长距离油气管道试压排水不满流分析软件.pdf

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1、第4l卷第4期化工机械523长距离油气管道试压排水不满流分析软件+李晓平”邓涛周军陈媛媛宫敬(中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室)摘要为了确定长距离油气管道试压排水过程发生不满流具体位置及其特性参数，开发了首套长距离油气管道试压排水不满流分析软件，对排水方案的合理性进行评估。详细介绍了理论基础研究、软件功能和结构特点，提出了可行的试压排水不满流分析理论。最后以国内某条管道试压排水进行不满流模拟计算，结果表明软件能够准确预测长距离油气管道试压排水不满流发生时间、具体位置和范围。关键词长距离油气管道试压排水不满流中图分类号TQ0

2、55．8+l文献标识码B文章编号0254-6094(2014)04旬523旬5管道输送作为五大运输方式之一，在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。对于新建起伏管道，试压操作是对管道施工质量、管材性能和管道整体强度的一次综合检验，也是工程竣工投产前对管道进行安全检查的重要手段，它可以及时发现管道存在的缺陷，以便及早采取措施，排除管线中的隐患。目前，常见的管道试压介质主要有洁净水和压缩空气两种，试压介质也可以是天然气或惰性气体，根据实际情况需要，防冻液也可用作试压介质。在GB／T16805-2009和API—RP．1110-2007中对试压介

3、质有新的规定，即在满足标准中所规定的特定条件时，试压介质也可以是蒸汽压小于0．05MPa的液体石油。国内外大多数管道出于安全和经济两方面考虑通常采用水作为试压介质¨’“。实际工程中一般是利用压缩空气推动清管器将管道内的试压水推至管口排出∞J。试压排水过程中管道中若发生压力减小的现象，则会引起一个向下游传播的负压波，在液体压力进一步下降到该温度下液体的饱和蒸汽压时，局部液体汽化，在管内形成蒸汽空穴，这就产生了液柱分离现象。生产实践中的长输水管路中所出现的管路破裂，70％一80％与液柱分离再弥合有关。特别在长距离管道中途经起伏地段，由于水击导致

4、气泡溃灭，上、下游液柱在高速下相遇，可能产生巨大增压而使管道压力超限H1。在管道试压排水方案制定工作中，倘若对可能产生的液柱分离现象估计不足，可能导致管道和设备的损坏”1。所以，需要借助相关仿真模拟手段对试压排水方案是否会有不满流发生进行评估。但是目前国内外尚无长距离油气管道试压排水不满流分析的模拟软件，目前市场上主流的多相软件如PIPEPHASE、PIPEFLO、PIPESIM及OLGA等，计算时入口必须为多相，需要输入含气率，这使得模拟仿真不方便。单相软件如TLNET，计算汽化时压力会降低到负值，不符合物理规律。为此，中国石油大学(北京

5、)油气储运工程系多相流课题组开发了首套长距离油气管道试压排水不满流分析软件。该软件很好地解决了现有模拟软件中对试压排水过程不满流分析的问题，能准确判断发生不满流现象的时间和位置，从而采取必要的预防措施避免不满流的发生。1理论基础研究试压排水过程中首端空压机注气，末端开阀放水会在管道内形成不稳定流动。长距离油气管道分段试压排水过程中的管内两相流体的动态流动特性分析，可能会包括：气泡流、下坡段非满管分层流H’叫和清管器液塞前端非满管流。一方面，液态水发生汽化现象并以小气泡的+国家科技重大专项课题资金资助项目(2011ZX05039-002)。一

6、李晓平，男，1969年1月生，副教授。北京市，102249。524化工机械2014年形式分布在液相区内；另一方面，低压段空气在液体中的溶解度降低，空气被释放出来。此外，由于清管器与管壁密封性能随着运动距离增加而减弱，或者在弯头等变径处导致清管器上游压缩空气窜漏到下游液段，随液流运动形成气泡流。当上述过程持续时间足够长，并往往在高点处发生聚集，就会存留足够的气体导致管段产生不满流。清管器进入到下坡非满管分层流段时，会在清管器液塞前端形成多相流区。大落差管道运行工况可能会在下坡段有不满流段存在，通过局部流速的增大来消耗剩余的能量。一般情况下管道

7、运营过程中会采取措施以避免不满流出现¨J。由于排水过程中局部压力降低至液态介质饱和蒸汽压发生了汽化，会出现气液两相流动。集中空穴模型计算简单，且容易与特征线法结合，所以在工程计算中得到了广泛应用。笔者首先选择了Streeter和Wylie的蒸汽一液体模型，如图1所示。基准面图1Streeter和Wylie的蒸汽一液体模型首先求解节点J的压头日，(，)和流量Q，(J)，然后判断节点，处的压力是否低于液体的饱和蒸汽压：Ho(j)+H。。一zt；)(H。(1)式中日。。——当地大气压折算的液柱高度；巩(．，)_j点的压头；露。——液体饱和蒸汽压力

8、折算的液柱高度；Z(j)叫点的高程。若式(1)不成立则转入下一个节点的计算；若式(1)成立，则说明发生了液柱分离，取节点的压头为：以(j)=z(j)+H。一H。。。(2)计算节点