段塞流 李玉星.ppt

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1、第九章段塞流李玉星引言段塞流是多相管流最常遇到的一种流型，在许多操作条件下（正常操作、启动、输量变化）混输管道中常出现段塞流。其特点是气体和液体交替流动，充满整个管道流通面积的液塞被气团分割，气团下方沿管底部流动的是分层液膜。管道内多相流体呈段塞流时，管道压力、管道出口气液瞬时流量有很大波动，并伴随有强烈的振动，对管道及与管道相连的设备有很大的破坏，使管道下游的工艺装置很难正常工作。2第一节段塞流形成机理段塞流分类水动力段塞流(hydrodynamicslugging)管道内气液折算速度正好处于流型图段塞流的范围内所诱发的段塞流，水动力段塞流又可细分为：

2、普通稳态水力段塞流和由于气液流量变化诱发的瞬态段塞流，发生这种段塞流时一般气液流量较大;地形起伏诱发段塞流地形起伏诱发段塞流由于液相在管道低洼处积聚堵塞气体通道而诱发的段塞流，常在低气液流量下发生强烈段塞流(severeslugging)3段塞流分类强烈段塞流(severeslugging)通常在两海洋平台间的连接管道上发生。定义为：液塞长度大于立管高度的段塞流。这是一种压力波动最大、管道出口气液瞬时流量变化最大的段塞流，对管道和管道下游相应设备正常工作危害最大的一种段塞流。和地形起伏诱发段塞流相似，常在低气液流量下发生。4段塞流形成机理水动力段塞流5众

3、所周知，在管道内气液流量较小时，呈分层流型。当管内液体流量较大，液位较高时，被气流吹起的液波可能高达管顶，阻塞整个管路流通面积形成液塞，流型由分层流转变为段塞流。这是由于在波浪顶峰处，由于伯诺利效应，气体流速增大将使该处的压力降低，在波峰周围压力下，波浪有增大趋势。另一方面，液体所受的重力将使波浪减小。如前者的影响大于后者，则波浪增大直至管顶，形成段塞（见图1）。水动力段塞流型区可根据管道条件由流型图判别，或用以Taitel-Dukler流型划分法为基础的各种流型计算相关法判别。6段塞流形成机理地形起伏诱发段塞流7图2表示低输量下湿天然气管顶的流动情况。

4、在下坡管段中含液率仅百分之几，气液处于分层流。下坡段的液体到达管道低部，下游上坡段的部分液体倒流，使管道低部聚集液体，并阻碍气体流动。于是，管道底部的气体流速增大，带液能力增强，使上坡段的含液率大幅增加，可达50％左右，在上坡段就形成了段塞流。由上看出，这类段塞流在低气液流量下发生。在稳态多相流软件中，这能采用分段计算。瞬态软件可跟踪段塞的形成、发展。8段塞流形成机理强烈段塞流9（1）液体堵塞和液塞变长在立管内较小气流速度下，管内的液体向下流动，积聚在立管底部。它堵塞了管道内流来的气液混合物，使液塞上游的管道压力增大，液塞变长。管道出口几乎没有液体流出，

5、排出的气量也很小；（2）气体压力增大管道内压力增大，同时液体继续积聚液塞增长，立管内的液位逐渐上升。当管道压力高于立管液体静压头时，才有液体从立管顶部流出；（3）液塞流出当管道压力足以举升立管内的液柱时，液体开始由立管顶部排出。起初排液速度较低，当气体串入立管后液体加速，在很短时间内液体流量达到峰值流量（常为平均流量的几倍），如果分离器或捕集器没有控制系统将淹没容器；（4）管道气体排出最后，液塞上游积聚的气体极快排出立管，进入平台的接收装置，使装置工作失常。此时，立管内气体流速减小，管道压力下降，又开始新一轮循环。10由上述形成机理可以看出：第二、第三类

6、段塞流的形成机理是类同的与第一类有所区别；管愈高（或地形起伏愈大）形成的强烈段塞流愈严重；形成强烈段塞流时管道出口的气液流量极不均匀；气液流量较小时才能形成强烈段塞流。11第二节段塞流的抑制方法水动力和地形诱发段塞流的抑制在多相流管道设计中，可选择合适的管径使管道处于非段塞流工况下工作。若必须在段塞流下工作，由于水动力、地形起伏、以及陆上集油管线进入油气分离器时配有立管（高度较小）引发的段塞流，其段塞长度和冲击强度远小于海洋油气田，常在分离器入口处安装消能器，吸收油气混合物的冲击能量即可。12段塞流的抑制方法强烈段塞流的抑制法:抑制强烈段塞流的方法较多，

7、基本上从设计和增加附加设备两方面解决。例如：减小出油管直径，增加气液流速；立管底部注气，减小立管内气液混合物柱的静压，使气体带液能力增强采用海底气液分离器如海下液塞捕集器在海底或平台利用多相泵增压；气体自举立管顶部节流－最经济、实用的抑制方法在上述措施中，立管底部注气和顶部节流已有应用实例，但用注气法解决强烈段塞流的费用太高，因而常采用各种顶部节流法。13立管顶部节流原理为使系统稳定运行，必须在立管底部出现新液塞并在立管内增长至顶部前，将液塞排出立管，使气液混合物在系统中连续流动，即把混合物速度Umix（定义为气液折算速度之和）作为控制参数。若Umix减

8、小表示发生阻塞，为举升刚形成的液塞，出油管道的压力应高于立管下游分离器或捕集器正