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(duì)于是濕氣管道中積液會(huì)在管道的較大落差低洼段形成，伴隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，大落差低洼管段的持液率不斷增大，積液進(jìn)而會(huì)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(duì)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(duì)濕氣輸送管道的影響及其影響因素

對(duì)積液發(fā)展過(guò)程的流動(dòng)特征參數(shù)變化進(jìn)行了分析，指出在運(yùn)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(guò)程會(huì)根據(jù)具體情況而不同。積液在濕氣管道中的發(fā)展過(guò)程是一個(gè)重要的一個(gè)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(jiàn)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?yàn)榈乩憝h(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(duì)較大；隨管道承擔(dān)的運(yùn)輸量不斷的增加從而將會(huì)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(yùn)輸方面的能力上也會(huì)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(gè)綜合性問(wèn)題。

表2 持液率的相關(guān)影響因素

表3 相關(guān)式計(jì)算方法

2 持液率預(yù)測(cè)對(duì)濕氣管道運(yùn)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(guò)持液率這一參數(shù)來(lái)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(duì)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(jiàn)的計(jì)算方法

20世紀(jì)60年代相關(guān)專家展開(kāi)了以空氣為介質(zhì)進(jìn)行不同類型的液體的運(yùn)輸方面的研究，從而制定出了符合水平狀態(tài)下的管道運(yùn)輸在持液率方面的計(jì)算模式，該類型的計(jì)算模式在計(jì)算過(guò)程中相對(duì)較為復(fù)雜，由于其屬于隱式方程組在計(jì)算階段需要進(jìn)行對(duì)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(yùn)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(jì)算公式。

20世紀(jì)70年代相關(guān)研究人員通過(guò)對(duì)傾斜管道運(yùn)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(jì)算模型。對(duì)于該模型來(lái)講其對(duì)于不同類型的流型上在計(jì)算過(guò)程中所采用的模型存在相對(duì)較大的差異，然而實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中出現(xiàn)了負(fù)值的情況，所以在具體化應(yīng)用的過(guò)程中需要最終的計(jì)算結(jié)果展開(kāi)科學(xué)的校驗(yàn)。

在20 世紀(jì)80 年代，國(guó)際方面的相關(guān)研究人員通過(guò)對(duì)1000多組處于傾斜狀態(tài)的管線的相關(guān)研究信息展開(kāi)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(jì)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(yùn)輸情況展開(kāi)了相應(yīng)的研究，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)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(kāi)了驗(yàn)證，從而通過(guò)驗(yàn)證結(jié)果了解到其在現(xiàn)實(shí)具體應(yīng)用過(guò)程中存在相對(duì)較大的誤差，從而提出了MinamiⅠ式和MinamiⅡ式兩種持液率的計(jì)算公式，分別對(duì)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(jiǎn)化，其在相關(guān)研究過(guò)程中采用了長(zhǎng)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(yùn)輸過(guò)程中采用空氣還有沒(méi)有作為管道運(yùn)輸?shù)闹饕橘|(zhì)進(jìn)行了大量數(shù)據(jù)點(diǎn)的相關(guān)測(cè)驗(yàn)，分別針對(duì)奈流和層流擬合出了顯示的持液率計(jì)算式，同時(shí)對(duì)最終的相關(guān)結(jié)果展開(kāi)有效的修正處理。

21世紀(jì)初，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了對(duì)液相流動(dòng)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(jì)算模型。利用該計(jì)算模型的相關(guān)的最終計(jì)算數(shù)值和TUFFP(Tulsa University Fluid Flow Projects)數(shù)據(jù)信息庫(kù)相關(guān)的數(shù)據(jù)展開(kāi)科學(xué)合理的對(duì)比以此驗(yàn)證該類型的計(jì)算模型其準(zhǔn)確性以及科學(xué)性。

21世紀(jì)初，我國(guó)相關(guān)研究人員以]雙流體模型為基礎(chǔ)展開(kāi)了對(duì)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(jiǎn)化形式的水力學(xué)模型。通過(guò)該計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中需要對(duì)其持液率的數(shù)值進(jìn)行合理的設(shè)定，從而通過(guò)該計(jì)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(kāi)對(duì)持液率進(jìn)行反解，再通過(guò)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(guó)內(nèi)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了氣液兩相流方面的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)主要是在多相流環(huán)道進(jìn)行的，對(duì)低液量氣液兩相流的流動(dòng)特征進(jìn)行研究，提出了持液率的計(jì)算方法。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)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(jì)算模型，在這些計(jì)算模型內(nèi)存在一些因?yàn)橛?jì)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(jiǎn)單介紹一下持液率的相關(guān)式。

對(duì)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(jiàn)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(jiàn)表3。

通過(guò)表中的公式看出Eaton是以實(shí)驗(yàn)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(jì)算公式，Beggs-Brill 相關(guān)式與其他常用計(jì)算持液率相關(guān)式方法相比，能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)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(guò)持液率范圍所對(duì)應(yīng)的兩種情況，Mukherjee-Brill 相關(guān)式是通過(guò)分別針對(duì)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(jì)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(yǔ)

解決積液?jiǎn)栴}是濕氣管道的一個(gè)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(huì)對(duì)氣液集輸管道的流動(dòng)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(huì)對(duì)管道持液率的產(chǎn)生影響，常用的持液率計(jì)算相關(guān)式，大都是采用以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)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(shí)候會(huì)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?tīng)顟B(tài)時(shí)管段如果對(duì)應(yīng)水平持液率大于0.3097，然而采用BB相關(guān)式有時(shí)候會(huì)發(fā)生所得到的持液率值超過(guò)1的情況發(fā)生，該種情況下比較適合采用其它方法計(jì)算持液率或者在程序中將持液率大于1 時(shí)自動(dòng)賦1 處理。由于Mina?mi-Brill 驗(yàn)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。