起伏濕氣管道持液率影響研究綜述

張碧波 劉姝, 李洋 趙偉東 康林（.西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川瀘州646000；.重慶科技學院石油與天然氣工程學院，重慶4033）

0 引言

對于是濕氣管道中積液會在管道的較大落差低洼段形成，伴隨運行時間的延長，大落差低洼管段的持液率不斷增大，積液進而會擴展到其他位置的起伏管段，并最終以段塞流的形式存在，探索起伏濕氣管道內的持液率，對預防管道積液和提高管道輸送效率和安全性具有積極作用。

1 積液對濕氣輸送管道的影響及其影響因素

對積液發展過程的流動特征參數變化進行了分析，指出在運行壓力和溫度條件下有冷凝水和重烴的析出是濕氣管道產生積液的必要條件；受管輸量、管道路由及沿線環境等因素的多重影響[1]，積液在管道中的發展過程會根據具體情況而不同。積液在濕氣管道中的發展過程是一個重要的一個環節，為濕氣輸送管道輸送提高管道輸送效率，需要找到影響積液的因素，見表1：

表1 積液在濕氣管道的影響因素

在低流量環境下，管道附近出現積液的情況的管段數量不斷上升，因此使得因為地理環境方面的條件的影響從而使得段塞流管段的數量也隨之有所增加，段塞流在其中的分布情況密度上相對較大；隨管道承擔的運輸量不斷的增加從而將會使得管道內的流速也相應的增加，故而管道內部的氣體在液體運輸方面的能力上也會隨之出現一定程度的增加，地理環境因素造成的段塞流的管段減少，段塞流分布密度小，不僅如此，管道積液還與周遭環境溫度和管道溫度有關，是一個綜合性問題。

表2 持液率的相關影響因素

表3 相關式計算方法

2 持液率預測對濕氣管道運行影響分析

2.1 持液率的影響因素

管道中的積液程度是通過持液率這一參數來描述的，表示液相流通面積與管道總流通面積的比值。其中氣液比、管徑、輸送壓力等對管道持液率的影響規律[2]，氣液比越小、管徑越大、輸送壓力越高，管線持液率越大；管道液體更容易在上坡段發生沉積。根據影響因素分析可以得到表2顯示。

2.2 起伏管道中常見的計算方法

20世紀60年代相關專家展開了以空氣為介質進行不同類型的液體的運輸方面的研究，從而制定出了符合水平狀態下的管道運輸在持液率方面的計算模式，該類型的計算模式在計算過程中相對較為復雜，由于其屬于隱式方程組在計算階段需要進行對相應的條件進行設定求取最終結果。

20 世紀60 年代有研究人員結合5cm、10cm 管道內部的相關研究的信息數據為基礎指定了液相速度準數還有氣相速度準數以及運輸管道口徑相關準數與黏度準數的處于水平狀態的管道的持液率計算公式。

20世紀70年代相關研究人員通過對傾斜管道運輸進行了有效的研究，并且合理的指定出了關于傾斜管道的持液率的計算模型。對于該模型來講其對于不同類型的流型上在計算過程中所采用的模型存在相對較大的差異，然而實際的運用過程中出現了負值的情況，所以在具體化應用的過程中需要最終的計算結果展開科學的校驗。

在20 世紀80 年代，國際方面的相關研究人員通過對1000多組處于傾斜狀態的管線的相關研究信息展開了科學有效的區分，將傾斜狀態進行了合理的細化歸類，并且提出了不同傾斜類型下的持液率的計算模型。

20 世紀80 年代末，相關研究人員在處于水平狀態下的管道內進行了以三種不同物質的介質運輸情況展開了相應的研究，并且將相關數據進行了對Dukler 相關式、Eaton 相關式、Beggs-Brill 相關式和Mukherjee-Brill 相關式展開了驗證，從而通過驗證結果了解到其在現實具體應用過程中存在相對較大的誤差，從而提出了MinamiⅠ式和MinamiⅡ式兩種持液率的計算公式，分別對應持液率范圍為0～0.35和0～1.0的兩種情況。

20世紀90年代，相關研究人員進行了Taitel-Dukler相關式合理的簡化，其在相關研究過程中采用了長度在36m并且管道口徑在50.8mm 并且處于水平狀態的管道，并且在運輸過程中采用空氣還有沒有作為管道運輸的主要介質進行了大量數據點的相關測驗，分別針對奈流和層流擬合出了顯示的持液率計算式，同時對最終的相關結果展開有效的修正處理。

21世紀初，相關研究團隊進行了對液相流動能與表面自由能的平衡關系方面的相關研究，并且結合該研究的相關數據信息建立起了關于段塞流持液率的計算模型。利用該計算模型的相關的最終計算數值和TUFFP(Tulsa University Fluid Flow Projects)數據信息庫相關的數據展開科學合理的對比以此驗證該類型的計算模型其準確性以及科學性。

21世紀初，我國相關研究人員以]雙流體模型為基礎展開了對氣液兩相流的穩態模擬策略進行了有效的研究，從而根據研究的相關數據建立起了簡化形式的水力學模型。通過該計算方法進行計算的過程中需要對其持液率的數值進行合理的設定，從而通過該計算方法進行管道壓力方面以及管道液體流速方面數值的求取，然后在展開對持液率進行反解，再通過反復迭代最終使得持液率可以達到具體的要求。

2014 年，國內相關研究團隊展開了氣液兩相流方面的實驗，該實驗主要是在多相流環道進行的，對低液量氣液兩相流的流動特征進行研究，提出了持液率的計算方法。

經過長時間不斷的研究，從而建立起了不同類型的關于持液率方面的計算模型，在這些計算模型內存在一些因為計算方面成效較為顯著從而得到了較快的發展應用，下面簡單介紹一下持液率的相關式。

對于起伏傾斜管道的持液率都以水平管柱持液率為基礎，則傾斜管道常見持液率相關式為：①Eaton[3]相關式；②Beggs-Brill[4]相關式；③Minami—Brill[5]相關式；④Mukherjee-Brill[6]相關式。具體見表3。

通過表中的公式看出Eaton是以實驗數據提出了與液相速度準數、氣相速度準數、管徑準數和黏度準數相關的水平管道持液率計算公式，Beggs-Brill 相關式與其他常用計算持液率相關式方法相比，能夠比較準確地預測不同傾角、不同氣液比和不同液體流速條件下的傾斜管柱的持液率，Minami—Brill 相關式是通過持液率范圍所對應的兩種情況，Mukherjee-Brill 相關式是通過分別針對上坡、下坡分層流和下坡其他流型提出了不同的持液率的計算公式，式中持液率是氣、液相速度準數和黏度準數的函數。

3 結語

解決積液問題是濕氣管道的一個重要措施，其中影響積液的因素主要有流量、流體組分、壓力、溫度等多重因素，地形起伏會對氣液集輸管道的流動特性參數產生變化，從而影響到管路的持液率及持液量，其中氣液比、管徑、輸送壓力等會對管道持液率的產生影響，常用的持液率計算相關式，大都是采用以實驗為基礎的經驗或半經驗關系式。MukherjeeBrill、Beggs-Brill相關式能夠更好的滿足傾斜管道工程應用需要，但其中在下坡管段使用Beggs-Brill 相關式，有時候會造成持液率出現負值的情況發生所以通常情況下很少使用BB 相關式；在處于傾斜狀態的環境下的上坡狀態時管段如果對應水平持液率大于0.3097，然而采用BB相關式有時候會發生所得到的持液率值超過1的情況發生，該種情況下比較適合采用其它方法計算持液率或者在程序中將持液率大于1 時自動賦1 處理。由于Mina?mi-Brill 驗證了Eaton 相關式、Beggs-Brill 相關式和Mukherjee-Brill相關式，故Minam&Brill相關式有較高的準確度。