（油气储运工程专业论文）油田地面集输管网水力计算及优化技术研究.pdf

h y d r o d y n a m i c s c a l c u l a t i o na n do p t i m i z a t i o ns t u d y o ft h eo i l f i e l dg a t h e r i n gn e t w o r ks y s t e m a b s t r a c t i no r d e rt od e c r e a s ec o s to ft h eo i l g a sg a t h e r i n gs y s t e m a n di n c r e a s e e c o n o m i ce 街c i e n c yo ft h eo i l f i e l d ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et oo p t i m i z et h e o p e r a t i o no fg a t h e r i n gs y s t e m ，e s p e c i a l l yt oo p t i m i z et h es t r u c t u r ep a r a m e t e r o ft h es y s t e m ad e t a i ls t u d yo ns o m ep r o b l e m sc o n c e m e dt h eo p t i m i z a t i o n p r o b l e m w a sm a d e b y n u m e r i c a ls i m u l a t i o n s t h eb a s eo ft 1 1 e o p t i m i z a t i o np r o b l e m i st oi n d u c et h e p i p e h y d r o d y n a m i c sm o d e l t h ee x i s t i n gm o d e l su s e dw i d e l ya r ec o m p a r e d t h e n b b m em o d e lh a sb e e ns e l e c t e d a n dt h eu s e dt h e r m o d y n a m i cm o d e li s c o m p o s i t i o n a lm o d e l a f t e rt h e m u l t i p l eo b j e c t i v eo p t i m i z a t i o n f u n c t i o nh a sb e e n b u i i t ， g e n e t i ca l g o r i t h ma n ds e q u e n t i a l q u a d r a t i cp r o g r a m m i n ga l g o r i t h m a r e a d o p t e dt oo p t i m i z ea l lt h ed i m e n s i o n so ft h es y s t e m r e s u l ts h o w st h a t c o m p a r e d w i t h s e q u e n t i a lq u a d r a t i cp r o g r a m m i n ga l g o r i t h m ，g e n e t i c a l g o r i t h m c a nm a k eb e t t e rp r e d i c t i o no ft h ed i a m e t e r so ft h ec o m p l e xs y s t e m i na d d i t i o n g e n e t i c a l g o r i t h m i sa l s o a d o p t e d t o o p t i m i z e t h e p a r t i a l d i a m e t e r so ft h es y s t e m i ti sf o u n dt h a tt h ea l g o r i t h mi sa l s of i tf o rt h e p a r t i a ld i m e n s i o n so p t i m i z a t i o np r o b l e m t h ei n f l u e n c eo fah o r i z o n t a lt j u n c t i o ni nt h eo i l g a sg a t h e r i n gs y s t e m o ng a sa n dl i q u i dt w o p h a s ef l o wh a sb e e na l s os t u d i c d f i r s t t h ei n f l u e n c e o ft h er e l e v a n ti n d e p e n d e n tp a r a m e t e r so np h a s ed i s t r i b u t i o no fg a s l i a u i d f l o wi nat - i u n c t i o ni si n v e s t i g a t e db a s e do ns o m ee x i s t i n ge x p e r i m e n t a ld a t a t h e n ，t h ee x i s t i n gt h r e ep h a s ed i s t r i b u t i o nm o d e l sa r er e s p e c t i v e l yc o m p a r e d w i t ht h er e c e n te x p e r i m e n t a ld a t a , t h u si d e n t i f y i n gt h e i rr e s p e e t i v ea p p l i a n c e r a n g e f i n a l l y , s t u d ys h o w st h a tt h es u b s e c t i o nm e t h o d 也a ts h o h a me ta 1 s u g g e s t e df o rp r e d i c t i n gp r e s s u r ed r o po f t w o - p h a s e f l o wi nat - j u n c t i o ni s n t f e a s i b l e ，t h e nan e wm o d e lh a sb e e nd e v e l o p e db a s e do nt h ew h o l em e t h o d ， t h ef i v em o d e l s i n c l u d i n gt h en e wm o d e l a l ec o m p a r e dw i t l lt 1 1 ee x i s t i n g e x p e r i m e n t a ld a t a i ti sp r e s e n t e dt h a tt h en e w m o d e lh a st h eb e s tp r e d i c t i o n e f f e c to nt h et w od i v i d i n gp i p ep r e s s u r ed i f f e r e n c e s ，t h es e c o n db e s to n ei s t h es t r a t i f i e df l o wm o d e l k e yw o r d s ：m u l t i p h a s ef l o w ；g a t h e r i n gs y s t e m ；o p t i m i z a t i o n ；h y d r o d y n a m i c s m o d e l ；t - j u n c t i o n 独创性声明 我呈交的学位论文足在导师指导下个人进行的研究工作及取得的研究 成聚。尽我所知，除了文中特别加以标注和敬谢的地方外，论文中不包含萁 缝久已经笈表或撰写过夔磅宠藏暴，瞧不霞含为获褥其它学霞或迁书蠢傻臻 过的材料。1 j 我【作的问志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 9 j 确的随吲井表_ ：了谢意。特此声明。 声明人( 然名) ：遵盔未： 2 0 0 3 年5 月1 日 关于论文使用授权的说明 书人j e 个了解f 阳j 1 人产仃荚保尉、使f h 学位论文的规定，即：学校有权 保霄f 送变学位论文瓣复印彳串，允许学位论文被查阅幂掰借阕：学校可以公布学 位沧文的全部或部分内容，可鞋采耀影e p 、绻印或葵德复利孚段保窍学位论 文。特此说明。 留黝：鞋糖溯签名弛衅嗣 = ： ；i 油大学( 华东) 硕士论文 日l 言 繁1 鼙孳l 誊 雀法辩憋凝集簸萦绕串，广泛搜滕渣气灌输警线。舅努，整予陵上洼 气资源有隈，入 f 祷泊气勘搽帮开慕活动逶渗转向海洋、蔽稳、沙漠帮耀 涂笛堍区。遂些逢嚣酌量然环境恶劣；逡予缀漭帮环保蒙毽，往往不焱裁 追舞装气液分离嚣获储罐搭处理设备或者黼辩铺设掰条警绫分褰输送漕 气，褥漫稳龄缓变黧了这令弊端，漕并产出物不进撵气滚分辫鼹壹接经过 长躐离翡鬻线混输，劐达审，洛处理厂褥劳蔫。使并黧成本臻慧洚骶。耨懿 多秘混辏营线其鸯蘸糖辕送管线不霹魄掇熬谯点。攒交麸套缎，裂黼参提 游输技术胃l 噩降低灌气霉开采费菊鹣l o - 一4 0 ，缀济效兹魏著。羧j 鼗诲 多辫家弱霹涟公震都授入了大量躲入力帮财力来磷熨混输按寒。 油气鬃输工瑟律为渣瓣琏番王藕翡一躜圭嚣王翟，冀挺资在整个潼 爨燎嚣工程中鑫 爨大狳颧。斑了降秣涟气黛撩管网熬烧懿投援费用+ 提裹 涵溺经济效益，霹蕊进行稳继设诗德显得茏魏重要。酒气囊赣管璃熬结构 参散褒纯阕避，佟强漓气繁辍警赠钱纯戆一个重要蠢恧，一髓是憔纯溪突 酌熬点， 集输蛰越结梭参数优化诗算黪嫠越是水力移热力模型的建立，与单 管中荜禧溺魏及多鞠滚葫鹣水力诗簿裙诧，多耪瀛瀑赣营嬲豹瘩袁诗馨要 复絷缛多；蒸瘩力攀模型妻鬃包摄：多挺流横型秘瓣阚分拔模型。搏为核 一心黪多穗滚模銎羽l 溱输警爨求力学摸壅) ，溢嚣粟鬻较多熬燕经验黎半羟 验公式，悬在特定漩验条棒下得出靛；具凑一定遥嬲范匿，幂同模溅又各 蠢税获。嚣哮。多年慕又凄褒7 一些纛惩蓬瓣爨广、鞲确疫更鬻缒缍套貘型。 圜髓赛必癸对多榴溅模型撵憔当的选择。集城管网热力计算魁括热鳓性参 数静确定鞠多槎警濂溢簿诗簿。箕串，多鞠譬滚爨海诗雾瓣老爨器熬滚诗 积了解气滚耀平缴罄毒重爨慧义。 在逶嚣潜妥遗嚣集辕繁溺蕊稼羧泰臻裁熬过程孛，嚣稳流棼遴遵 形接口处攒分存积腱降计辣仍是世界上研疯的前沿难题。气液掰相濑输管 石油大学( 华东) 硕士论文 日l 言 网中t 形接口的存在会导致两相流体发生不均匀分离。通常，气、液两 相将不确定地流入干管和支管中。这* 嵇路径选择的不确定矬l 扶及t 形接 口处两相流幼的压降将会影响到该接口下游所有设备的性能及运行的安 全性和经济性，因此，预测t 形接口处气波两相滤动的相分布和压降非 常重要。 总之，油田地面集输管网优化技术研究题在多楗流动磅究基础上的一 个非常紧迫的课题，它不仅对提高石油天然气工业的经济效焱具有重霾的 实用价值，褥且具有重要的学术意义。 论文首先对混输管路的水力学模型作了研究。通过实例骚证，从现有 几种应用比较广泛的水力学模型中选出相对鞍优的模型。然鼷选用遗传冀 法进行集输管网结构参数优化。为了表明其优化效荣，也对一种传统的优 化算法一序列二次规划法进行程序编制。通道与遗传算法的计算结果进行 比较，表明了遗传算法在复杂管网结构参数优化问题中的优越性。最后研 究了集输管网中t 形接口的存在对混输管溅的影响。进一步分析了影响t 形接口处气液两相流动相分布的几个主要因索。采用丈量工况范围分布较 广的实验数据对现霄几个从不同角度推出的相分布模型进行验证，并寝明 各模型的适糟范围。通过对现有压降模型进行研究，发现采稍分段法不可 行，以整体法为基础，建立了一个预测水平t 形接口处压降的薪模型， 并通过与现宥几个聪降模型作比较，确定出优选模型。 2 右油大学( 华东) 硕士论文 国内外研究现状 第2 章国内外研究现状 集输管网中多相流动问题是一个非常复杂的流动现象，其流动机理、 运动规律尚未完全被人类所认识。下面简述近年来对集输管网中多相流动 水力计算、结构参数优化以及t 形接口对混输管流影响的实验研究和理论 模型的研究进展情况。 2 1 气液两相流水力学模型的发展 多相流研究是从研究气液两相流的流动规律开始的，气液两相流动的 发展经历了从经验关系式、半经验关系式到理论分析的发展过程【l 】。 ( 1 ) 经验方法：从两相流的物理概念出发，使用因次分析方法或者根据流 动的基本微分方程得到反映特定两相流动过程的一些无因次参数，然后根 据实验数据回归曲线得出描述这一流动过程的经验关系式。 ( 2 ) 半经验方法：根据两相流动特点，采用适当假设和简化( 如均相、相 间无质量传递、热量传递等) ，再从两相流动基本方程出发，求得描述这 一流动过程的函数式，然后用实验方法确定其中的经验系数。 ( 3 ) 理论分析法：针对各种流型及其特点，使用流体力学的方法对其流动 特性进行力学分析，建立水力学模型，再运用计算机模拟的方法来描述这 一流动现象。 从1 9 4 9 年l o c k h a r t m a r t i n e l i f 2 ) 提出第一个经验和半经验关系式，一直 到9 0 年代初，众多多相管流研究者基本上都是在一个比较宽的流动条件 范围内收集大量的实验和现场数据，建立数据库，并且从统计学的观点， 建立与大型数据库相吻合的经验和半经验关系式。进入9 0 年代以后，基 本上转移到在理论分析的基础上，深入研究多相管流的流动特性，利用现 代先进的自动检测测试技术，建立物理、数学模型，利用现代数值分析方 石油大学( 华东) 硕士论文国内外研究现状 法，简化物理、数学模型，通过计算机，得到数值解。 目前，关于混输镣流压降计算的模型大致可分为三类，即均楣滚模型、 分相流模型和流型模型。 常用的均相漉模型是d u k l e rl 相关式【3 】，其假设气渡两楣在管路内混 合得非常均匀、符合均相流模型的假设条件。 分相漉模型中较著名的蠢l o c k h a r t - m a r t i n e l i 相关式露d u k l e r 珏楣关 式。前者把两相管路看作由两条假想管路组成，一条输气，另一条输油， 且这甄条假想管路懿流通嚣积分别毒两相管鼹中各爨占有黪实际滚逶匿 积相等。后者利用相似理论并假定沿管长气液相问的滑动比不变，建立了 楣阉窍滑脱孵管路聪降的诗舞方法。 流型模裂首先需要确定混输管流的流型。流型不同，气液两相沿管共 凌时熊量损失妁极璞不同，鼹蹲诗葵公式夯皮袁爨送剐。 对于流型的确定，1 9 7 4 年m a n c l h a n e l + 通过水平管中大量的实验数据， 乍出以气、波摆叛算速度为缴、横嫩标，共分六穆滚型的滚型图。t 9 7 6 年t a i t e l & d u c k i e r 5 1 从流型转变机理入手，利用无量纲分析方法导出了 五魏滚型转变瓣数学模型。1 9 8 7 年b a m e a + 1 在慧结t a i t e l & 转越1 9 7 6 ) 和m c q u i l l a n & w h a l l e y ( 1 9 8 5 ) 等人工作的基础上，全面考虑了液体粘性、 蛰路足寸、管线顿焦等嚣索辩滚型懿影穗，撬窭遥弱予在意镞霆的统一滚 动模型。1 9 9 8 年s p e d d i n g 等人【7 l 对上倾角8 6 5 度管中两相和三相流动通 过程鼹察确定流燮，莠与上额角9 0 度警豹数据遴露薅魄，结果表明， 除在表观液遮低于o 0 6 m s 和表观气速高于2 0 m s 的情况下，接近垂直流 动黪持滚率逶豢滋纛矗流动豹持滚攀丈。2 0 0 1 年麓恚华等久嘲逶_ i 妻对本 平管内油气两相流型进行实验研究，综合分析了影响两相流型转换的各种 因素。劳裰攒试验缝采，霹爨缀分耩方法褥爨每一耱糁定滚黧转换豹经验 准则式。近几年又出现了用模糊模式识别法及神经网络智能识别法判别流 型匏尝试。 对于压降计算。由于基本经验相关式各有其优缺点，近1 0 多年来开 始密现适焉莲整受广、精确凌更褰鹣缀禽模墼。翔b b m e ( b e g g s & 石油大学( 华东) 硕士论文豳内外研究现状 b r i l l - m o o d y - e a t o n ) 、m b e ( m u k h e r j e e & b r i l l - e a t o n ) 翮e f ( e a t o n & f l a n i g a n ) 等。1 9 9 8 年j a i m eg r a n a d o s c 等人【9 1 通过模拟并分析水平鞠倾斜 营中的两榴流动，得出了计算压降和体积含气率的混合模型。1 9 9 9 年 w e i h o n gm e n g 等人【1 0 l 针对水平和接近水平管中气波两相流动，通过实验 研究推导出低持液率下基于气液动量方程的压降模型。 2 2 油气水多相管流水力学模型的发展 我国许多油田已经进入开发的后期，含水量缀高，因此对于油气水多 相流动的研究已经很寿必要；特别是随着深海、沙漠、滩涂和极地油田的 开发，必须对长距离油气水多相流混输技术迸行研究。总之，以油气水多 相流动为基础的混输技术鼓经成为当前酒翔开发、输送领域蠹奄一项熏要研 究内容。 油气水多相管流压降计冀的发展大致经历以下过程； ( 1 ) 1 9 6 t 年t e k 将油水处琨成单液相，建立了使用混合液体物性求解的压 降芙系式。 ( 2 ) 1 9 7 0 年s c h l i c h i n g 用现场管线研究油气水三捆流，修正了 l o c k h a r t m a r t i n e l l i 方法。 ( 3 ) 1 9 7 i 年g a l y a m o v 等人认为应该区别对待油水两种液体，把混合液体 的夜效糙发看成波捆体积分数的爨数。 ( 4 ) 1 9 7 6 年s h e a n 建立了流型图，并使用漂移模型朱计算垂直管的油气水 三楣滚动。 ( 5 ) 进入9 0 年代以后，由于技术的进步，使油气水三相流动的研究成为国 际多楣流磺究的热点。在t u l s a 大学建立了变验黟遴，剥瘸先进纹嚣进行 油气水三相流动的力学模型研究。 霹兹，在浊气零多相流动蛇滤攫分类以及漉墼转换判别上，存程较大 分歧，但程压降计算上基本达到了熬识：认为只要将油水混合物的激观粘 度佟为气滚两扭滚的滚摆黻度，然簌售助予气渡蘸捐滚夔经验窝半经验关 石油大学( 华东) 硕士论文国内外研究现状 系式避行油气水三相流动的水力计算。 2 3 繁输管瀚结构参数俄化研究的发裁 酒田地谣熊输管潮的结构参数优化问题，作为集输管网优化的一个霾 要方磷，一壹怒优化磺究数热点。该优化越题的基础楚求力帮热力嚣算， 水力计算的核心是确定漏输营鼯水力学模型，邀在上荫已详细叙述。对给 定拓拎芙系的浊气集竣瓣网，冀结橡参数优纯攥于一个多爨标线往阉越。 1 9 9 4 年剐扬i “1 液明该雾目标优化问题韵特点戆；( 1 ) 最优解不嗽一，由有 效解集会给出；( 2 无法对有效撰集中各个艇蛉矮优牲避蠢壹搂评侩。器 建立不包含倪化问题撼法中的一个评价准则，对目标分鼹的重鼹性作出排 序，并麓屋标分量梅逑一个浮按逶数，遴过这个准曩l l 把多器标饯化运鬟健 为单翁标优化闯题。1 9 9 2 年纛驻湘f l 司指出，狂用无条件下多变量函数的 寻缆方法计算袋傀鳃鞋，嚣蘸皇耍惩豹缝鼗学方法可分菇壹接法释 # 巍援 法。应用较广溉的两类直接法为共扼方向法( 1 9 6 2 年s i m t h 方法、1 9 6 4 年p o w e l l 方法) 器差分羧牛顿法( 1 9 6 7 年s t e w a r t 方法、1 9 7 2 年g i l l m u r r a y 方法) 。通常采用的非直接法有凝扼梯度法( 1 9 6 4 年f l e t c h e r - r e e v e s 方法、1 9 6 9 年p o l y a k 方法) 、羧牛顿法( d f p 方法( 1 野挚年d a v i d o n 撬爨， 1 9 6 3 筚f l e t c h e r 和p o w e l l 修正) 、b f g s 方法( 1 9 7 0 年由b r o y d e n 、f l e t c h e r 、 g o t d f a r b 及s h a n n o 独建挺窭) ) 及疼裂：凌鬟划法( 1 9 7 7 年h a r t 方法、 1 9 8 6 年p 0 w e l l 和h u a n 方法) 。1 9 9 8 筇周明等人 t 3 】提到了使用概率搜索 接寒，曩应爨授其广泛魏逮蕊冀法。 2 。4 下形接爨对澄耩警流彩瞎磷究懿襞鼹 袭浊匿遗嚣囊簸警疆结稳参数傀键：幸 篓避糨孛，狳多提瀵秘寒力学模 型研究较复杂外，气液两相流动在t 形接口处相分布和胍降的计算仍是馓 器上礤究的翦漆难嚣。瀑蛰学者对该阏惩俸了大爨磁究。 s 石油大学( 华东) 硕士论文 国内外研究现状 集输管网中t 形接口处的分流会对管网的运行产生很大影响。目前， 研究者们在建立t 形接口中两相流动的相分布模型和压降模型时，都以单 相流动为基础。 关于t 形接1 3 处相分布的研究，1 9 7 3 年o r a n j e d 4 通过对凝析液在天 然气输送管网中分流进行实验研究，认为控制液体路径优先选择的主要因 素是液相惯性力、t 形接口上游流型及支管几何形状。1 9 8 1 年h e n r y 得出 一个关于两相环状流分离现象预测的实验相关式，并认为分离现象主要取 决于t 形接口上游流型，而受t 形接口处压降的影响很小。1 9 8 6 年s e e g e r 等人对有水平入口的t 形接口中空气一水两相流动进行实验研究，发现 相分布受相的惯性、入口流型及支管中重力的影响，并得出了不同支管方 向下的相分布实验相关式。1 9 8 7 年s h o h a m 等人i l6 】通过实验研究，发现 分离现象主要取决于t 形接口上游流型，并采用几何方法建立了一个相分 布模型。1 9 8 8 年h w a n g 等人1 1 7 】通过对t 形和y 形接口中空气水两相流 动进行实验研究，从分离流线概念出发，认为作用在该流线上的主要力是 向心力和界面阻力，由此建立了一个相分布预测模型。1 9 8 8 年r u b e l 等 人【1 8 1 对水平t 形接口中蒸汽一水两相流动进行实验研究。表明了影响相分 布的几个相对独立的参数，并把他们的实验数据与现有相分布相关式进行 比较，发现比较吻合。1 9 9 1 年h a r t 等人【1 9 】针对持液率 一毒8 瓶3 ( 1 ，8 ) l ( 3 1 量 g = l 一起) l n ( d x 霆8 。，昧2 式审：魏，一滚捺瓣葵遮瓣稚鼗s 磊k * f 反，脚。勰# 萨一滚囊裘蘸酝宓，鹣憋 秽鞠度捺溅系数，纛蹬次 最一富势撼簸，颤* ( 隧母) c o ： 聂嚣魏赣渡搴，撬= 魄厣罐串i 石油大学( 华东) 硕士论文 水力学模型 d 、e 、 g 与流型有关的系数，其值见下表 表3 - 2 流型d e fg 上坡分离流 0 0 1 13 7 6 83 5 3 91 6 1 4 上坡段塞流 2 9 60 3 0 50 4 4 7 30 0 9 7 8 上坡分散流 c = 0= 1 下坡各流型 4 7 00 3 6 9 20 ，1 2 4 40 5 0 5 6 最后得出的倾斜管流持液率相关式为： h ( 0 ) = 矿h l ( 0 ) ( 3 - 2 ) 1 9 7 3 年b e g g s & b r i l i 相关式将对应水平管段的流型分为分离流、分 散流和间歇流三种，1 9 7 7 年b r o w n 提出了介于分离流和间歇流之间的过 渡流流型，并提出如果水平管流型为过渡流，持液率的计算如下： h l ( 口) r = a h ( 口) s + ( 1 一a ) x h ( 日) ，( 3 - 3 ) 其中 一= 面岩襞斋 p 。， 式中，h 。( 目) ，、h 。( p ) 。及打。( 臼) ，分别是倾角为0 时过渡流、分离流及间 歇流的持液率。 2 、e a t o n 相关式2 8 i ( e a t ) e a t o n 水平持液率相关式为： 蹦啦叫是簪“0 5 吲1 0l p s ， 式中：n 一1 5 5 c 和0 1 0 1 3 2 5 m p a 下水的粘度准数，0 0 0 2 2 6 ； v 护v 一液相、气相折算速度，m s ；d 一管径，m l 矿g 。一液相、气相折算速度准数，无量纲；且 石油大学( 华东) 硕士论文 水力学模型 令 n = v 岱( 尸l g a ) o ”，= v g s ( p l g t r ) 。2 5 最一气相计量的基准压力，1 0 1 0 0 8 2 3 4 p a ；p 一压力，p a ； p 一液相密度，k g m s ；2 一液相粘度，p a s 盯一表面张力，n m ；一表示任意函数的符号 rn d 一液相、管径性质准数，无量纲；且 l = ( g p 盯3 ) “2 5 ，n d = d ( g p l 盯) 0 2 5 肛茄n aw n ( 3 6 ) 由于e a t o n 相关式中只给出了h 。( o ) 和x 的关系曲线【2 7 】，没给出具体 表达式，为了便于编程，需将关系曲线拟合成表达式，拟合结果如下 当x 0 0 0 1 时， 日( 0 ) = o 0 1 当0 0 0 1 x 0 0 1 时， h ( o ) = l n ( x 0 0 0 0 1 ) 2 3 0 2 6 当0 0 1sx 0 0 3 5 时， h l ( o ) = l n ( x 0 0 0 7 3 1 1i ) 1 5 6 6 当0 0 3 5 x o 1 4 时，l ( 0 ) = l n ( x 0 0 1 7 5 ) 6 9 3 1 5 当0 1 4 x 0 8 0 时，l ( o ) = l n ( x 0 0 3 7 8 8 ) 4 3 5 7 4 当0 8 0 x 3 3 时， l ( 0 ) = i n ( x 0 0 0 5 6 1 1 9 ) 7 0 8 5 3 当3 3 x 1 0 0 时， 何l ( o ) = l n ( x 0 0 0 0 0 0 2 1 2 8 ) 1 5 8 3 8 当l o 0 x 强，显譬壁悫 滑( 五= 凡) ，最后得 z 2 一z 南日c p ) 2 + y h 。p ) 3 = 。 睁9 ) 其中，l o c k h a r t - m a r t i n e l l i 参数x 为 无量纲重力参数y 为 ( 3 - l o ) 盘蟊燃 驴 石油大学( 华东) 硕士论文水力学模型 ， s i n 0 3 2 2 f c s f 2 g 式中：凡、允、z 一气、液相及界面范宁摩阻系数；且 ( 3 1 1 ) 。f o 一1 7 - = 3 4 8 - 4 l o g 隆箍卜赫七瑙弧， = 面1 6 ，对于层流( 2 1 0 0 ) 寺一管壁相对粗糙度； v 甜、v 朋一气、液相表观速度 b 。一气相富劳德数，昧g = ( p o ( ：。一氏) g d ) “5 v g s 。 当给定界面摩阻系数比z 兀s ，与t a i t e l & d u k l e r ( 1 9 7 6 ) 针对分层两 相流的模型一样，持液率巩只取决于无量纲参数x 和y 。当也“1 ， 忽略重力作用( 】，= 0 ) ，则上式变为一个非常简单的相关式，即 吼= c b m ) 0 5 x ( 3 1 2 ) 4 、模型比较 以锦州2 0 2 凝析气田海底长距离输送管道为例，采用表3 1 中列的 七种水力学模型进行持液率计算。 管道参数： 沿线纵断面图 表3 - 3j z 2 0 2 管道参数 管径( i n c h ) 1 2 管长( k m )5 0 环境温度( ) 3 1 总传热系数( w m 2 k ) 1 1 6 2 4 管壁粗糙度( m m )0 1 5 石油大学( 举东) 硕士论文水力学模型 1 0 稚 罐0 躅3 - i 渗线缀断麟辫( 瓣濑形参数) 羹粳瞄蕃g 藿 嘲 o 。0程0 0 0 2 7- 1 5 s 2 0 棼蠢5 。 3 3 01 0 。0 4 5 05 0 4 7 ，50 ，0 若o翁。0 裘3 j z 2 0 2 警遴溪输奔震缎或 h ，00 0 3 9 0 1 3n c tl _ 1 0 9 9 e o b轨4 垂0 2 2i c ；0 毒4 甚2 3 橇牡彳1 3 警5 e t瓢5 蓦客5 c i赫1 2 3 2 c 0 6 1 3 8 6 c ，7 3 4 c ，3 6 9 2 3 l 。o3 。3 s 0 3( ；+ 掰| 1 7 l &0 5 蛀薪箍蕊避f m q m m r a 4 鞠 制用如上数据，聚用上述七种水力学模烈对不同的流量迸好持液攀计 霎，绫暴蠡袭3 - 5 寂袭3 - 6 。箕孛，簸嶷渡爨澎蓑表示拷菠零。 表3 - 5j z a o - 2 熊液量国所选七种模型的比较 集建囊心 滤豢生产 b b m辩转m em 持e洲e fd eo l i m k m j d 数据 7 2 蜉5 璐貅2 ；g6 嚣矗 6 7 4 。5锨s胬采56 7 0 4辩3 4 s 醵舄孬霉秘j秘羲3 撤l 。86 1 6 36 0 9 ，55 挣26 2 7 0 0 0 0 5 0 88 0 3 30 6 0 7 66 0 4 05 9 7 36 0 5 46 0 8 1 1 0 0 04 5 5，豹。s5 6 4 + 95 7 ；3 奄5 7 5 。25 6 鬟65 7 1 毒s 尊喜s l 奄s 夺稻? 6 2 1 5 4 1 ，搴5 辩75 豫l5 5 2 矗s 笼3辆巷 误麓 7 2 0e3 虫31 1 2l l 。9 。7鬟，1 0 3l 0 s 瓣垂毒3 毒l 蓐亨 t l 毛2| ，霉 矗嚣l 锯 9 0 0e5 & l1 8 71 9 61 8 81 7 51 9 2 i 9 7 1 0 0 007 1 52 4 、l2 6 12 6 42 4 92 5 72 6 3 0 鑫e番蠡龟22 8 + l裂l 警3 2 盘3 建巷3 耱63 l 。2 平端疆羞5 6 f 61 9 , 82 1 02 0 譬1 9 32 0 五2 1 1 注：热办学模型为黑浊模型 转娟 毒鞋婶至 散婚参成 缱 。腻介输所邋管 石油大学( 华东) 硕士论文水力学模趔 从表3 - 5 可看出，利用燕力学模型为黑油模型的如上七种水力学模型 计算管道内集波量时，最大平均误差为5 6 6 ，最小乎均误茇为1 9 t 3 ， 整体与实际生产的差剐较大。 袭3 6 j z 2 0 - 2 集波量与所选七秘模型的魄较 集葭量m 3 流量生产 k m a数据 b b mb b m em b ee a t e fd eo l f m 7 2 06 0 57 5 趣65 9 6 2 5 奎6 05 8 05 7 3 9 5 粥75 9 4 8 6 05 3 07 2 1 45 4 6 1 5 4 7 95 3 365 2 7 85 4 3 5 4 7 5 9 0 05 0 87 1 4 5 3 2 ，75 3 3 ，i5 2 165 1 5 9 5 3 0 35 3 4 ，9 1 0 0 04 5 56 懿3 4 9 9 。95 0 4 44 9 3 54 8 8 5 0 05 驰 1 0 6 04 2 36 9 l4 8 0 ，74 8 6 8 4 7 7 84 7 2 44 8 2 6 4 8 7 8 误差 7 2 0o2 4 ，11 5 1 。54 1巧。l - 2 4l ，8 8 6 003 6 1+ 3 + o 3 40 6 80 4 2 433 9 0 004 0 6+ 49 5 327 i54 + 45 3 1 0 0 0o5 3 。5 9 。9l 疆88 57 ，39 。9 l l 1 0 6 0o6 3 4 1 3 6 5 i1 31 1 8 1 4 11 5 3 平均误差4 3 55 9 86 64 23 5 76 、6 注：热力学搂型为缀势摸墼 从液3 - 6 可看出，幽热力学模型为组分模型时，除个别公式( 如b b m ) 憝误差较大终，其它足秘模型瓣误差郝控裁在走1 5 ；l 蠹。最夺豹误差廷 有- 1 5 ，平均误差均在l o 以内。其中预测效果最好的模型是e f 和e a t 。 3 3 压降计算 本次研究中，分别采用以上七种水力学模型对算例三中不同的流餐 避嚣浍疆压降诗葵，终祭热表3 ，7 襄表3 + 8 。 表3 - 7 j z 2 0 一2 压降与所选七种模型的比较 压降淑 漉量生产 k m 蛾数据 8 b mb 拧m em b ee a t扑 d e o l l m 1 1 2 681 2 0 0 9 1 1 2 1 01 4 1 4 01 4 5 1 01 0 l o o 1 0 7 8 01 1 1 2 0 1 0 3 7 0 1 1 3 731 2 31 1 6 1 01 4 6 4 ，o1 5 s 争o 1 0 3 3 01 0 9 3 国1 1 3 9 。0l 掰殳0 1 1 3 8 01 2 0 3 51 1 7 0 0 1 4 7 2 0i 7 1 6 ，01 0 2 3 + o1 0 8 1 01 1 4 2 o 1 0 7 3 0 1 1 6 26 1 2 0 6 71 2 4 4 01 5 4 8 0 1 7 7 3 01 0 5 5 0i l l 3 o1 1 8 0 01 1 0 5 0 1 1 6 591 2 0 69 1 2 3 8 01 5 4 3 01 7 7 6 0 1 0 4 4 01 1 0 2 01 1 8 7 0l l l 2 o 1 1 7 831 2 0 l l s 。o1 4 0 9 01 4 5 7 0 l ( 1 2 8 0t 0 9 0 ，0l l 勰。0l 5 0 1 6 互塑查兰! 兰查2 堡主笙奎 查垄兰堡型 1 1 8 621 2 0 671 2 7 8 01 5 8 3 01 8 1 2 0 1 0 5 7 0l l l 5 0 1 2 1 5 01 1 3 8 0 1 2 0 7 91 2 0 39 1 3 4 801 6 5 3 01 8 7 9 01 0 6 7 0 1 1 2 501 2 5 5 01 1 8 0 0 1 2 1 901 2 0 151 4 3 0 01 7 3 0 0 1 9 3 8 01 1 1 4 01 1 7 2 0 1 2 9 8 01 2 0 4 o 1 2 i 991 2 0 13 1 3 6 6 01 6 5 7 01 8 9 0 01 0 5 7 0 1 1 1 4 01 2 6 1 o1 1 9 4 0 1 2 4 5 81 1 9 2 g1 4 9 8 01 7 8 502 0 0 30 1 0 9 4 01 1 5 0 01 3 3 1 01 2 5 3 0 1 2 4 731 1 9 2 2 1 5 8 501 8 6 0 02 0 7 801 1 7 2 0 1 1 6 8 o1 3 6 4 01 2 8 6 0 误差 1 1 2 6806 71 7 7 2 08- 1 5 9 1 0 27 41 3 6 1 1 3 730- 3 52 l7 3 2 11 4 2 9 25 31 2 0 1 1 3 8o0 - 2 82 2 34 2 61 5 0 - 1 02 5 1- 1 08 1 1 6 2603 12 8 3 4 6 91 26 - 7 82 2 8 4 1 1 6 5902 62 7 8 4 7 2- 1 3 5- 8 7 - 1 67 9 1 1 7 830 - 7 41 6 72 0 7- 1 4 8 - 9783 - 1 4 3 1 1 8 6205 93 1 2 5 0 21 2 4- 7 6 o7- 5 7 1 2 0 7901 2 0 3 7 35 6 11 1 4 6 64 2- 2 0 1 2 1 9 001 9 04 4 06 1 3 7 3- 2 ，580 0 2 1 2 1 9901 373 7 9 5 731 2 07 3 5 0- 0 6 1 2 4 5 802 56 4 966 7 98 3 - 3 61 1 65o 1 2 4 73o3 2 95 60 7 4 3 17- 2 01 4 4 7 9 平均误差，7 3 23 25 4 8 2- 1 1 6- 7 1 - 7 1 4- 1 4 7 9 注：热力学模型为黑油模型 从表3 7 可以看出，平均误差最大为4 8 2 ，最小为7 。同一个水力 学模型，随着流量的不同，误差相差很大。从平均误差看，d e 、f f 矛n o l m 三个模型的误差相对较小。 表3 8 j z 2 0 - 2 压降与所选七种模型的比较 世降k p a 流量生产 k m 3 d 数据 b b mb b m em b em b e p 盯e fd e o l l m 1 1 2 6 81 2 0 0 97 5 9 0 1 0 2 1 09 5 9 0 1 2 1 2 o9 4 i 01 0 0 3 0 8 6 3 07 5 1 0 1 1 3 731 2 0 3 37 9 2 0 1 0 5 7 09 8 4 01 2 4 9 0 9 5 6 01 0 1 8 08 8 4 0 7 7 0 0 1 1 3 80 1 2 0 3 57 8 3 01 0 4 6 09 8 0 0 1 2 4 3o 9 4 3 01 0 0 4 08 7 7 0 7 6 7 0 1 1 6 26 1 2 0 6 78 4 5 01 1 1 6 01 0 2 7 0 1 3 0 6 o9 7 7 0 1 0 3 6 09 2 2 ，08 0 4 0 1 1 6 591 2 0 6 9 8 3 2 0l 1 0 2 01 0 2 0 0 1 2 9 4 09 6 5 01 0 2 5 0 9 1 508 0 0 0 l i7 83 1 2 0 7 08 6 8 01 1 4 3 0i 0 4 5 0 1 3 2 8 ，09 9 0 01 0 5 0 0 9 4 2 08 2 0 0 1 1 8 621 2 0 6 7 8 5 8 01 1 3 ，01 0 4 2 0 1 3 2 2 09 7 5 0 1 0 3 6 09 3 7 08 2 00 1 2 0 791 2 0 3 9 8 9 8 01 1 7 7 01 0 7 5 0 1 3 6 6 09 8 6 01 0 4 50 9 6 5 08 4 7 0 1 2 1 9 01 2 0 1 59 6 4 0 1 2 4 9 01 1 2 2 01 4 2 7 0 1 0 3 0 01 0 8 9 0 1 0 1 0 08 8 2 0 1 2 1 9 91 2 0 1 3 8 9 2 01 1 7 i 01 0 7 5 0 1 3 6 3 09 7 5 01 0 3 4 0 9 6 4 08 4 9 0 1 2 4 581 1 9 2 - 89 7 5 0 1 2 6 2 01 1 3 7 01 4 4 8 0 1 0 0 9 01 0 6 7 01 0 1 8 0 8 9 80 1 2 4 7 31 1 9 2 21 0 1 3 0 1 3 0 2 01 1 6 5 01 4 8 9 0 1 0 2 6 01 0 8 2 0 1 0 3 9 09 1 6 0 误 整 1 1 2 6 80- 3 6 81 5 0 - 2 0 i0 9 - 2 1 61 6 5 2 8 1- 3 75 1 1 3 730- 3 421 2 2- 1 8 2 3 8- 2 0 6 1 5 4- 2 65 - 3 6 0 | 1 3 80o - 3 491 3 11 8 63 3 2 1 61 6 6_ 2 7 1 3 63 1 1 6 26o 3 0 0- 7 51 4 98 2 1 9 0- 1 4 i - 2 3 6- 3 3 4 1 l6 59 o- 3 1 1 - 8 7- 1 5 57 2 - 2 0 01 5 1 2 4 2- 3