气液混输管线与悬链线立管两相流特性研究

发布时间：2020-03-22 08:53

【摘要】：气液混输是石油与天然气工业中常见的一种输送方式。随着深海油气开发的逐渐深入,在海洋油气开采中,气液混输系统越来越多地开始采用水平-下倾-悬链线立管系统,它不仅包含有沿海底铺设的组合管道系统(水平-下倾管线),而且还包含有将油气资源从海底输送到海洋平台的悬链线立管系统。与纯粹的水平或垂直混输管道系统相比,在该种组合管道系统中气液两相流动特征要复杂得多,输运效果也与浅海油气开采作业中常用的垂直立管系统有所不同。严重段塞流即为该种管型中经常会出现的一种特殊有害流型。这是一种液塞长度可达一倍或几倍立管高度的流动现象,这种现象将造成管道压力剧烈波动、立管出口气液相流量随时间变化很大等有害后果,而对海洋油气开采系统带来诸多危害,对这种流动现象开展研究具有重要的理论和实际意义。在本文第一部分内容中,对水平-下倾-悬链线立管系统中气液两相流特性开展了实验研究。实验中,在水平管中形成了分层流、间歇流两种主要流态,立管中形成了严重段塞流、震荡流和间歇流三种主要流态,而严重段塞流又可细分为I型、II型和III型,通过实验得到了水平管和立管中的流型图。对严重段塞流的流动特性进行了实验研究和分析,结果表明:严重段塞流具有明显的周期性,周期随气液相折算流速增大而减小,压力波动幅度随气液相折算流速的改变而变化,最大值出现在严重段塞流I型到II型的转换边界上。严重段塞流的压力波动与气液相折算速度有重要关系,压力波动幅值随着气相折算速度的增加会出现先增大后减小的趋势,随液相折算速度的增加,在压力波动极值点左侧,较小的液相折算速度对应较大的压力波动幅值,在压力波动极值点右侧,较大的液相折算速度对应较大的压力波动幅值。在本论文第二部分中,针对气液混输管线与悬链线立管系统严重段塞流问题,采用严重段塞流形成条件一致的等效原则,发展了一种将三维管道系统等效为二维管道系统的计算流体力学(CFD)数值模拟方法。以文献中某水平/下倾管与悬链线立管组合系统为对象,结合其实验工况,数值模拟了该种管型下的严重段塞流现象,分析了其压力波动幅值及周期变化特性,数值模拟与文献所述实验结果一致,表明了该数值模拟方法的有效性。
【图文】：

悬链式,立管系统

图 1-1 悬链式立管系统Fig1-1 Catenary riser system.油气开发中,管道内的混输流动属于多相流的范畴。多相石油、冶金、动力等工业设备和自然界中的一类流动现象两种或几种相态共存，而且具有明显相界面的流动现象。随着工业技术需要发展起来的，特别是上世纪 40 年代，程、石化工程、原子能工程、航天工程及环境工程的兴起受到重视，促使其形成一门完整的应用基础学科[1-7]。油气开采系统中，将原油及其伴生气从海底井口输送到海经过一段沿海底铺设的管道和立管，油气在海底管道和立于油气比、管道尺寸和地形起伏等参数的不同，形成了各

段塞流,物理模型,液膜

图 1-2 段塞流的物理模型Fig1-2 slugging physics model段塞流模型如图 1-2 所示。该段塞单元由液塞段和气泡段有一层液膜存在。根据管径的大小和流动条件的不同，该或为光滑液膜和波状液膜的组合。而液膜可分为两部分，气混合区，其余是边界层充分发展区。边界层充分发展区趋势，含气率分布趋于稳定。除在液塞中会有小气泡存在气泡存在，同样在大气泡中也会有小液滴存在。典型的段塞尾部的流动速度等于大的 Taylor 气泡的速度BU ；段塞塞前端中的低速气泡在位置 2 混入液塞中。液塞中的小气GS ，液塞中的液体平均流动速度为LSU ，，液塞中的空泡份
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P756.2

【参考文献】