油气集输新课件5

第三节油气混输管路用一条管路输送一口或多口油井所产的原油及其伴生气的管路称为油气混输管路。地面集输系统:混输管路的应用日益广泛。例如，在不便于安装油气分离、初加工设备的地区（城市地区、沙漠、湖泊、生态保护区、沼泽地等），就必需采用混输管路把油井所产油气输送至附近的工业区进行加工。海洋石油集输系统：采用混输管路直接将生产的油、气送往陆上加工厂，可大大减小海洋平台面积和建造、操作费用，降低海底管路的敷设费用和海上油气加工设备的安装及经营费用。由于混输管路的流动状态极为复杂，人们尚未完全掌握其流动规律。一、管路的流动参数和技术术语（一）流量flowrate1．质量流量kg/s2．体积流量m3/s（二）流速velocityofflow1．气相和液相速度气相速度液相速度上述速度实质上是气液相在各自所占流通面积上的局部速度的平均值，常称为气液相的实际速度。gGGG1gQQQ1秒米/gggAQ秒米/11AQl流动参数和技术术语12．折算速度reducedvelocity折算速度:假定管子全部流通截面积只被两相混合物中的任一相占据时的流速，即气相折算速度液相折算速度气相和液相的折算速度必小于相应的气液相实际速度。即有3．气液两相混合物速度两相混合物总体积流量与流通截面积之比。即（三）滑差和滑动比气相速度与液相速度的差值称为滑差或滑脱速度，即气相速度与液相速度的比值称滑动比s，即（四）含气率和含液率1.质量含气率与质量含液率质量含液率1-x为2.体积含气率和体积含液率体积含液率为，秒米/AQgsg秒米/AQlsllslgsg,sgslAQQ21lglgsglggGGGGGxglllGGGGGx1glggGGQQQglllLQQQQQR1三、水平气液两相管流的压降计算（一）均相流模型压降计算式1．气液混合物的粘度当质量含气率x=0时，当质量含气率x=1时，常用粘度计算公式麦克达姆（MeAdam）计算式西克奇蒂（Ciecchitti）计算式杜克勒（DuKler）计算式阿黑尼厄斯（Arrhenius）计算式2、压降计算式气液质量流量之比整理得随管路压力而变化1glgxx11lgxx)1(lgllfggfxx)1()1()1(LLHgHldlddpf22fflglfdGdGGGsdG2122)1(4)1(44nfdClgGG/dlGdCdpnlfdnnnn252222)1(4gfgLglQQGGQG11水平气液两相管流的压降计算由气体状方程可知：并为常数整理得：式中：对上式积分得：对数函数的泰勒级数展开式为若x值很小，可近似取其前两项之和TZRpggpTZRpggag,llfpp)1(dlMGdppdpnll21lnnnnndCM52122)1(4LMGppppnlZlQlZQ21ln)(nxxxxnn12)1(2)1ln(2)1ln(2xxxlZlQLZlQpppp11lnlnlZlQpp1ln1ln222222lzQlZQpppp水平气液两相管流的压降计算将式（10）代入式（9），并简化得气液两相管路水力力基本公式。将不同流态下的C和n值代入上式，可得一组不同流态下的计算公式。(1)层流c=64,n=1(2)紊流光滑区c=0.3164,n=0.25（3）混合摩擦区c=0.107,n=0.123（4）粗糙区可取0.025~0.0371,当气液两相滑差较大时应取较大的值。雷诺数可用下式计算(4-110)大庆油田:取λ=0.03,按式（4-109）适用于粘度小于0.5厘米2/秒、气油比低于120米3/吨、含水率低于10%、w在1~5米/秒。计算长管时，分成若干管段，算出各管段的压降后相加得到全管压降。LKGppnLzQ222gnnannndTZRCK5212)1(4gdTZK151211112287)1(64442223387dLZTGppglZQ75.4877.175.025.022.)1(6.138dLZTGppglZQ877.42877.0123.022)1(33.48dLZTGppglZQ0,,nc5222)1(27.465dLZTGppglZQdGdGRe)1(4413．杜克勒I压降计算法1)收集阶段:收集500多篇文献，20000多个数据。筛选出2620个数据，建立数据库.2)验证阶段:洛克哈特-马蒂尼里（Lockhart-Martinelli）计算方法优于其它几种计算方法，但其计算误差随管径的增加而加大；贝克（Baker）计算方法对大口径、高粘液体的气液两相管路误差较小。3)建立自己的压降计算公式阶段:杜克勒Ⅰ法符合均相流模型的假设条件,把气液两相管路当作单相管路进行水力计算,用达西公式.λ为气液混合物的水力摩阻系数两相管路雷诺数式中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J为加速度所引起的与压力梯度有关的系数;（dp/dl）t为考虑流体加速度引起的压力损失后，管路的压降梯度fddldp2232.0Re5.00056.0fdReslslglAQQlgf)1(lg)1(Jdldpdldpt1ZQgppApQQJ2（二）分相流模型压降计算式1．洛克哈特-马蒂尼里压降计算法洛-马的基本出发点是：气液两相间无相互作用，由两条假想管路组成，一条输送液体，另一条输送气体。气液两条假想管路的流通面积分别与两柞管路中气液各自占有的实际流通面积相等.(1)假想输液管路的压降梯度为(2)假想输气管路的压降梯度为(3)式中—假想管路内气体和液体的水力摩阻系数。由于上述关系代入（2)（3）得:(4)(5)两相管路的压降''gldldpdldpdldp2''lllglddldp2''gggggddldp''lgAxGAGxggll,11LlllAGxddldp2222''121ggggAGxddldp2222''2LllsllllAGxdddldp2222212ggsgglgAGxdddldp22222lldldpdldp2ggdldpdldp2分相流模型压降计算式关键问题是如何求得由式(1)、(4)、(6)、(8)得:与各自的雷诺数有关上述关系代入上式同理，可得分气相折算系数为令式中X2—洛-马参数。代入后得22gl和2'211lllldd'll和nllllnlslldCdC',5.05.01,1AAddlllsl2521nl252nl22lggldldpdldpX25.0211)1(1()(nlslnllllvdCvdC）225)1(1)1(()(nllnllllvdCvdC）nnXX54252111或分相流模型压降计算式将式（12）代入式（10）（11）后得层-层（ll）(13)同理，可得分气相折算系数算系数和截面含气率都是洛-马参数和由流态决定的系数n的函数。若流态一定，n不变，则只是洛-马参数X2的函数。判别层流还是紊流的标准层流-紊（lt）Re1≤1000;Reg1000紊流-层流（cl)Re11000;Reg≤1000紊流-紊流（tt)Re11000;Reg1000255421nnlX255421nngX25542111nnlX255454111nnnXX2554541nnnXX,,22GL1000Re;1000Re1lsggglslldd关系曲线图实验的各种参数范围为：管径1.49~25.8毫米、管长0.67~15.2米、压力0.11~0.36兆帕、温度15~30℃、流动价质为空气-水、空气-煤油、空气、苯等。按气液相在两相管路中单独流动时的流态，将实验数据分成四组，每组数据相应于图中的一条曲线。Ｌ与Ｈ22,gl奇斯霍姆（Chisholm）公式奇斯霍姆（Chisholm）函数表达式当或时，上式即转化成常用的单相流压降梯度表达式。气相和液相的连续方程将式上两式代入得假设λ=λ1，由式（8）（6)（18）得:(19)参数X在λ1=λg的假定条件下可表示成由式（16）、（17）（20）可得(21)22121llggddldp01AxGAxGggggg或AGxAGxlllll111或lAGxAxGddldp1111121222221122222xxdAGgllllglllldAxGxxdAGdldpdldp22222222211121112glxxgllgllglxxdAxGdAxGdldpdldpX222222221221211111lglgsXxxs杜克勒Ⅱ压降计算法杜克勒:气液流速不相同，相间存在滑脱。在流速极高的时认为两相间无滑脱存在。气液两相混合物的密度按下式计算若气液流速相同，相间无滑脱，，上式与杜克勒I法的密度计算式相同，，则I法II法完全相同。相间有滑脱的水平两相管路的水力摩阻系数由下式计算RL=1时，即管路内只有单相液体流动时，C=1。所以系数C可理解为管路内存在两相对是地其水力摩阻系数比单相液体管路增加的倍数。杜克勒II法的适用范围为：（1）截面含液率为0.01~1.0，体积含液率为0.001~1.0;（2）管径不大于51/2英寸；（3）两相雷诺数为600~200000.LLLLlmHRHR1122LLRH、fm32.0Re5.00056.0C0ln1SRCL例4-1试用杜克勒I、II法计算水平两相管路压降已知：管长L=1000米，管内径d=0.2米，在管路平均温度和平均压力下，原油流量Q1=1.2×10-2米3/秒，密度ρ1=810公斤/米3，粘度μ1=5×10-3帕·秒，天然气流量Qg=3.4×10-2米3/秒，密度ρ1=6.2公斤/米3，粘度μg=1.2×