多相流管道声波泄漏检测技术北大核心

目前,油气混输系统中多相流技术的工程应用日益增多,而多相流管道的安全问题相比单相介质管道复杂很多。基于声波传感技术具有频率范围宽、传播距离长、易识别等优点,将声波传感技术应用于多相流介质两相流管道。通过泄漏前后动态压力信号最大均值和最大均方值波动值变化,判断流型、流量、泄漏方位、泄漏孔径这几种因素变化对泄漏信号的影响。通过理论分析建立了分层光滑流、分层波浪流、段塞流稳定流动过程中动态压力波动幅值与气液流量关系模型,用于确定各流型下稳定流动背景噪声幅值波动,为气液两相流管道泄漏声波检测技术的实现奠定了基础。     

气液混输管道组分跟踪及相变量预测

气液混输过程中存在相间能量消耗、相间传质等现象,从而影响管内介质的流动状态和管道运行参数,气液相的组成也会不断变化。利用LedaFlow软件对某实际气液混输管道进行稳态模拟,对比分析物性表模型和组分跟踪模型得到的管道沿线参数模拟结果以验证组分跟踪法的可靠性,进而开展管道瞬态模拟,分析流体组成的变化规律并预测气液两相相变量。结果表明：该管道内流体沿程液化,气相摩尔流量下降,其瞬态流动过程为一个气相不断液化的过程;在稳态模拟中采用LedaFlow相平衡计算方式,即按照各相的流量占比与静止状态下的气液相分布相同的原则,可更为准确地确定流动过程中的相变量。研究成果可为气液混输管道中相变规律预测提供理论基础,提升气液混输管道流动安全评价的准确性。（图11,表2,参23）     

气液两相混输管道水热力模型研究进展

气液混输的本质是多相多组分非稳态流动、传热与传质耦合的复杂过程,在气液混输管道中,流体介质除了与管壁存在能量和动量的传递外,在两相相界面上亦存在动量、能量及质量的传递。通过总结气液两相流数学模型相关研究成果,分别从一维与高维、稳态与非稳态角度,分析了未充分考虑传热与传质影响的气液两相管流数学模型的研究现状和局限性,评述了考虑传热和相变耦合影响下的气液两相流数学模型研究进展。最后指出,耦合传热和相变理论的相界面追踪、气液相界面复杂作用机理对传热传质的影响、复杂气液两相流型下的湍流模拟、气液两相平衡与非平衡相变机理以及开发用于求解气液两相流高维数学模型的快速高效算法,是该领域今后研究的关键问题和主要发展方向。     

近海凝析气的管道输送

随着近海油气田的开发,通过海底管道输送凝析气的工程技术也不断发展。凝析气是多元组分的气体混合物,以饱和烃组分为主,在开采、输送过程中的凝析和反凝析现象显著,这使凝析气的管道输送不同于气体或液体的单相输送,其管输方式可分为气液混输、气液分输。气液混输中通常采用气液两相混输,这种混输投资少、工期短,但要解决因凝析液的积聚而降低输送能力及液塞处置等技术问题;密相气体输送是管内单相流动,管道建造和运行费用高。气液分输就是先将凝析气分离,然后将天然气和凝析液分别输送,管内流体均为单相流动,气液分输又可分为双管输送和顺序输送。凝析气管道输送工艺参数中,沿线压降、温降、持液率三者密切相关,互相影响。分析了凝析气输送管道压降、输量和持液率的关系,并指出了预测管路温度下降值是管路安全运行的必要条件。结合东海平湖油气田的开发,通过对气液比、输送压力、管径三者的选择分析,就油气单管混输工艺进行了技术经济评估。     

气液两相流管道流固耦合问题

气液两相流的不稳定流动和管道变形之间的相互作用,极大地改变了流体管道系统的特性,促进了气液两相流管道流固耦合的研究进程。概述了国内外单相输流管道流固耦合研究现状,重点阐述了海洋立管气液两相混输中严重段塞流的流动规律及其流固耦合问题的研究情况,评述了输流管道流固耦合的常用数值计算方法。分析了当前气液两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题,展望了其发展前景。     

海底油气管道多相流动中的若干技术

分析了海底混输管道多相流动中的若干关键技术问题,这些技术问题是,天然气凝析液输送技术、油水(稠油/水)输送、油气水三相流动规律的研究现状及存在问题;海底管道流动保障技术(气体水合物、结蜡等固态物控制)、海洋立管中严重段塞的形成和控制方法、天然气/凝析液清管技术、多相计量和增压设备和技术等。指出了在对多相管流研究的基础上,以流动安全技术作保障,应用先进的多相计量和增压设备,采用高度自动化控制系统,建设长距离、大口径、高压力油气混输管道,可以为我国的海洋油气田向更深水海域发展提供技术支持。     

高气油比混输管路水力计算模型的比较

在气液两相流研究中，管道的压降计算是一项极为重要的工作。在常用的多相混输计算软件中，有多种水力学计算模型，适用于不同流型的水力计算。对于高气油比混输管道，利用锦州20－2凝析气田和上海－平湖气田的实际生产数据，对混输管路水力计算的参数进行了研究分析，筛选出了用于压降计算的模型方程BBME、MBE和DE，并对多相混输管道压降与流量的关系作了讨论。     

大管径高压力气液两相管流流型转变数值模拟

流型判别是气液两相流研究的重要内容.应用适用于工业设计中大管径、高压力管道的多相流瞬态模拟软件OLGA,以空气-水为介质,对倾角为-70°～90°、内径为200 mm、压力为2.0 MPa的气液两相管流进行数值模拟,通过变换不同的气液相流量和管道倾角,研究管道内气液两相流体流型的变化.根据数值模拟所得到的1 628组数据,结合流体物性和管道倾角,回归建立了不同流型转变的判别准则经验相关式,为现场大管径、高压力气液两相流管道的流型判别提供了参考依据.     

含杂质超临界CO2管道减压波波速的预测模型

超临界CO2管道断裂会在裂纹两端产生减压波,其波速计算是预测和控制管道断裂的关键.基于GERG-2008状态方程,结合均相流动模型与气液两相流声速计算模型,建立了含杂质超临界CO2管道的减压波波速预测模型,并开发了相应的计算程序,分析了单元非极性杂质、单元极性杂质、多元混合杂质对超临界CO2管道减压波曲线的影响.结果 ...     

油气水混输技术在石南油田的应用

针对石南油田基东集输管道起点压力高,部分计量配水站的气液无法进入集输系统这一问题进行了分析,发现采用三相混输公式求出的管道各段压降预测值与实测值较接近,误差在5%～30%之间,且较安全.根据压力预测结果选择油气水混输泵,在基东集输管道起点区域增建了混输泵站及配套控制系统,有效解决了其混输难题,提高了经济效益.     

超临界CO2管道输送参数的敏感性分析

为了确定有利于超临界CO2管道输送的参数范围,保证安全输送,基于超临界CO2流体作为管输介质与天然气和原油的不同之处,分析了超临界CO2管道输送技术的特殊性,进而通过软件模拟计算,分别研究了不同入口温度、管输流量、总传热系数下管输压力、温度、密度、黏度与输送距离的关系,得到了特定条件下的有效输送距离,不同管输流量对压温及物性的影响规律。结果表明：在研究条件范围内,输送距离超过100km后,CO2由超临界态变为密相,若要保持超临界态输送,需要在每100km范围内设置加热站;管输流量介于200-250t／h之间较理想;总传热系数介于0．84～1．3W／（m2 ℃）之间为宜。该研究属于超临界CO2管道输送基础研究,对于我国形成完整的超临界CO2管道输送系统具有参考价值。（图3,表3,参10）     

输气管道泄漏音波的产生及传播特性

对输气管道泄漏音波的产生和传播特性进行研究,分析了泄漏音波产生的形式,获得了音波信号的时域、频域及时频特征。结果显示：泄漏音波主要由介质与管道相互作用产生的单极子、偶极子和四极子声源所引起,表现为时域上能量突变,但所占时域较窄,所占频域较宽,主要能量集中在0-100Hz。利用软件对泄漏音波在特殊管件（弯管、变径、分支）中的传播特性进行模拟研究,并利用高压输气管道泄漏装置进行试验研究,分析了泄漏音波信号的传播规律,确定了影响音波信号衰减的主要因素。结果显示：音波在管内以平面波形式传播,随着传播距离的增大,音波基本呈指数规律衰减,在较低泄漏量下,泄漏音波信号幅值基本与泄漏孔径无关：音波信号经弯管和直管的损失基本为0,经分支和变径管损失较大。根据拟合计算结果,对于现有型号的音波传感器,其理论安装距离可达100km,利于长输管道的泄漏检测。     

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。     

成品油管道泄漏监测难点与对策

国内外长输管道泄漏监测技术主要有流量平衡法、实时模型法、统计分析法及负压波法。针对成品油管道的运行特点,分析了负压波泄漏监测技术难点,对顺序输送工况下的信号波速进行了定量计算,对多分输、调控频繁等工况下的信号变化进行了定性描述,介绍了成品油管道泄漏监测系统应具备的主要性能。将音波-负压波联合监测方法作为成品油管道泄漏监测的解决方案,并给出泄漏判定准则及泄漏监测流程。兰成渝成品油管道的模拟测试及现场应用结果表明,该解决方案效果良好,且各项指标均符合相关要求。     

浮绳式网箱框架纲波浪力特性的初步试验研究

结合生产的实际需要,沿海浮绳式网箱生产的作用日益突出,因而研究其水动力特性非常重要。根据这一需要,采用预加张力的直交系泊方法,依据目前柔性浮绳式网箱尺寸和渔具模型试验方法设计、制作了一个柔性浮绳式网箱模型（1 m×1 m×1 m）,并进行了水槽试验。试验工况为规则波,周期为0.8～2.0 s（间隔0.2 s）,波高为50～250 mm（间隔40 mm）。在不同波浪周期、波高下,根据测量数据,分析研究作用在浮绳式网箱框架纲上波浪力的特性。试验结果表明：波浪力的变化与波浪特性相似,呈周期性、不对称变化,垂直于波浪方向的2根框架纲的波浪力峰值比与波浪方向平行的2根框架纲的稍小。框架纲上的波浪力不是同步变化的,存在一定相位差,但由于框架纲是柔性绳索制成的,因而能承受由于不同相位波浪力产生的扭矩剪切作用,证明了波浪作用下HDPE网箱常受到破坏而浮绳式网箱安然无恙的事实。最后,就水流和波浪共同作用下的网箱水动力学进行了试验研究,发现波流共同作用下的水动力值并不是单独在纯流和纯波下的水动力的值的简单相加,而存在一修正项。     

柴油机燃油系偶件磨损的油压波形识别法初探

针对柴油机燃油系统精密偶件磨损后的油压波形变化，采用高压油管压力波形识别的方法，测取磨损状态下的柱塞副、出油阀副、喷油器针阀副工作压力波形，研究高压油管压力波形所反映的偶件磨损状况。     

三层成层水域内波的研究

运用小振幅波理论对三层成层水域内波运动进行了解析,阐明了三层成层状态下的流速垂直分布和内波波动分散规律,并与大阪湾观测到的内波列取得良好吻合,解析还表明,三层成层水域流速的大小与内波引起各层间的流量分配密切相关,最大振幅水深由水域的成层特点所决定,小流速时的内波界面变位和流况与二层成层的情形呈形完全相反的结果,了解三层成层水域内波的这些特性对于正确认识养殖水域的环境特点及变动,合理设置水产增养殖设     

三层成层水域内波的研究

运用小振幅波理论对三层成层水域内波运动进行了解析,阐明了三层成层状态下的流速垂直分布和内波波动分散规律,并与大阪湾观测到的内波列取得良好吻合,解析还表明,三层成层水域流速的大小与内波引起各层间的流量分配密切相关,最大振幅水深由水域的成层特点所决定,小流速时的内波界面变位和流况与二层成层的情形呈形完全相反的结果,了解三层成层水域内波的这些特性对于正确认识养殖水域的环境特点及变动,合理设置水产增养殖设     

液体弹性波在油田管输系统中的应用

液体弹性波对管道中流动的液体产生压力冲击波，并引起剪切作用。根据这个特点，设计液体弹性波应用系统用于原油管道系统清蜡，防蜡，防蜡，降和粘及解堵。该系统集剪切输送必压力输送工艺特点于一体，优于系统的剪切处理方法，能对整个管道系统进行连续剪切和压力处理是一种先进折物理处理方法。     

采用调节阀系统控制管道的水击

介绍了我国几条输油管道水击试验的基本情况，对管道调节阀系统的功能作了一般性叙述，对水击控制试验进行了详细的分析。强调调节阀系统在水击控制中必须反应灵敏、关阀速度快。指出调节阀的另一重要作用就是启泵保护。启泵和停泵一样，会产生一个水击波，启泵过程也是一个很强的水击控制过程，而调节阀就位于波源处进行控制。在密闭输油中，调节灵敏、动作可靠稳定的调节系统是优化运行和安全运行的根本保障，它的调节速度与压力变