Характеристика трубопровода при перекачке двухфазных потоков

 

Характеристика рельефного трубопровода при перекачке газожид­костных смесей приведена на рис. 3.4. Видно, что с увеличением скорости (расхода) смеси общий перепад давления в трубопроводе сначала уменьшается, достигает некоторого минимума, а затем возрастает.

А. И. Гужовым дано следующее объяснение ее поведению. Как и в обычных трубопрово-дах, при перекачке двухфазных потоков общий перепад давления складывается из потерь давления на преодоление сил тре­ния Р, и разности нивелирных высот точек профиля P_z. При скорости сме­си близкой к нулю на восходящих участках трассы имеет место пробковая структура потока и гравитационные потери здесь определяются, в основ­ном, весом столба жидкости. На нисходящих участках имеет место расслоенная структура потока, а приращение потенциальной энергии потока определяется весом столба газа. Поэтому при перепад давления на пре­одоление разности нивелирных высот профиля трассы максимален. С увеличением скорости смеси сначала уменьшается длина участков с без­напорным течением на нисходящих элементах профиля, а затем происходит смена расслоенной структуры потока на пробковую. Тем самым в ре­зультате увеличения скорости смеси происходит постепенное уравнивание плотности смеси на восходящих и нисходящих участках, что ведет к уменьшению гравитационных потерь с асимптотическим приближени­ем к величине p_см · g · Δz. Потери давления на преодоление сил трения с увеличением скорости смеси монотонно возрастают. В результате сложения двух функций - возрастающей P_τ и убывающей Р_z, - в общем слу­чае получается кривая имеющая минимум при которой скорости смеси ω_{см min}.

Из рис. 3.4 видно, что с уменьшением расходного газосодержания β величина скорости смеси ω_{см min}, соответствующая минимальному перепаду давления в трубопроводе, также уменьшается.

Можно ожидать, что при малых β, когда различие в плотностях смеси на восходящих и нисходящих участках становится незначительным, ми­нимум перепада давления в трубопроводе будет отсутствовать.

Режим перекачки газожидкостной смеси, соответствующий скоро­сти _{Wсм min,} можно назвать режимом перекачки при минимальных поте­рях давления. Значительно больший интерес представляет режим с ми­нимальным удельным расходом электроэнергии на перекачку

Для его определения проводят касательную к кривой из начала коорди­нат (рис. 3.5). Скорость смеси, соответствующая точке касания, является оптимальной скоростью перекачки двухфазных потоков ω_{см опт.}

Таким образом, при заданных диаметре и расходном газосодержании потока необходимо стремиться вести перекачку со скоростями ω_{см опт.}или - при необходимости - ω_{см min}.

 

ωсм

 

Рис. 3.4. Характеристика промыслового трубопровода при различных расходных газосодержаниях

 

 

Рис. 3.5. Определение оптимальных скоростей перекачки газожидкостных потоков: 1-общий перепад давления; 2-удельные затраты энергии