管道结构对严重段塞流流动特性的影响规律研究

【摘要】： 段塞流广泛存在于油气井井筒与油气混输管道、锅炉管束和换热器等工业设备中,严重段塞流则常见于海洋油气混输系统,对这些流动现象开展研究具有重要的理论和实际意义。而目前国内外均缺乏大型实验系统回路下有效的实验数据和相应的理论分析。本文在内径为0.051m的水平-下倾-上倾、微上倾斜-上倾,两种形式的实验管道上对两相严重段塞流进行了深入、系统的研究,揭示了严重段塞流的产生机理和流动特性,并与增加气体积聚容积-下倾-立管实验进行了比较得出如下结论: 发现增加气体缓冲容积的严重段塞流实验中,管路内气体的积聚空间明显大于实际管路的气体积聚空间。气相在一段时间内不会沿着下倾管路向下流动,而是流入缓冲罐中,更容易实现气液分离、分层,从而使气体在缓冲罐内积聚,液体在下倾管内形成液塞。验证了立管前段管路气液分层积聚是严重段塞流发生的必要条件之一。 水平-下倾-上倾管段和增加气体积聚容积-下倾-上倾管段上严重段塞流的流型图进行了对比研究和分析,发现增加气体缓冲空间实验中严重段塞的发生区域明显大于本实验,而过渡流型发生区域小于本实验。其中严重段塞流与过渡流型的上层边界明显大于本实验,严重段塞流与过渡流型的右边界与本实验相近。 对严重段塞流的流动特性经行了实验研究和分析,发现实验管段入口处的气、液相折算流速、立管前气体积累空间对严重段塞流的流动特性产生较大影响。严重段塞流具有严格的周期性,周期长度随气液相折算流速增大而减小,在对数坐标下呈线性关系。严重段塞流的压力波动幅度随气液相折算流速的改变而变化,压力波动幅度的最大值出现在严重段塞流和过渡流型的转换的右边界上。 在水平-微上升管段实验系统中倾斜管内与水平管道中段塞流形成的瞬时性相比,在微上倾斜管道中,段塞流是气泡在界面波的作用下逐渐合并发展生成,并且段塞长度是一个由短到长再由长减弱的变化过程。在微上倾-立管管段内流型分布结构完全不同于水平-下倾-上升管段,微上倾管道内并没有出现气液分层流动的现象以及组合立管中也没有严重段塞流现象发生。