地形起伏湿气管道积液及天然气携液研究
发布时间：2021-11-21 05:22
湿气输送是天然气开发中的常用工艺,在输送的天然气中常伴有水和凝析液。当输气管道中的气体流速过低,无法携带管道中的液体时,起伏管道中就会生成积液。管道中的积液会给输气管道带来许多不利的影响。因此,研究湿气管道积液规律与临界携液流速对于管道的稳定运行有着重要的意义。本文以计算流体力学和低持液率气液两相流理论为基础,通过数值模拟方法对地形起伏湿气管道积液特性进行研究与分析。模拟并观察了积液的流动状况、平铺长度以及临界状态下管道内的速度场分布。结果表明,积液会随着管道内气体入口流速的增大而逐渐离开管道下倾段并平铺于上倾段,积液段的气体局部流速会增大。根据对模拟结果进行分析可知,积液量对地形起伏湿气管道中的临界携液流速、临界持液率以及临界单位压降均不存在影响;随着管道倾角、管道内径、液体密度的增大以及气体密度的减小,临界携液流速和临界单位压降会增大,临界持液率会减小,三个因素对临界状态下管道运行参数的影响大小依次为管道倾角、流体物性以及管道内径。通过将苏里格气田实际运行参数与模拟结果对比,查明了由于输送过程中气体流速无法达到临界携液流速,导致苏里格气田的一些管道中生成了积液并无法通过气体携带排出...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地形起伏湿气管道积液及天然气携液研究技术路线
重力分力增大，不利于积液的排出。（9）管壁粗糙度。管壁粗糙度会影响气壁、液壁间的切应力大小，管壁粗糙度的增大会使积液变得困难，使液体更容易累积。2.1.3持液率的影响因素湿天然气管道中影响持液率的因素有很多，通常有以下三类：（1）流体物性（流体的密度、黏度等）；（2）管道的几何条件（管道内径、管道倾角等）；（3）实际操作条件（气液相流量，压力、温度等）；下面章节将对气体入口流速、管道内径、积液量和流体物性对持液率的影响进行研究分析，通过数值模拟的方法来实现。2.2湿气管道积液的流动性质图2-1为一种特殊的两相流动——ZNLF（zeronetliquidflow），对这种流动的研究是本文的重点。当管道中的气体流速逐渐增大，管道下倾段中的积液量以及积液平铺长度逐渐降低，这部分液体会流向上倾段，直到下倾段中不存在液体，管道底部的积液完全平铺于上倾段。图2-1积液在V型管道上倾管段中的平铺过程
倾段的液层长度不断减小，厚度变薄，上倾管段液层平铺长度增加，直至管道底部积液完全被气体带离下倾段并平铺于上倾段。当积液完全以悬挂液层的形式离开下倾段并完全平铺于上倾管段时，此时只需增加很小的气体入口流速，积液将以液层的形式从上倾段排出，我们将液层悬挂在上倾段时的状态称为临界状态，并将此时的气体入口流速定义为临界携液流速，同时这种状态下的所有条件称为临界条件。临界携液流速和临界状态的水力参数的测量以及影响临界状态的因素是本文的研究重点。积液的受力分析是研究积液生成以及排出的重要部分，图2-2为地形起伏湿气管道中达到临界状态时液体的切向应力示意图，接下来将对这种状态下的液层进行简单的受力分析。图2-2湿气管道上倾段液层的切向应力示意图从图2-2中可以看到，当气体流过液层时，靠近液层部分的气体会携带气液界面处的液体向气体流动方向移动；而液体由于受到沿管轴方向的重力分力有向气体流动方向相反的运动趋势，尤其是紧贴管壁处的液体；在这两个主要作用力的影响下，液层无法被气体直接携带流出，而是逐渐平铺于上倾段，长度变大且厚度减校在这样的情况下，液体的体积流量始终为零，通过进一步增大气体流速，积液最终在气体的携带下流出上倾段。通过上述分析可知，当管道中积液量较小且气体流速较低时，管道中的流型为光滑分层流和波浪分层流，但与常规情况下的两相流不同的是，在流动过程中液体的体积流量始终为零。2.3湿气管道积液驱离动量方程在气体的携带作用下，积液由管道底部完全平铺于上倾段的临界状态研究是较为复杂的。气液界面与管道壁面共同组成了液体流动边界，气体的流动使得气液界面产生切
【参考文献】：
期刊论文
[1]低液量水平管气液两相分层流压力梯度和持液率研究[J]. 肖荣鸽,王永红,魏炳乾,陈刚. 西北大学学报(自然科学版). 2014(03)
[2]近水平湿气管道实验及理论模型研究现状[J]. 周中强. 化学工程与装备. 2013(07)
[3]湿气管道内气-油-水三相界面模型研究[J]. 张卫敏,周中强,张春. 化学工程与装备. 2013(01)
[4]基于VOF模型的泵站压力管道气液两相流数值模拟[J]. 冯磊,姚青云. 中国农村水利水电. 2012(12)
[5]湿天然气计量方法及其分析[J]. 宋江卫,陈旭,陆新东. 天然气技术. 2008(03)
[6]起伏多相流管路持液率计算方法研究[J]. 喻西崇,赵金洲,冯叔初. 西南石油学院学报. 2000(03)
博士论文
[1]水平油气两相流流型转换及其相界面特性的研究[D]. 刘夷平.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]低液量气液两相环状流压降与持液率计算方法研究[D]. 王春阳.西安石油大学 2019
[2]湿天然气管道底部弯头积液特性的数值研究[D]. 马瑶.西安石油大学 2017
[3]湿天然气管道积液特性研究[D]. 粟紫葳.西安石油大学 2015
[4]水平管道低含液率气液两相流流动特性研究[D]. 肖坤.西安石油大学 2014
[5]磨溪气田天然气集输管线积液规律研究[D]. 王垒超.西南石油大学 2012
[6]水平管外降膜流动特性的数值研究[D]. 陈金波.大连理工大学 2011
[7]复杂地形条件下湿气集输管路积液规律的研究[D]. 谷琼.中国石油大学 2011
[8]基于多孔介质模型和VOF法的渗流场数值模拟[D]. 钟小彦.西安理工大学 2010
[9]复杂地表条件下天然气集输管线积液规律研究[D]. 周良胜.中国石油大学 2009
本文编号：3508858
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地形起伏湿气管道积液及天然气携液研究技术路线
重力分力增大，不利于积液的排出。（9）管壁粗糙度。管壁粗糙度会影响气壁、液壁间的切应力大小，管壁粗糙度的增大会使积液变得困难，使液体更容易累积。2.1.3持液率的影响因素湿天然气管道中影响持液率的因素有很多，通常有以下三类：（1）流体物性（流体的密度、黏度等）；（2）管道的几何条件（管道内径、管道倾角等）；（3）实际操作条件（气液相流量，压力、温度等）；下面章节将对气体入口流速、管道内径、积液量和流体物性对持液率的影响进行研究分析，通过数值模拟的方法来实现。2.2湿气管道积液的流动性质图2-1为一种特殊的两相流动——ZNLF（zeronetliquidflow），对这种流动的研究是本文的重点。当管道中的气体流速逐渐增大，管道下倾段中的积液量以及积液平铺长度逐渐降低，这部分液体会流向上倾段，直到下倾段中不存在液体，管道底部的积液完全平铺于上倾段。图2-1积液在V型管道上倾管段中的平铺过程
倾段的液层长度不断减小，厚度变薄，上倾管段液层平铺长度增加，直至管道底部积液完全被气体带离下倾段并平铺于上倾段。当积液完全以悬挂液层的形式离开下倾段并完全平铺于上倾管段时，此时只需增加很小的气体入口流速，积液将以液层的形式从上倾段排出，我们将液层悬挂在上倾段时的状态称为临界状态，并将此时的气体入口流速定义为临界携液流速，同时这种状态下的所有条件称为临界条件。临界携液流速和临界状态的水力参数的测量以及影响临界状态的因素是本文的研究重点。积液的受力分析是研究积液生成以及排出的重要部分，图2-2为地形起伏湿气管道中达到临界状态时液体的切向应力示意图，接下来将对这种状态下的液层进行简单的受力分析。图2-2湿气管道上倾段液层的切向应力示意图从图2-2中可以看到，当气体流过液层时，靠近液层部分的气体会携带气液界面处的液体向气体流动方向移动；而液体由于受到沿管轴方向的重力分力有向气体流动方向相反的运动趋势，尤其是紧贴管壁处的液体；在这两个主要作用力的影响下，液层无法被气体直接携带流出，而是逐渐平铺于上倾段，长度变大且厚度减校在这样的情况下，液体的体积流量始终为零，通过进一步增大气体流速，积液最终在气体的携带下流出上倾段。通过上述分析可知，当管道中积液量较小且气体流速较低时，管道中的流型为光滑分层流和波浪分层流，但与常规情况下的两相流不同的是，在流动过程中液体的体积流量始终为零。2.3湿气管道积液驱离动量方程在气体的携带作用下，积液由管道底部完全平铺于上倾段的临界状态研究是较为复杂的。气液界面与管道壁面共同组成了液体流动边界，气体的流动使得气液界面产生切
【参考文献】：
期刊论文
[1]低液量水平管气液两相分层流压力梯度和持液率研究[J]. 肖荣鸽,王永红,魏炳乾,陈刚. 西北大学学报(自然科学版). 2014(03)
[2]近水平湿气管道实验及理论模型研究现状[J]. 周中强. 化学工程与装备. 2013(07)
[3]湿气管道内气-油-水三相界面模型研究[J]. 张卫敏,周中强,张春. 化学工程与装备. 2013(01)
[4]基于VOF模型的泵站压力管道气液两相流数值模拟[J]. 冯磊,姚青云. 中国农村水利水电. 2012(12)
[5]湿天然气计量方法及其分析[J]. 宋江卫,陈旭,陆新东. 天然气技术. 2008(03)
[6]起伏多相流管路持液率计算方法研究[J]. 喻西崇,赵金洲,冯叔初. 西南石油学院学报. 2000(03)
博士论文
[1]水平油气两相流流型转换及其相界面特性的研究[D]. 刘夷平.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]低液量气液两相环状流压降与持液率计算方法研究[D]. 王春阳.西安石油大学 2019
[2]湿天然气管道底部弯头积液特性的数值研究[D]. 马瑶.西安石油大学 2017
[3]湿天然气管道积液特性研究[D]. 粟紫葳.西安石油大学 2015
[4]水平管道低含液率气液两相流流动特性研究[D]. 肖坤.西安石油大学 2014
[5]磨溪气田天然气集输管线积液规律研究[D]. 王垒超.西南石油大学 2012
[6]水平管外降膜流动特性的数值研究[D]. 陈金波.大连理工大学 2011
[7]复杂地形条件下湿气集输管路积液规律的研究[D]. 谷琼.中国石油大学 2011
[8]基于多孔介质模型和VOF法的渗流场数值模拟[D]. 钟小彦.西安理工大学 2010
[9]复杂地表条件下天然气集输管线积液规律研究[D]. 周良胜.中国石油大学 2009
本文编号：3508858
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