矿场集输管路-2

三 水平气液两相管路的压降计算 我国常用的两相管路压降计算式 杜克勒压降计算法贝克压降计算法 1 我国常用的两相管路压降计算 它是按均相流模由能量守恒方程推导而得 均相流模型是把气液混合物看成为一种均匀介质 从而将气液两相管路当作单相管路来处理 在均相流模型中作出了两个假设 气相和液相的速度相等 气液两相已达到热力学平衡状态 气液相间无热量的传递 流动密度仅是压力的单值函数 压降计算式推导的简要说明 压降计算式推导的简要说明 1 压降基本计算公式 式中p1 p2 管路起 终点压力 Pa 气液混合物粘度 Pa s Z 气体压缩因子 T 管路平均温度 K G1 液体质量流量 kg s L d 管长和管径 m Ra 空气的特性常数 287 0J kg k 气液质量流量之比 g 气体对空气的相对密度 C n 由流态决定的系数 上式中主要符号的意义 2 实用压降计算式 层流 C 64 n 1 适用于液相原油粘度大于50mPa s的油气混输水平管线的计算 紊流光滑区 C 0 3164 n 0 25 可用于考虑粘度影响的两相或三相流动 水平管的水力计算 2 实用压降计算式 混合摩擦区 C 0 107 n 0 123 2 实用压降计算式 粗糙区 C n 0 水力摩阻系数 在粗略计算中可取0 025 0 0371 当气液两相滑差较大时 应取较大的 值 2 实用压降计算式 实践证明 粗糙区公式适用于原油粘度在50mPa s以下 气油 液 比在120m3 t以内 原油含水不超过10 混输流速为l 5m s的管线计算时 误差不大 当混输流速在l 1 5m s以下 原油含水较高时 误差较大且计算值偏低 2 实用压降计算式 3 流态的判定 计算两相管路压降时 需根据雷诺数确定流态 流态的确定方法同单相液体管路 雷诺数可用下式计算 我国各油田在进行两相混输管路计算时 习惯上采用粗糙区的计算公式 并按各自的经验选取合适的 值 如 大庆油田认为 取 0 03 应该指出 随管路压力的降低 溶解于原油中的天然气会逐渐释放出来 气体的质量流量和流速都会增加 管路流态 油气物性等一系列参数均会改变 所以在计算较长的两相管路时 应将管路分成若干管段 我国常用两相管路压降式的应用问题 2 杜克勒压降计算法 1 研究思路在美国石油学会和美国煤气协会赞助下 休斯顿大学的杜克勒等人于1960年开始进行较大规模的气液两相管流研究工作 1964年开始发表了他们的论文 1969年出版了研究报告 杜克勒等人对水平两相管流的研究过程大致分三个阶段 收集已发表的气液两相管路实验和实测数据 建立数据库 500多篇论文 20000多个数据用数据库中的数据评价已发表的气液两相流计算方法 检验六种计算方法 无一令人满意 相对而言 洛 马法优于其它几种 但误差随管径的增加而加大 贝克法对大口径 高粘液体的两相管路误差较小利用相似理论建立了压降计算的新方法 杜克勒对水平两相管流研究的三个阶段 杜克勒在建立压降计算方法时 根据气液两相的速度是否相同 相间是否存在滑脱损失 把两相管路压降计算法分为两种情况 即杜克勒 和 压降计算法 杜克勒法的划分 杜克勒 法假设气液两相在管路内混合得非常均匀 符合均相流模型的条件 可把气液两相管路当作单相管路进行水力计算 只是在计算中用气液混合物的各项参数取代单相流体的参数 即管路的压降梯度用达西公式计算 2 杜克勒 法 2 杜克勒 法 2 杜克勒 法 杜克勒认为 流体沿管长流速的变化还将产生由加速度引起的压力损失 其计算式为 管路的平均压力 2 杜克勒 法 管路内由于流体速度变化所引起的压力损失 与摩阻损失相比 一般很小 常可忽略 例如 一条直径12英寸 长40公里的管路 压降为0 7MPa 而由速度变化引起的压降仅1 16 10 3MPa 占1 6 2 杜克勒 法 3 杜克勒 法 杜克勒认为 在实际管路中气液两相的流速常不相同 相间存在滑脱 只有在流速极高的情况下才可近似认为两相间无滑脱存在 因而 他利用相似理论并假定沿管长气液相间的滑动比不变 建立了相间有滑脱时管路压降的计算方法 3 杜克勒 法 两相管路的压降 流速 粘度和雷诺数的计算方法与 法相同 气液两相混合物的密度 f计算式不同 气液流速相同 相间无滑脱 HL RL 上式与杜克勒 法的密度计算式相同 则 法与 法完全相同 因而 可把杜克勒 法看作是 法的一个特例 3 杜克勒 法 截面含液率HL 求气液混合物密度时 须知截面含液率HL 杜克勒利用数据库中储存的实测数据 得到截面含液率 体积含液率和雷诺数之间的关系曲线如下图所示 RL Re一HL关系曲线 假设HL 计算 f 计算Re 查出HL HL HL 0 05 HL HL 否 是 截面含液率的计算框图 水力摩阻系数 相间有滑脱的水平两相管路的水力摩阻系数由下式计算 C为系数 是体积含液率RL的函数 由数据库实测数据归纳而得的C RL关系曲线见下图 C RL关系曲线 C RL关系曲线的表达式为 水力摩阻系数 对杜克勒 法的评价 杜克勒 法考虑了气液相的滑脱 比较接近实际 是目前应用最广泛的一种方法 且适应性较强 尤其对粘性流体 粘度较大的原油 的混输管路 阻力计算误差较小 杜克勒用数据库中的实测数据进行