改善油气管道输送性能的相关技术

依据流体在管道内的流动规律,论述了油气管道的减阻增输机理。针对油气管输存在流动摩阻大、输送量适应范围小等问题,考察并探讨了改善输油管道输送性能的相关技术。通过减小管输流体的动力粘度、降低湍流的附加应力,可以显著减小管输摩阻,降低管输能耗,提高管道运行的弹性和效率,保障管道安全经济运行的同时获得减阻增输效果。针对石油管道系统,分析了各种减阻增输技术的应用效果和适用条件,提出了一些具有应用前景的新方法。     

管内流体产生滑移时的减阻率计算

管内液体的流动速度在超过临界流速后,流体与管壁之间会出现相对滑动。分析认为,滑移与减阻之间关系密切。给出了滑移模型以及影响减阻率的因素。     

天然气管道的减阻与天然气减阻剂

依据流体管道的流动规律和减阻增输机理,指出天然气管道的减阻原理是抑制贴壁薄层(厚度等于粗糙度)内的气体脉动。认为管壁内涂、壁面薄液膜、凝析液中注入液体减阻剂和在管道内壁上吸附气体减阻剂是天然气管道有效的减阻方法。研究结果表明,气体减阻剂应是一种具有极性端和非极性长链的分子聚合物或化合物。     

平行刚性圆盘间有壁面滑移时宾汉流体的挤压流动

两平行刚性圆盘间流体的挤压流动模型是一个基本的力学模型。流体与壁面存在滑移会对挤压黏性力产生影响。以Reyno1ds润滑理论为基础，研究了存在滑移时两刚性圆盘间宾汉流体的挤压流动。研究结果表明，随着滑移参数的增加，挤压黏性力减小，流体刚性层厚度增加；当滑移参数超于无穷大时，所有流体都处于刚性运动状态，此时的挤压黏性力与两刚性圆盘挤压理想刚塑性介质时的情况相同。     

液体沿固体壁面滑移减阻机理分析

根据固液两相间的相互作用,提出了液本沿固体表面滑移的机理。当液体沿固体表面的流速超过临界速度时,出现滑移,学样能实现减阻;否则液体与固体边界同速。固液间的粘附功越小,并且液体的粘度越大时,临界流速越小,越易实现滑移减阻,并为滑移减阻提出了具体建议。     

长距离地上输油管道保温层厚度设计

科学设计管道保温层厚度,既能保障原油正常输送,也能做到成本有效控制.建立了长距离地上管道保温层设计的传热有限元模型,考虑了管道及保温层内外膜阻、外部空气对流换热及管道与保温层传热的综合作用.以管道出口温度为目标迭代求解管道保温层的最小厚度,讨论了保温层导热系数、管径和管道流量3个因素对保温层厚度的影响.结果表明,原油内摩擦产生的热量能够小幅提高原油输送温度;保温层导热系数的增加主要影响管道的热传导性能;管径的增加则加强了对流散热而降低了流体内摩擦做功产热,对隔热层设计影响较大;而输送流量增加则减少原油与管壁的传热时间,流速增加也增加了流体内摩擦做功产热,可以有效降低保温层厚度需求.在工程实践中,应综合考量保温层导热系数、管径和管道流量的设计,平衡三者与热传导和热对流之间的关系.     

顺序输送原油管道中减阻剂效果的评价方法

在顺序输送管道加注减阻剂现场试验中,首末站压差取决于减阻剂的作用效果及管道中各品种原油所占管容的比例,因此不能沿用输送单品种原油管道减阻率的计算方法进行减阻剂效果评价。依据乌鄯原油管道顺序输送北疆油、哈国油的运行实例,对顺序输送过程中减阻剂作用效果提出了评价方法。当顺序输送管道首站注入的加剂油与末站排出的未加剂油为同种原油时,管道中各品种原油所占管容比例不变,管道首末站压差的降幅仅取决于减阻效果;对应注入加剂油的管长,通过理论计算得到该管段输送未加剂原油产生的摩阻;首末站压差降幅与该摩阻的比值即为减阻剂对管道输送该原油产生的减阻率。现场试验证明:添加减阻剂A,在410~600 m3/h流量范围内,对乌鄯线输送哈国油减阻率为31.4%~34.7%;添加减阻剂B,在550~933 m3/h流量范围内,减阻率为15.8%~17.2%。     

高分子减阻剂对非牛顿型流体流动特性的影响

以普兰德动量传递理论为基础,按照卡门的三层模型,通过室内模拟环道用0号柴油及加入减阻剂在圆管内的流动参数的测定,计算了非牛顿型流体管内湍流边界层的层流内层、过渡层、湍流中心的涡流粘度,涡流粘度与运动粘度比、总应力随相对位置的变化等定量参数,探讨了高分子减阻剂对非牛顿流体流动特性的影响,对湍流减阻现象的机理与增大减阻率的条件进行了定量分析.     

牛顿流体紊流-层流的分层流动规律

通过分析掺入少量高粘流体形成分层紊流-层流的流动状态,抛弃传统的水力学研究方法,应用流体力学原理、高级程序设计语言和先进的数值计算技术研究了掺入少量高粘流体分层紊流-层流减阻规律,为实现管道混相输送时高效减阻和经济节约的设计提供理论依据.     

液化天然气管道输送工艺参数的计算

LNG在管道输送过程中的物性参数可以通过LKP方程及其关联式确定,Lee-Kesler分别应用氩和正辛烷的实验数据拟合确定了该方程简单流体和参考流体的常数项。分别给出了用对比密度表示的LKP方程表达式和LNG混合物粘度的计算公式,利用对比态原理(CSP)计算比定压热容的表达式。利用"过冷"态原理进行无气化LNG管道输送工艺参数的计算,给出了管道水力、热力参数和保冷层厚度的计算方法。以大连LNG接收站为例,对1条长6 km、高程差48.5 m管道的运行参数进行计算,求得管道压降为0.338 MPa,保冷层厚度为0.145 mm,管输介质到达管道终点的温度为-154℃,因此在1.194 MPa的输送压力下,LNG全程处于液化状态,验证了LNG在"过冷"状态下输送的可行性。     

关于石油管道注剂增输率的预测原理

依据减阻剂减阻机理,分析并研究了影响液体管道加剂增输效果的各种因素,除减阻剂本身分子结构、摩尔质量及管道液体中减阻剂含量外,还有壁面附近轴向摩擦应力的大小、液体脉动的强度及含有定向减阻剂分子液体层的厚度等。如果两条管道中影响增输效果的因素相同或相近,则两条管道的加剂增输率相等或接近。利用室内环道预测工业管道注剂增输率的原理是调节室内环道轴向摩擦应力的大小与分布。     

有壁面滑移时刚性球颗粒间流体的挤压流动

挤压流动中流体在壁面的滑移发生在某些非牛顿流体或存在润滑层的牛顿流体情形,此现象对黏性力的影响值得研究。基于润滑理论,导出了壁面滑移时刚性球间牛顿流体挤压流动的压力分布和黏性力的解析解。通过引进滑移修正系数,解析解可分解成无滑移解和滑移修正系数的乘积。该系数是滑移参数和量纲1积分上限的复杂函数,但数值试验表明,对充分大的量纲1积分上限和给定的滑移参数,该系数趋于常数,由此可大大简化黏性力的计算,从而明显减小湿散体离散元模拟的计算量。     

龙岗酸性气田低流速管道流动特征

针对龙岗酸性气田某些集输管道内积液和腐蚀严重的问题,基于气井采出流体的性质及输气管道基本运行参数,采用OLGA软件模拟两条典型的低流速管道及不同流量下的001—6#采气管道,分析两条管道内的流型、持液率以及流体与管壁间的剪切力沿管道的变化规律,研究流量对001—6#采气管道内各流动特征参数的影响规律。结果表明：OLGA软件模拟两条采气管道的压降和温降与实际生产数据一致,其模拟结果可靠;下坡管内持液率小于0．05,流体与管壁间的剪切力小于20Pa,上坡管内持液率为0．3～0．4,液相一管壁最大剪切力为80-270Pa,上坡管段是积液和腐蚀严重的区域;气体流量对龙岗001—6#低流速采气管道的流动特征参数影响很大,进一步减小气体流量会使上坡管内持液率及液体一管壁剪切力急剧增大,从而加剧管内积液和腐蚀;当气体流量增大至97．5×10^4m^3／d时,管内的持液率和管壁剪切力均很低,管内积液和腐蚀问题有所缓解。（表6,图6,参9）     

高聚物减阻增输机理研究

采用理论研究与湍流试验相结合的方法，以增输必须增加速度梯度为出发点，通过分析流体与高聚物分子的相互作用，发现高聚物减阻的机理在于能够有效地抑制管壁附近流体的径向脉动。根据高聚物减阻增输机理，合理解释了多年来在高聚物减阻研究中出现的许多迷惑现象，给出了减阻效果随雷诺数、粗糙度及高聚物掺入量的变化规律，导出了最佳雷诺数与管径、运动粘度的相互关系，提出了高聚物研制和应用的具体建议。     

加速管道系统磨蚀的参数及磨蚀预测

沙的冲蚀能磨掉管壁上的腐蚀保护膜,引起严重的磨蚀性腐蚀,这种腐蚀受很多因素的影响,探讨了这些因素如何共同作用导致磨蚀性腐蚀的。B.S.McLaury等人把磨蚀实验和流动模拟(包括沙蚀)相结合运用在研究过程中,对沙蚀和磨蚀性腐蚀致使壁厚损失诸多影响因素进行了研究,这些因素包括:管道几何形状、管道尺寸、管材、流体流速、流体粘度和密度、沙粒大小、沙粒形状、沙粒密度和出沙率。提出了预测沙的磨蚀速度的方法,这个方法是在前人一些早期的适用于沙蚀条件下的经验方法基础上发展而来的。对磨蚀模拟的预测结果与实验数据进行了比较。     

Viscosity near Earth's solid inner core

Anomalous splitting of the two equatorial translational modes of oscillation of Earth's solid inner core is used to estimate the effective viscosity just outside its boundary. Superconducting gravimeter observations give periods of 3.5822 +/- 0.0012 (retrograde) and 4.0150 +/- 0.0010 (prograde) hours. With the use of Ekman layer theory to estimate viscous drag forces, an inferred single viscosity of 1.22 x 10(11) Pascal seconds gives calculated periods of 3.5839 and 4.0167 hours for the two modes, close to the observed values. The large effective viscosity is consistent with a fluid, solid-liquid mixture surrounding the inner core associated with the "compositional convection" that drives Earth's geodynamo.