第七章礦場集輸管路-PowerPointPresent

1、礦場集輸管路礦場集輸管路 第第 七七 章章井氣油脫酸性氣天然氣脫水天然氣原油處理原油穩(wěn)定油氣分離外輸外輸 管路的分類：按管路內(nèi)流動介質(zhì)的相數(shù)：單相、雙相、多相管路按管路工作范圍和性質(zhì)：出油管、集油（氣）管、輸油（氣）管按管路結(jié)構(gòu)：簡單管路、復(fù)雜管路（變徑管、分支管） 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.1 原油輸送管路 7.1.1 等溫輸油管的計(jì)算（理想模型） 1. 直管阻力損失： 212L whdg七七 礦場集輸管路礦場集輸管路水力摩阻系數(shù)：雷諾數(shù)：相對當(dāng)量粗糙度: e：管壁絕對當(dāng)量粗糙度 (0.1 mm)(R e,)fewdR2ed七七 礦場集輸管路礦場集輸管路按照雷諾數(shù)，將管路內(nèi)的流體分

2、成不同的流態(tài)區(qū)，并由此計(jì)算水力摩阻系數(shù)。為了簡化計(jì)算，將不同流態(tài)區(qū)的直管阻力損失與流量，粘度和管內(nèi)徑進(jìn)行關(guān)聯(lián)見P151，表3-1七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2. 局部阻力損失： 局部摩阻系數(shù)： 當(dāng)量長度：22whg22DLwhdgDdL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路3. 簡單管路的計(jì)算連續(xù)性方程：摩擦系數(shù)計(jì)算式：能量守衡方程： 24Gd w(Re,)f22fPwHZHgg 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 4. 復(fù)雜管路的計(jì)算 等徑分配管匯的壓降計(jì)算12051()miiij im vji nniiimiQqpplZpgd 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路212L whdgRemA25mmlmQ

3、hLd七七 礦場集輸管路礦場集輸管路異徑集油管匯的壓降計(jì)算 12051()miiij im vji nniiimiiQqpplZpgd 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.1.2 熱油管路的工藝計(jì)算高凝、高粘原油采用加熱方法，實(shí)現(xiàn)原油的輸送。加熱的目的：防止原油在管線中凝固，降低原油粘度，減少摩擦阻力。 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 1. 熱油管路的軸向溫降 0()KD TTdlGcdT 00()KDLGcLQTTTT e七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2. 熱油管路的壓降分段計(jì)算平均溫度法計(jì)算壓降平均溫度： 15712iipjiTTT25mmpji iimQvlhd七七 礦場集輸管路礦場集

4、輸管路當(dāng)管路處于紊流光滑區(qū)時，摩擦阻力與粘度0.25次方成正比，管段長度可以取得長一點(diǎn)。當(dāng)管路處于層流區(qū)時，摩擦阻力與粘度1次方成正比，管段長度要取得短一點(diǎn)，一般每一段溫度不大于5。 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.1.3 含蠟原油管路的工藝計(jì)算 1. 含蠟原油的流變特性不同溫度下，蠟在原油中存在的形式：液體，固體。 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路析蠟點(diǎn)析蠟點(diǎn)：原油中析出的蠟晶開始對原油的粘溫性能開始產(chǎn)生影響的溫度點(diǎn)。反常點(diǎn)反常點(diǎn)：原油中析出的蠟晶，使原油的粘度不僅隨溫度變化而變化，而且隨剪切速率變化而變化，即原油已從牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥ｎD流體時的溫度點(diǎn)。 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路含蠟

5、原油溫度從高降到低時，由于原油中蠟晶的形態(tài)不同，原油流變性質(zhì)發(fā)生明顯變化，從牛頓流體 假塑性流體 屈服塑性流體。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 牛頓流體牛頓流體剪切應(yīng)力: d wRd r()fT七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 非牛頓流體非牛頓流體無時效非牛頓流體：在溫度和剪切速率一定時，剪切應(yīng)力不隨剪切持續(xù)時間而變化：塑性流體；假塑性流體；膨脹性流體塑性流體；假塑性流體；膨脹性流體七七 礦場集輸管路礦場集輸管路有時效非牛頓流體：在溫度和剪切速率一定時，剪切應(yīng)力隨剪切持續(xù)時間而變化：隨著剪切時間增加，剪切應(yīng)力減小觸變性流體觸變性流體；隨著剪切時間增加，剪切應(yīng)力增加反觸變性流反觸變性流體體七七 礦

6、場集輸管路礦場集輸管路塑性流體塑性流體：賓漢姆塑性體：只有當(dāng)外加剪切應(yīng)力大于極限剪切應(yīng)力R0時，流體才開始流動。剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力:RB：動剪切應(yīng)力B：塑性粘度BBdwRRdr七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 表觀粘度表觀粘度： BpBRdwdr七七 礦場集輸管路礦場集輸管路假塑性流體：假塑性流體：剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力:表觀粘度表觀粘度：()ndwRKdr1()npdwKdr七七 礦場集輸管路礦場集輸管路屈服塑性流體：屈服塑性流體：剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 :()nBdwRRKdr七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2.等溫含蠟原油管路的工藝計(jì)算管流基本方程3230()8biRrrrbidQR f RdRr230

7、84()biRrrrbiwR f RdRdR()rrdwf Rdr 4bipdRL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 管路壓降計(jì)算公式：實(shí)測原油流變曲線 選用合適的流變方程，回歸出流變方程中的參數(shù) 代入具體流變形態(tài)的管流方程，求出Rbi 計(jì)算出壓降。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.1.4 輸油管路計(jì)算中的各項(xiàng)參數(shù) 1. 原油密度 2. 原油粘度 3. 原油比熱 4. 熱油管的總傳熱系數(shù)七七 礦場集輸管路礦場集輸管路7.1.5 輸油管線中減阻劑的應(yīng)用減阻劑減阻劑：當(dāng)流體中含有某些特定物質(zhì)時，其在湍流狀態(tài)下的摩擦阻力會大大降低，這種現(xiàn)象稱為減阻，能夠?qū)崿F(xiàn)減阻的添加劑稱為減阻劑。七七 礦場集輸管路礦

8、場集輸管路具有超高分子量(M106 )的高柔性線型高分子：聚長鏈 一烯烴（如Conoco公司的CDR102油相減阻劑）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：用量少1-10ppm，效果好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：存在永久性的、不可逆的剪切降解 ；需要不斷補(bǔ)充以維持其減阻效果 。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路表面活性劑類減阻劑是通過在流體中形成膠束而實(shí)現(xiàn)減阻的，由于其分子體積很小，在高剪切力作用下不會斷裂降解，而被高剪切力破壞了的膠束體系在剪切力減小后會重新恢復(fù)起來，即應(yīng)力控制可逆性，因此，它們具有良好的抗剪切性能。但是，由于要形成可以實(shí)現(xiàn)減阻的膠束必須使表面活性劑的含量達(dá)到臨界濃度，因此，表面活性劑的用量較大。七七 礦場集輸管路礦場集輸

9、管路 締合性高分子減阻劑聚兩性電解質(zhì)減阻劑NVP，這是一種乙烯基吡啶與苯乙烯及其磺酸鹽的三元共聚物七七 礦場集輸管路礦場集輸管路極性劑極性劑(甲醇甲醇)：由于發(fā)生分子內(nèi)締合現(xiàn)象，高分子鏈的伸展受到抑制而導(dǎo)致減阻率下降。加入極性劑有助于破壞這種分子內(nèi)締合，而使其減阻效果回升。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 分子間締合性高分子減阻劑：由電子對的給予體(A)和接受體(R)混合構(gòu)成：A：(甲基)丙烯酸長碳鏈酯(1218個C)苯乙烯乙烯基吡啶的三元共聚物 油溶性聚胺R：(甲基)丙烯酸長碳鏈酯(甲基)丙烯酸(005O1mo|)共聚七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.2 輸氣管路的計(jì)算 7.2.1 水平輸氣

10、管路的基本方程氣體沿管路流動時，隨著壓力下降，密度逐漸變小，氣體流速增加。基本假定基本假定：1)氣體在管路中作穩(wěn)定流動，氣體質(zhì)量流量不變2) 氣體在管路中的流動過程為等溫過程七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 基本方程基本方程連續(xù)性方程： 摩擦系數(shù)計(jì)算式： 能量守衡方程： 氣體狀態(tài)方程： 24Gd w(Re, )f22fPwHZHgg pzRTM七七 礦場集輸管路礦場集輸管路由上述四個方程推出：22508ZQpLpG ZRTpdpdld M2254QZMppdGZRTL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量（101.325KPa，20）:SSGVSpMRT七七 礦場集輸管路礦場集輸

11、管路 水力摩擦系數(shù)的計(jì)算：計(jì)算雷諾數(shù)Re 確定管路的流態(tài) 選用合適的計(jì)算公式 （P.159-160)七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 推薦公式：0.21580.067eR0.5222.60.393QZSppVEdZ TL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路：流態(tài)修正系數(shù)；0.961.0，粗糙區(qū)1.0。 ：管路接口墊環(huán)修正系數(shù)；無墊環(huán)1.0，墊環(huán)間距12M時，0.975，墊環(huán)間距6M時，0.95。E：輸氣管效率系數(shù)；實(shí)際輸氣量量與計(jì)算輸氣量之比；一般取0.90.95。：天然氣對空氣的相對密度 適用于水力光滑區(qū)、混合摩擦區(qū)、粗糙區(qū)。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路30.009407d0.5228/30.39

12、67QZSppVdZTL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路適用于管徑小于0.35m，氣體凈化程度較低的輸氣管0.03920.0147Re0.51222.530.9610.393QZSppVEdZTL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路適用于大型長距離輸氣管。 7.2.2 輸氣管的壓力分布和平均壓力 1.任意一點(diǎn)處的壓力： 靠近起點(diǎn)處單位長度上壓力下降較慢，距起點(diǎn)越遠(yuǎn)，壓力降落越快。222xQQZxppppL七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2.平均壓力：輸氣管沿線壓力分布曲線與縱坐標(biāo)（p），橫坐標(biāo)（x）軸所圍成的面積除以管長。 01Lpjxpp dlL223zpjQQzppppp七七 礦場集輸管路礦場集輸

13、管路利用平均壓力可以計(jì)算輸氣時的壓縮因子Z和管中儲氣量。 7.2.3輸氣管的溫度分布和平均溫度 1.任意一點(diǎn)處的溫度： 輸氣管沿線溫降要比輸油管快的多，溫降曲線較陡。 由于焦耳湯姆遜效應(yīng)，輸氣管溫度可以低于周圍介質(zhì)溫度。 00(1)ppK DxK DxGcGcQzxQipppTTTT eDeK DLGc七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2. 平均溫度：輸氣管沿線溫度分布曲線與縱坐標(biāo)（T），橫坐標(biāo)（x）軸所圍成的面積除以管長。 001111ppK DLK DLGcGcQzpjQipppppeTTTTDeK DLK DLK DLGcGcGc七七 礦場集輸管路礦場集輸管路利用輸氣管沿線的溫度分布，可以

14、定平均溫度，從而確定輸氣管水力計(jì)算參數(shù)T和Z，并判斷輸氣管內(nèi)是否產(chǎn)生水化物。 7.2.4 輸氣管路計(jì)算中的各項(xiàng)參數(shù) 1. 天然氣壓縮因子 2. 天然氣粘度 3. 天然氣等壓摩爾熱容 4. 焦耳湯姆遜效應(yīng)系數(shù)七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.3 油氣混輸管路 7.3.1 氣液兩相混輸管路的流動參數(shù) 1.流量：glGGGglVVV七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2. 流速：氣相流速：液相流速：gggVwAlllVwA七七 礦場集輸管路礦場集輸管路氣相表觀流速：液相表觀流速：氣液兩相混合物流速：gsgVwAlslVwAslsgwww七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 3. 滑差和滑動比滑差：滑動比：g

15、lwwwglwsw七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 4. 含氣率和含液率質(zhì)量含氣率：體積含氣率：截面含氣率 :gGxGgVVgAA七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 三者之間的關(guān)系：11glglx1111s七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 5. 兩相混合物的密度流動密度流動密度：單位時間內(nèi)流過截面的兩相混合物的質(zhì)量與體積之比。常用來計(jì)算氣液混合物沿管路流動時的摩擦損失(1)fglGV 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路真實(shí)密度真實(shí)密度：在一定長度的管段內(nèi)，氣液混合物質(zhì)量與其體積之比。常用來計(jì)算氣液混合物沿管路運(yùn)動時的靜壓損失，既高度變化引起的附加壓力損失。(1)(1)glglA lA lA l 七七 礦場

16、集輸管路礦場集輸管路 6. 摩擦壓降的折算系數(shù)假定假定：水平管內(nèi)氣液兩相沿管共流，其質(zhì)量流量為G，在管長dl段上的壓降為dp；壓降梯度為dp/dl。在相同管路內(nèi)，只有液相流動，其質(zhì)量流量為G；壓降梯度為（dp/dl）10。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路全液相折算系數(shù)：分液相折算系數(shù)：分氣相折算系數(shù)：21010dpdldpdl2lldpdldpdl2ggdpdldpdl七七 礦場集輸管路礦場集輸管路引入折算系數(shù)的目的：通過實(shí)驗(yàn)方法求出折算系數(shù)； 兩相管路摩擦壓降梯度的問題 單相管路壓降梯度相應(yīng)折算系數(shù)七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.3.2 氣液兩相管流的特點(diǎn)和處理方法 1.氣液兩相管流的特點(diǎn)

17、：1)流型多變：（Alves流型劃分法：氣泡流、氣團(tuán)流、分層流、波浪流、沖擊流、不完全環(huán)狀流、環(huán)狀流、彌散流）2)存在相間能量損失3)流動不穩(wěn)定七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2. 氣液兩相管流的處理方法：對各相分別列出流體力學(xué)的基本方程（質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程）；考慮兩相間的相互作用七七 礦場集輸管路礦場集輸管路均相流模型：把氣液混合物看作一種均勻介質(zhì)?；炯僭O(shè)基本假設(shè)： 1)氣相和液相的速度相等; 2)氣液兩相介質(zhì)達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)，氣液間無熱量傳遞。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路分相流模型：把管內(nèi)氣液兩相的流動看作是氣液各自分別的流動。首先確定截面含氣率和截面含液率；然后把氣相和液相

18、都按單相管路處理，并考慮相互間的作用；最后將氣液相方程加以合并。截面含氣率和相間作用通過實(shí)驗(yàn)求的。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路基本假定基本假定：1)氣液兩相有各自的按所占流通面積計(jì)算的平均速度2)氣液兩相之間可能有質(zhì)量交換，但介質(zhì)達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)，氣液間無熱量傳遞。 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路流型模型：首先分清兩相流型，然后根據(jù)各種流型的特點(diǎn)，分析其流動特性并建立關(guān)系式。 七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.3.3 水平氣液兩相管流的壓降計(jì)算 1. 均相流模型壓降計(jì)算式我國常用算法：2lnQlnQZllZlpppMGLp21254(1)2nnnnnlCMd七七 礦場集輸管路礦場集輸管路

19、C、n：流型參數(shù)：氣液質(zhì)量流量之比 g：工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下管路氣體對空氣的相對密度 Ra：空氣的特性常數(shù)，287.0 J / KgK 222 nQZlppKGL21254(1)nnnanngCZR TKd aggZR Tp七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 計(jì)算步驟：1. 計(jì)算Re數(shù)，確定流型2. 代入上式計(jì)算3. 分段計(jì)算七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 杜克勒算法：氣液兩相在管路內(nèi)混合得非常均勻，把兩相管路當(dāng)作單相管路進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時用氣液混合物的各項(xiàng)參數(shù)取代單相流體的參數(shù)。 f ：兩相混合物的密度22fdpwdld七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2. 分相流模型壓降計(jì)算式u R-M計(jì)算式：基本假定

20、基本假定：氣液兩相間無相互作用。lgdpdpdpdldldl2lldpdpdldl七七 礦場集輸管路礦場集輸管路R-M參數(shù)： 542251nnlX522221ngllgdpdlXdpdl22,(,)lfXn七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 杜克勒算法：氣液兩相流速不同，相間存在滑脫。RL：體積含液率，管路氣液體積流率求的HL：截面含液率，與Re數(shù)有關(guān)，需猜算。22mdpwdld2211LLmlgLLRRHH七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 3. 流型模型壓降計(jì)算式1）流型的劃分 貝克流型圖 蔓德漢流型圖 布里爾流型圖 泰特爾流型圖七七 礦場集輸管路礦場集輸管路2）壓降的計(jì)算 貝克壓降計(jì)算考慮流型對壓降的影響。2ggdpdpdldl七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 7.3.4傾斜氣液兩相管流的壓降計(jì)算 1. 管路起伏對兩相管流的影響液相聚集在低處使氣體流通面積減少，流速增加，造成較大的摩擦損失和滑脫損失。七七 礦場集輸管路礦場集輸管路 2