垂直弯管中段塞流特性试验研究

发布时间：2020-08-22 19:16

【摘要】：段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替流动,是油气混输中经常遇到的流型,段塞流的不稳定流动给油气田的安全生产带来诸多问题,如:管道强烈震动、分离器溢流和管道腐蚀加速等。为保证管线和下游油气处理设备的最优设计和安全操作,对段塞流流动特性进行准确的分析十分重要。本文以空气和水为介质,依托西安石油大学多相流试验室的设备及相关仪器,完成试验台搭建。在内径为25mm,四种不同曲率半径的垂直弯管中进行两相流的试验研究,对完善垂直弯管中的段塞流及实际应用具有十分重要的意义。主要研究内容和结论如下:系统地研究了垂直弯管内气液两相段塞流压力和压差的波动特性,结果表明,在同一曲率半径垂直弯管中,段塞流压力和压差均呈现出类周期性的波动。压力的概率密度分布主要呈现出单峰,双峰,多峰的多样性分布,而压差信号的概率密度分布仅呈单峰分布;压力和压差的概率密度分散性都是随着折算气速和折算液速的增大而增大。压力的功率谱密度有主要频率波动范围变化不大,而幅值较大的特点;压差功率谱密度函数则呈现出频率波动范围变化较大,但是幅值变化不是很明显的特点。采用相关测速法分析垂直弯管中段塞流的特征参数:液塞速度、液塞长度、液塞频率。液塞速度分布符合高斯分布,且折算气速对液塞速度影响较大;液塞长度分布符合对数分布,且受折算气速的影响较大;液塞频率分布符合高斯分布,折算液速是影响液塞频率的主要因素;随着垂直弯管曲率半径的减小,液塞速度、液塞长度、液塞频率均减小。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE832
【图文】：

塞流,弯管段,试验系统,计量系统

西安石油大学硕士学位论文第二章试验系统及数据处理本章详细描述了垂直弯管气液两相段塞流特性试验研究所采用的试验系统、、测量装置、试验数据预处理方法和试验介质物性等。2.1 试验系统及主要设备试验在西安石油大学油气水三相流动试验台上进行。试验系统由气路计量系统、水路计量系统、气液混合器、试验管段和分离器组成。其中气路计量系统包括：螺杆压缩机、储气罐(1.5m3)、气体干燥机、气体涡轮流量计和气路流量调节阀。水路计量系统包括：1.5m3水箱、多级离心泵、液体质量流量计、液体涡轮流量计和水路流量调节阀。详细流程如图 2-1 所示。

示意图,弯管段,示意图,弯管

施方案为变频调速，即由储气罐的压力波动来调节压缩机的转速。照此方法进行改造之后，气体入口流量基本可以维持一个稳定的状态。试验管段由内径为 25mm 的水平直管，四根垂直弯管和垂直上升管组成。为了方便观察段塞流现象，试验管道均采用透明的有机玻璃管。水平管部分为保证严格水平，固定在试验台上，垂直弯管可以根据试验进度更换。根据油田实际运用中弯管的曲率半径范围，确定弯管曲率半径，弯管试验段的具体尺寸如表 2-1 所示：表 2-1 试验弯管段尺寸表管道内(外)径(mm) 25(35) 25(35) 25(35) 25(35)曲率半径(mm) 318.47 381.97 446.63 509.29弧长(mm) 500 600 700 800圆心角(o) 90 90 90 90

示意图,传感器布置,试验段,示意图

图 2-3 试验段传感器布置示意图试验系统中，为了避免混合器内部形成液塞或者混合死区而造成的测量误静态混合器，并且为了保证使气相和液相强制分层，气相和液相分别从混下层进入，充分混合均匀后，形成气液两相流流出。 2-4 中介绍了试验所需要的相关装置。其中图 2-4(a)是试验中采用的多级离表明泵的扬程和流量；图 2-4(b)为螺杆式压缩机的特性，表明工作压力和4(c)为涡轮流量计，计量管路中的气液流量；图 2-4(d)为差压变送器，测量管图 2-4(e)为储气罐，用于保证试验供气的稳定；图 2-4(f)为试验数据采集板需要的温度、压力、压差和流量等数据。

【参考文献】