【正文】 多相混輸工藝技術Multiphase Flow In Pipelines中國石油大學儲建學院儲運工程系李玉星2023年 11月 19日內(nèi) 容l 基本概念l 多相流的研究簡況和難度 l 多相混輸管路的特點及處理方法l 熱物性及溫降計算l 流型判斷l(xiāng) 水力計算模型l 段塞流計算l 段塞流捕集器l 多相流計量技術 基 本 概 念n 持液率n 滑脫滑動比n 表觀速度與真實速 度 n 相間摩阻n 流動密度n 真實密度氣液兩相流的研究簡況216。 二十世紀三十年代 ，美若干研究生的論文中開始出現(xiàn)“twophase” 這一術語 216。 43年俄國人 Kosterin在發(fā)表的論文 “ 水平管內(nèi)兩相介質(zhì)流動結構研究中 ” ，首次采用 “twophase” 術語。 216。 66年有人統(tǒng)計，共收集到 8000余篇有關兩相流的論文， 4866年期間，有關氣液兩相流的文章以成倍的速度增加 216。 油氣兩相混輸?shù)难芯科鸩捷^晚，約在 50年代初期。美國的Martineli和俄國的 Armand是兩位最早對氣液兩相流進行系統(tǒng)研究的學者。 216。 70年代北海石油的開采對油氣混輸技術起極大的推動作用 研究深度劃分u 早期的研究中，大部分把氣液兩相的流速認為相等，即采用均相流模型、混合物密度按氣液比例求得，并按單相流體求壓降梯度。 如鍋爐u 分相流模型： Martineli ， Duckleru 流型模型： BeggsBrill, Eaton, Olimens, XiaoBrill難 度n 氣液兩相管路中所遇到的變量多，在某些流動型態(tài)下流動很不穩(wěn)定，且難以識別。n 參數(shù)很難測準 常遇到的某些變量有：（ 1） 氣液流量（ 2）含氣率（ 3）氣液密度（ 4）管路傾角（ 5）流型（ 6）氣液相粘度 (7)表面張力等。若上述 變量每相均取 5個數(shù)據(jù)，則需取 59=200萬次實驗?；燧敼苈返奶攸c n 流型變化多 n 存在相間能量交換和能量損失 n 存在傳質(zhì)現(xiàn)象。 n 流動不穩(wěn)定。 氣液兩相管路的處理方法 l 均相流模型：均相流模型是把氣液混合物看成為一種介質(zhì)，因此可以把氣液兩相管路當成單相管路來處理。l 分相流模型：分相流模型把管路內(nèi)氣液兩相的流動看作是氣液各自分別的流動 : Martineli ， Duckler l 流型模型：首先分清兩相流的流型，然后根據(jù)各種流型的特點，分析其流動特性并建立關系式 :BeggsBrill, Eaton, Olimens, XiaoBrill熱物性計算n 黑油模型 n 黑油模型 n 凝析氣模型n 凝析油模型計算簡單、編程方便、運算速度快等 n 組分模型： 利用組分模型能夠準確地模擬管道沿線隨著溫度和壓力的變化氣液相間的質(zhì)量傳遞、凝析和反凝析、管段內(nèi)氣液相的組成以及管道內(nèi)是否形成水合物等復雜問題。 黑油模型 (Blackoil Model)n 需已知在工程標準狀態(tài)下的氣、液相對密度、氣油比、粘溫關系和管路壓力溫度條件，計算以經(jīng)驗公式和圖表為主。n 溶解氣油比 （ Solution Gas/oil Ratio） n 油體積系數(shù)（ oil formation volume factor） n 粘度 ：油粘度、氣粘度、油水混合粘度n 溶氣油的表面張力 n 比熱 n 油水混合粘度 :n 未形成油水乳狀液 :可以采用體積平均和 API 14B12方法 n 乳狀液 :n 愛因斯坦（ Einstein）公式n 凡德 (Vand)公式n 理查森 (Richardson)公式 n 愛因斯坦公式適用于體積含水率值不大于 ；其他公式用于體積含水率小于 組分模型l 根據(jù)混合物的組成計算壓力溫度變化時氣液相的密度、粘度、表面張力、壓縮因子等參數(shù)。l 前提條件：已知組成混合物的烴類和非烴類組分的摩爾百分數(shù)，除此之外不需要其他參數(shù)。l 一旦組成確定，流體性質(zhì)確定狀態(tài)方程 (EOS) n 利用狀態(tài)方程作為模型 n 利用液相逸度系數(shù)作為模型 n SRK方程 n PR方程 n BWRS方程 與熱力學關系式結合，計算物性（焓、氣液相密度、熵、比熱等）溫度計算及焓平衡方程 n 溫降計算：n 焓平衡方程計算基礎：能量守恒定律流型 — 流型測定方法簡介l 目測方法 l 根據(jù)對管線某種參數(shù)波動量測定的統(tǒng)計結果與流型建立某種關系，依此確定流型， Hewitt建議，按管路壓力波動量和 x射線被管路流體吸收的波動來確定流型。此外，還可在管內(nèi)放入探針，用探針與管壁間導電率的波動量來確定流型。l 根據(jù)輻射射線被吸收量來確定氣液混合物的密度和流型，包括： x射線照相和多束 γ射線密度計。水平管中的流型 n 埃爾烏斯流型劃分法較好地說明了氣液兩相流動的流型變化特點。埃爾烏斯把兩相管路的流型分為氣泡流、氣團流、分層流、波浪流、沖擊流、不完全環(huán)狀流、環(huán)狀流和彌散流等八種 不同學者具有不劃分方法和依據(jù)經(jīng)驗流型圖 216。 1954年， Baker最早提出一幅水平兩相流型圖 216。 1962年 Govier和 Omer提出了一幅流型圖 216。 1974年， Mandhane又提出了一幅流型圖 216。 布里爾流型圖 u 它們大都根據(jù)小管徑、低壓條件下的實驗數(shù)據(jù)繪制。當應用于大口徑、較高壓力系統(tǒng)時存在著偏差； u 不便于上機 u 縱橫坐標不一致不便于比較。 半理論方法得到的流型圖 n 76年 Taitel和 Dukler 模型n 對低中粘度液體較適用，但對高粘度液體的偏差較大 n 對間歇流和分散氣泡流的判別準則中，沒有考慮表面張力的影響。 n 把 作 為間 歇流 環(huán)霧 流的分界 線 ，偏高，與 實驗結 果不符。 n Barnea 流型劃分法n 各種流型模型水力計算方法提出的流型準化準則傾斜管中的流型 n 分層流與間歇流的過渡對傾角特別敏感 管路向下傾斜時很容易產(chǎn)生分層流，上傾時則易產(chǎn)生間歇流。常利用下傾管氣液易于分離的特點作兩相流管道的終點設備。如：分離器、管式液塞捕集器等。 n 管路傾角對分散氣泡流 /間歇流和間歇流 /環(huán)霧流過渡的影響不大。水力計算模型n 分相流模型 n LockhartMartinelli 壓降計算法：該法適用于管徑較小、氣油比不高的油氣混輸管路 n Dukler II 壓降計算法 ：只適用于水平兩相流管路，也沒有考慮加速壓降損失項。 n 流型模型 n Beggs Brill 壓降計算法 ：對持液率的計算結果偏大；在流型分界處持液率和水力摩阻系數(shù)的數(shù)值都不連續(xù)；只預測水平管線的流型，沒有考慮管道傾斜對流型的影響，其使用范圍還有一定的限制。 n Eaton壓降計算法 n Mukherjee Brill壓降計算法 n Oliemans 壓降計算法 n XiaoBrill模型 組合模型 模型及代 碼 流型劃分 相關式 持液率相關式 摩阻 壓 降 高程 壓 降 加速 壓 降DuklerEatonFlanigan(DEF) 無 Eaton Dukler