起伏湿气管道持液率影响研究综述

张碧波 刘姝, 李洋 赵伟东 康林（.西南油气田分公司蜀南气矿，四川泸州646000；.重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆4033）

0 引言

对于是湿气管道中积液会在管道的较大落差低洼段形成，伴随运行时间的延长，大落差低洼管段的持液率不断增大，积液进而会扩展到其他位置的起伏管段，并最终以段塞流的形式存在，探索起伏湿气管道内的持液率，对预防管道积液和提高管道输送效率和安全性具有积极作用。

1 积液对湿气输送管道的影响及其影响因素

对积液发展过程的流动特征参数变化进行了分析，指出在运行压力和温度条件下有冷凝水和重烃的析出是湿气管道产生积液的必要条件；受管输量、管道路由及沿线环境等因素的多重影响[1]，积液在管道中的发展过程会根据具体情况而不同。积液在湿气管道中的发展过程是一个重要的一个环节，为湿气输送管道输送提高管道输送效率，需要找到影响积液的因素，见表1：

表1 积液在湿气管道的影响因素

在低流量环境下，管道附近出现积液的情况的管段数量不断上升，因此使得因为地理环境方面的条件的影响从而使得段塞流管段的数量也随之有所增加，段塞流在其中的分布情况密度上相对较大；随管道承担的运输量不断的增加从而将会使得管道内的流速也相应的增加，故而管道内部的气体在液体运输方面的能力上也会随之出现一定程度的增加，地理环境因素造成的段塞流的管段减少，段塞流分布密度小，不仅如此，管道积液还与周遭环境温度和管道温度有关，是一个综合性问题。

表2 持液率的相关影响因素

表3 相关式计算方法

2 持液率预测对湿气管道运行影响分析

2.1 持液率的影响因素

管道中的积液程度是通过持液率这一参数来描述的，表示液相流通面积与管道总流通面积的比值。其中气液比、管径、输送压力等对管道持液率的影响规律[2]，气液比越小、管径越大、输送压力越高，管线持液率越大；管道液体更容易在上坡段发生沉积。根据影响因素分析可以得到表2显示。

2.2 起伏管道中常见的计算方法

20世纪60年代相关专家展开了以空气为介质进行不同类型的液体的运输方面的研究，从而制定出了符合水平状态下的管道运输在持液率方面的计算模式，该类型的计算模式在计算过程中相对较为复杂，由于其属于隐式方程组在计算阶段需要进行对相应的条件进行设定求取最终结果。

20 世纪60 年代有研究人员结合5cm、10cm 管道内部的相关研究的信息数据为基础指定了液相速度准数还有气相速度准数以及运输管道口径相关准数与黏度准数的处于水平状态的管道的持液率计算公式。

20世纪70年代相关研究人员通过对倾斜管道运输进行了有效的研究，并且合理的指定出了关于倾斜管道的持液率的计算模型。对于该模型来讲其对于不同类型的流型上在计算过程中所采用的模型存在相对较大的差异，然而实际的运用过程中出现了负值的情况，所以在具体化应用的过程中需要最终的计算结果展开科学的校验。

在20 世纪80 年代，国际方面的相关研究人员通过对1000多组处于倾斜状态的管线的相关研究信息展开了科学有效的区分，将倾斜状态进行了合理的细化归类，并且提出了不同倾斜类型下的持液率的计算模型。

20 世纪80 年代末，相关研究人员在处于水平状态下的管道内进行了以三种不同物质的介质运输情况展开了相应的研究，并且将相关数据进行了对Dukler 相关式、Eaton 相关式、Beggs-Brill 相关式和Mukherjee-Brill 相关式展开了验证，从而通过验证结果了解到其在现实具体应用过程中存在相对较大的误差，从而提出了MinamiⅠ式和MinamiⅡ式两种持液率的计算公式，分别对应持液率范围为0～0.35和0～1.0的两种情况。

20世纪90年代，相关研究人员进行了Taitel-Dukler相关式合理的简化，其在相关研究过程中采用了长度在36m并且管道口径在50.8mm 并且处于水平状态的管道，并且在运输过程中采用空气还有没有作为管道运输的主要介质进行了大量数据点的相关测验，分别针对奈流和层流拟合出了显示的持液率计算式，同时对最终的相关结果展开有效的修正处理。

21世纪初，相关研究团队进行了对液相流动能与表面自由能的平衡关系方面的相关研究，并且结合该研究的相关数据信息建立起了关于段塞流持液率的计算模型。利用该计算模型的相关的最终计算数值和TUFFP(Tulsa University Fluid Flow Projects)数据信息库相关的数据展开科学合理的对比以此验证该类型的计算模型其准确性以及科学性。

21世纪初，我国相关研究人员以]双流体模型为基础展开了对气液两相流的稳态模拟策略进行了有效的研究，从而根据研究的相关数据建立起了简化形式的水力学模型。通过该计算方法进行计算的过程中需要对其持液率的数值进行合理的设定，从而通过该计算方法进行管道压力方面以及管道液体流速方面数值的求取，然后在展开对持液率进行反解，再通过反复迭代最终使得持液率可以达到具体的要求。

2014 年，国内相关研究团队展开了气液两相流方面的实验，该实验主要是在多相流环道进行的，对低液量气液两相流的流动特征进行研究，提出了持液率的计算方法。

经过长时间不断的研究，从而建立起了不同类型的关于持液率方面的计算模型，在这些计算模型内存在一些因为计算方面成效较为显著从而得到了较快的发展应用，下面简单介绍一下持液率的相关式。

对于起伏倾斜管道的持液率都以水平管柱持液率为基础，则倾斜管道常见持液率相关式为：①Eaton[3]相关式；②Beggs-Brill[4]相关式；③Minami—Brill[5]相关式；④Mukherjee-Brill[6]相关式。具体见表3。

通过表中的公式看出Eaton是以实验数据提出了与液相速度准数、气相速度准数、管径准数和黏度准数相关的水平管道持液率计算公式，Beggs-Brill 相关式与其他常用计算持液率相关式方法相比，能够比较准确地预测不同倾角、不同气液比和不同液体流速条件下的倾斜管柱的持液率，Minami—Brill 相关式是通过持液率范围所对应的两种情况，Mukherjee-Brill 相关式是通过分别针对上坡、下坡分层流和下坡其他流型提出了不同的持液率的计算公式，式中持液率是气、液相速度准数和黏度准数的函数。

3 结语

解决积液问题是湿气管道的一个重要措施，其中影响积液的因素主要有流量、流体组分、压力、温度等多重因素，地形起伏会对气液集输管道的流动特性参数产生变化，从而影响到管路的持液率及持液量，其中气液比、管径、输送压力等会对管道持液率的产生影响，常用的持液率计算相关式，大都是采用以实验为基础的经验或半经验关系式。MukherjeeBrill、Beggs-Brill相关式能够更好的满足倾斜管道工程应用需要，但其中在下坡管段使用Beggs-Brill 相关式，有时候会造成持液率出现负值的情况发生所以通常情况下很少使用BB 相关式；在处于倾斜状态的环境下的上坡状态时管段如果对应水平持液率大于0.3097，然而采用BB相关式有时候会发生所得到的持液率值超过1的情况发生，该种情况下比较适合采用其它方法计算持液率或者在程序中将持液率大于1 时自动赋1 处理。由于Mina⁃mi-Brill 验证了Eaton 相关式、Beggs-Brill 相关式和Mukherjee-Brill相关式，故Minam&Brill相关式有较高的准确度。