果表明,该系统可用于研究起伏管道充水排气过程中管内气塞形成和发展过程中的气液两相流动特性。

起伏油气水多相管路中段塞流软件的研制

多相管路的工艺计算包括流型判别,持液率和压降、温降的计算。PIPEPHASE多相流软件和西安交通大学段塞流软件都存在不足。在这两种软件的基础上,开发出一种具有较好的用户界面且可在Windows平台下操作的软件。该软件可以从始端开始计算,也可以从终端开始计算。提供了三个可供选择的计算模型和油气水多相管路沿线的压降、温降和持液率曲线图。软件具有较高的计算精度,可以计算所有的段塞流特性参数值。

起伏管段气液两相流数值模拟

在起伏管段存在气体的情况下,采用空管投油方式直接进行投产存在一定的安全隐患,气体会滞止于下倾管段造成管线水热力参数的剧烈变化。为研究起伏管段气液两相流动规律,利用Fluent软件进行数值模拟研究,结合模拟结果探究了起伏管段含滞止气囊情况下的充液流动过程、持液率及水热力参数变化规律,分析了物性参数对滞止气囊的影响并得到最危险物性参数位置,敏感性分析其影响顺序及最关键影响因素,最后提出空管投油方案的建议,为空管投油技术方案的制定提供安全、经济、可靠的理论支持。

煤层气地面集输管道积液预判分析

由于煤层气地层压力低,整个地面集输系统需采取低压集气方案,因此地面集输管线中压降尤为重要。管道积液是管线压降不可忽视的因素,结合煤层气集输管线中低压力、低液量、高流速的流动特点,选择倾斜管段中Beggs-Brill气液两相流关系式,对地面起伏管线中的持液率进行分析。通过计算不同管径、不同产水量工况下管线中的流型变化及持液率变化,预判管线积液情况,指导煤层气管线排液设计,这对煤层气地面集输设计及生产运行管理具有实质性参考意义。

压力供水管道试通水爆管原因分析及探讨

多起伏长距离输水管道中易发生水柱分离与断流弥合水锤。以子长县某引水工程为例,对多起伏长距离压力供水管道进行了水锤防护计算,并对其试通水调试阶段的水锤产生原因及安全防护措施展开了探讨,以期为同类工程的水锤防护提供参考。

气液混输起伏管积液起塞特征数值模拟

地形起伏地区的湿天然气集输过程中,湿天然气中的水分容易聚集在管道底部位置较低的区域,并形成积液,进而引发液塞的形成,使得管道内流量及压力发生剧烈波动。为准确获得气液两相液塞的起塞过程及特征参数,建立内径为150 mm、长16.5 m的起伏管线模型,利用VOF界面捕捉方法建立三维数值模型,对液塞起塞进行数值模拟研究,得到了液塞体的相分布,压力、速度分布,气液界面的起塞和演化过程,以及积液液面起塞的临界表观气速;分析了表观气速及积液量对液塞形成时管道压降的影响。模拟结果表明:积液液面由于KelvinHelmholtz不稳定效应形成液塞;液塞头部速度及上半部分液体速度对液塞的运动起决定作用;液位高度与管径之比小于0.6时,不形成液塞;液塞形成时的压降会随表观气速及积液量的增加而增大。

天然气凝析液管道积液特性研究

采用OLGA软件对某凝析液管道建立了瞬态流动模型,分析了不同因素对管道低洼处积液特性的影响规律。结果表明,大管径管道更容易积液,尤其是公称管径超过DN 200时管道内积液量较大。上倾角在5°至30°之间变化时,随着管道上升管上倾角增大,上升管内持液率降低,管道内的积液量减少。压力对管道内持液率基本无影响,但管道压力超过6 MPa后,也不利于低洼管道积液的清除。随着天然气输送流量的增加,管道内的积液量减少。