【摘要】：濕氣集輸是天然氣開發(fā)常用工藝,遇地形起伏易產(chǎn)生積液和段塞流。人們對(duì)低持液率多起伏集輸管路段塞流的產(chǎn)生、發(fā)展認(rèn)識(shí)不足。高含硫天然氣集輸系統(tǒng)需要非介入式積液監(jiān)測(cè)技術(shù)。為了揭示積液在起伏濕氣管線中的積累和分布情況,論文研究了起伏管路段塞流流動(dòng)機(jī)理。在內(nèi)徑40mm,長(zhǎng)30m的起伏實(shí)驗(yàn)環(huán)路上對(duì)低持液率氣液兩相流動(dòng)進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,并提出基于超聲回波特性的濕氣管線積液監(jiān)測(cè)技術(shù)。起伏管線中不同氣液流速條件下的兩相流實(shí)驗(yàn)表明,不同管段中的流型存在差異,管段之間通常存在著流型轉(zhuǎn)變。通過對(duì)低持液率向上傾斜管中的兩相流動(dòng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),管線低洼處液位達(dá)到一定高度后會(huì)形成液塞,開始階段形成的液塞會(huì)迅速耗散回流,液塞長(zhǎng)度逐漸增加,當(dāng)液塞達(dá)到一定長(zhǎng)度后離開管線低洼處。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低持液率起伏管線中形成液塞的機(jī)制有三種,分別為:波生長(zhǎng)機(jī)制、對(duì)流擠壓機(jī)制、波合并機(jī)制。通過波生長(zhǎng)機(jī)制形成液塞時(shí)符合TaitelDukler提出的分層流與間歇流的分界準(zhǔn)則,此分界準(zhǔn)則與向上傾斜管線中段塞流與環(huán)狀流的分界準(zhǔn)則之間存在差距,此差距區(qū)域內(nèi)的段塞流是通過波合并機(jī)制形成的。濕氣起伏管線中液塞的耗散主要是由于最小穩(wěn)定液塞長(zhǎng)度和液塞穩(wěn)定性所造成的。結(jié)合低持液率起伏管線中的氣液流動(dòng)實(shí)驗(yàn),理論分析了段塞流和分層流管段中的液相及壓力分布。兩個(gè)起伏條件下的實(shí)驗(yàn)表明,下游向上傾斜管線中的流動(dòng)主要影響著上游管段中的壓力變化,而上游向上傾斜管段則通過液量影響著下游向上傾斜管段中液塞的形成。不同氣液流速條件下的實(shí)驗(yàn)表明,隨著氣體折算速度的增大起伏管線定點(diǎn)處的平均壓力值增加,但是壓力值變化的斜率會(huì)因流型不同而存在變化。壓差監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)表明液塞頭部進(jìn)入測(cè)壓管段和液塞尾部離開測(cè)壓管段的時(shí)間點(diǎn)比較明確且能夠與理論分析相對(duì)應(yīng)。通過對(duì)向上傾斜管中形成液塞特征參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),隨著氣速的增加,液塞平移速度開始是顯著增大的,當(dāng)表觀氣速增大到一定值時(shí),液塞平移速度隨著氣速的增大基本不變,此時(shí)管線中的流型為偽段塞流。當(dāng)氣體表觀速度較小時(shí),液塞長(zhǎng)度的分布在7-12D的范圍內(nèi)。隨著表觀氣速的增大,液塞長(zhǎng)度將集中于7-9D的范圍內(nèi)。在恒定液速條件下,液塞持液率隨著氣體速度的增大而減小。而在恒定氣速條件下,液速變化對(duì)液塞持液率的影響并不明顯。氣體表觀速度較小時(shí),液塞頻率的概率密度分布曲線為對(duì)數(shù)正態(tài)分布,氣體表觀速度較大時(shí),液塞頻率的概率密度分布曲線基本符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。為了能夠更加準(zhǔn)確地掌握起伏濕氣管線中的液相分布規(guī)律,在對(duì)傳統(tǒng)積液監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上提出了基于超聲回波特性的積液監(jiān)測(cè)技術(shù)。理論分析及ANSYS數(shù)值模擬表明,當(dāng)檢測(cè)位置處管道內(nèi)壁接觸的介質(zhì)分別為天然氣和水時(shí),同一次數(shù)的管道外表面回波信號(hào)會(huì)僅因內(nèi)部界面處的透射率不同而差異明顯,而且隨著回波次數(shù)的增加,超聲回波的差異會(huì)越來(lái)越顯著。應(yīng)用超聲波設(shè)備及多相流環(huán)道進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明利用超聲回波的特性能夠進(jìn)行流型識(shí)別和積液高度檢測(cè),并且測(cè)量精度可達(dá)±3mm�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了基于超聲回波特性積液監(jiān)測(cè)方法的可靠性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE866

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