三相流管道输送技术研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上， 以多个小 孔代替 单孔 向输送管 道加入 压缩 空气 ， 容 易造 成小 孔堵塞 ， 可行 性 不高 。 双 级喉 管喷射 加气 依据射流 原理进 行 ， 向一级 喉管喷 射压 缩空气 ， 在一 级
充分 利用 压 缩空 气 的减 阻和 助推作 用 ， 以实 现管道 排 距的有 效 延长 。
义上 的管 径缩小 或扩大 均无法 有效延 长排距 ， 只有借 由管 道临界 流速 的降低 以 及 泥浆 流体 流速 的提 高 才能 实现 。 二， 三相 流 管道 输送 技术 加气 模 型研 究
可 以实现 的最 大挖深 仅 达数米 。 然而 目前所 运 营使用 的疏 浚船 舶 ， 自动 化程度
气依 据雾 化器 工作 原理进 行 ， 水和 压缩 空气 经过泵 的加压 ，性流体的流动， 管道内壁面陆续出现速度梯度
区， 也就 是边界 层 。 从物 理学上 牛顿摩 擦定律 可知 ， 摩擦 力 即为黏滞 系数与 速度 梯度 的乘 积 ， 也就是 管道 阻力 。 由此可 知 ， 从理论 上而言 可 以通过速 度梯度 的弱 化 和黏滞 系数 的降 低来 实现 管道 减 阻效果 。 绞吸 式挖 泥船 作业 中 ， 一旦管 道 临界流 速超 过泥 浆流体 流速 ， 管 道便 会堵 塞， 输 送 排 泥 作业 便 要 停 止 。 输 送管 道 临 界 流速 的计 算 公 式 可 以表 示 为
相流 管道 输送 技术借 由特 定的 方式在 固— 掖 两 相流 管道 输送 中加入压 缩空 气 ，
在三 相流 管道 输送 技术 的加气 方式 的探索 中， 主要有 单 孔加气 、 小 孔多 孔 加气 、 双级 喉管 喷射 加气 、 微 孔材料 渗 气加气 及旋 转射 流水 气混合 喷射 加气 等 五大类 加 气方 式。 单 孔加 气是 最简 单的 加气方 式 ， 直接 将压 缩气 体加入 输送 管 道 中便 可 ， 无法 实现 管道 阻力 的有 效降 低 。 小 孔 多孔加 气是 在单 孔加 气的基 础
略意 义 。 ［ 关键词］ 管道 输 送 三 相 流 理 论概 述 输送 模 型 中图 分类 号 ： Ｔ Ｎ９ ４ ７ 文 献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ － ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ３ ７ － ０ ３ １ ５ －０ １
作为 国 内交通运 输 水路运 输 的重要 组成 部分 ， 内河 航运 面 临着诸 多 问题 ， 如 内河航 道 建设 成本 的缺 乏 、 内河 航道 整治 管理 的缺 失等 ， 河 道泥 沙淤 积现象 严重， 河 道疏 浚任 务 刻不 容缓 。 目前 ， 国内大 多 数的 挖泥 船为 ４ ０ — ５ ０ ｍ３ ／ ｈ 的小 型 挖泥 船 ， 通 常情 况下 其只 有７ ０ ｋ Ｗ功 率 的泥泵 和仅有 １ ０ ｋ ｗ３ ｊ ： Ｊ 率 的绞刀 装置 ，
一
．
三相 流 管道 输送 理论 概 述
（ 一） 加 气 减 阻 原 理 研 究
喉管 内形成 水气 混合 物 ， 喷射 向二 级喉管 ， 在 二级 喉管 内形 成均 匀细化 的水 气 混合物 ， 最 后 喷射 向整个 输送 管道 ， 即使气 泡均 匀 ， 但不够 细化 ， 达 不到 减 阻效 果。 微 孔材料 渗气加 气借 由双层 喷管 内外 层之 间形成 的气腔 向输送管 道加入 压 缩空气 ， 产 生的气泡 细小 ， 不 易上浮 ， 可 以取得 管道减 阻效果 ， 但 是为空 直径小 ， 可以加入 的气 体少 ， 微孔 容易逐 渐堵塞 ， 实 用性不 强。 旋 转射流 水气混 合喷射 加
普 遍 低下 ， 检测 手段 往往 落后 ， 绞刀、 泥泵 、 泥管等 设备 受损 严重 且使 用寿 命不
长， 需要 频 繁进 行 设备 仪器 维 修作 业 ， 管道 排 泥排 距偏 短 ， 单 船 的疏 浚能 力有 限， 管 理调度 水平 不高 ， 绞 吸船关 键 陛设备 仍然 需要依 赖进 口。 这种 种 因素致使 我 国国内 的疏浚装 备和 技术水 平与世 界先进 水平相 比存 在较大差 距 。 作为一 门 与时 俱进 的新型管 道 输送技术 ， 三 相流 管道输 送技术在 石油 、 天然气 、 航道疏 浚 等领 域 中的 应用越 来 越广泛 ， 尤其 是工程 船舶 领域 中的管道 输送 排泥作 业 。 三
ｍ ３ ／ ｓ ； 是气体初始状态下的压力， 其单位为ＭＰ ａ ， 只 是气体膨胀完成状
态下的压力， 其单位为 Ｍ Ｐ ａ ， ｅ ｏ 是没有加气状态下的管道总压 降， 其单位为
Ｍ Ｐａ， Ｐ ； ｔ ｆ ￣ Ｊ ］ Ｉ Ｉ 气状 态 下 的管道 总压 降 ，其单 位为 Ｍ Ｐ ａ 。 要实 现输送 排泥 作业 的持续 高效 运行 ， 就 需要 有效延 长管道 排距 。 传 统意
科 学论 坛
Ｃ ｈｉ ｎ ａ ｓ ｃｉ ｅ ｎ ｃｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｏｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Ｉ
三 相 流 管 道 输 送 技 术 研 究
刘卫 海
（ 中国 石化 新疆 煤 制 气外 输 管道 项 目部 湖北 襄阳 ４ ４ １ ０ ０ ０ ） ［ 摘 要］ 石油、 天 然气 、 航 道 疏浚 等领 域 中 ， 管道 输 送应用 广 泛 ， 如 绞吸 式挖 泥船 作 业 中的排 泥 管道 。 传 统 绞吸式 挖 泥船 采用 的是 两相 流 管道输 送 ， 也 就是 以 泥 沙 和水形 成 的固一 液 两相 流输 送排 泥 ， 排距 短容 易造 成输 送管道 堵 塞 ， 能源 消耗 高 ， 却输 送排 泥效 率低 。 这样 的情 形 下 ， 三相流 管道 输送 技术应 运 而生 ， 即采用气 体 辅助 输送 排泥 技术 ， 形 成 气一 固一 液三相 流 管道 输送排 泥 ， 有 效延 长管道疏 浚 排距 ， 大 大增加 管道 疏浚 作业 范 围 ， 全 面提升 管道 疏浚功 效 ， 整体 改善管 道疏 浚 作业 现状 。 本 文从 三相流 管道 输送 理论 的概述 出 发 ， 分 析研 究三相 流管 道输 送 的加气模 型 ， 给三 相流 管道 输送技 术 的应用提 供科 学依 据和理 论支 撑 ， 具有十 分重 要 的战
充分 利用 压 缩空 气 的减 阻和 助推作 用 ， 以实 现管道 排 距的有 效 延长 。
义上 的管 径缩小 或扩大 均无法 有效延 长排距 ， 只有借 由管 道临界 流速 的降低 以 及 泥浆 流体 流速 的提 高 才能 实现 。 二， 三相 流 管道 输送 技术 加气 模 型研 究
可 以实现 的最 大挖深 仅 达数米 。 然而 目前所 运 营使用 的疏 浚船 舶 ， 自动 化程度
气依 据雾 化器 工作 原理进 行 ， 水和 压缩 空气 经过泵 的加压 ，性流体的流动， 管道内壁面陆续出现速度梯度
区， 也就 是边界 层 。 从物 理学上 牛顿摩 擦定律 可知 ， 摩擦 力 即为黏滞 系数与 速度 梯度 的乘 积 ， 也就是 管道 阻力 。 由此可 知 ， 从理论 上而言 可 以通过速 度梯度 的弱 化 和黏滞 系数 的降 低来 实现 管道 减 阻效果 。 绞吸 式挖 泥船 作业 中 ， 一旦管 道 临界流 速超 过泥 浆流体 流速 ， 管 道便 会堵 塞， 输 送 排 泥 作业 便 要 停 止 。 输 送管 道 临 界 流速 的计 算 公 式 可 以表 示 为
相流 管道 输送 技术借 由特 定的 方式在 固— 掖 两 相流 管道 输送 中加入压 缩空 气 ，
在三 相流 管道 输送 技术 的加气 方式 的探索 中， 主要有 单 孔加气 、 小 孔多 孔 加气 、 双级 喉管 喷射 加气 、 微 孔材料 渗 气加气 及旋 转射 流水 气混合 喷射 加气 等 五大类 加 气方 式。 单 孔加 气是 最简 单的 加气方 式 ， 直接 将压 缩气 体加入 输送 管 道 中便 可 ， 无法 实现 管道 阻力 的有 效降 低 。 小 孔 多孔加 气是 在单 孔加 气的基 础
略意 义 。 ［ 关键词］ 管道 输 送 三 相 流 理 论概 述 输送 模 型 中图 分类 号 ： Ｔ Ｎ９ ４ ７ 文 献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ － ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ３ ７ － ０ ３ １ ５ －０ １
作为 国 内交通运 输 水路运 输 的重要 组成 部分 ， 内河 航运 面 临着诸 多 问题 ， 如 内河航 道 建设 成本 的缺 乏 、 内河 航道 整治 管理 的缺 失等 ， 河 道泥 沙淤 积现象 严重， 河 道疏 浚任 务 刻不 容缓 。 目前 ， 国内大 多 数的 挖泥 船为 ４ ０ — ５ ０ ｍ３ ／ ｈ 的小 型 挖泥 船 ， 通 常情 况下 其只 有７ ０ ｋ Ｗ功 率 的泥泵 和仅有 １ ０ ｋ ｗ３ ｊ ： Ｊ 率 的绞刀 装置 ，
一
．
三相 流 管道 输送 理论 概 述
（ 一） 加 气 减 阻 原 理 研 究
喉管 内形成 水气 混合 物 ， 喷射 向二 级喉管 ， 在 二级 喉管 内形 成均 匀细化 的水 气 混合物 ， 最 后 喷射 向整个 输送 管道 ， 即使气 泡均 匀 ， 但不够 细化 ， 达 不到 减 阻效 果。 微 孔材料 渗气加 气借 由双层 喷管 内外 层之 间形成 的气腔 向输送管 道加入 压 缩空气 ， 产 生的气泡 细小 ， 不 易上浮 ， 可 以取得 管道减 阻效果 ， 但 是为空 直径小 ， 可以加入 的气 体少 ， 微孔 容易逐 渐堵塞 ， 实 用性不 强。 旋 转射流 水气混 合喷射 加
普 遍 低下 ， 检测 手段 往往 落后 ， 绞刀、 泥泵 、 泥管等 设备 受损 严重 且使 用寿 命不
长， 需要 频 繁进 行 设备 仪器 维 修作 业 ， 管道 排 泥排 距偏 短 ， 单 船 的疏 浚能 力有 限， 管 理调度 水平 不高 ， 绞 吸船关 键 陛设备 仍然 需要依 赖进 口。 这种 种 因素致使 我 国国内 的疏浚装 备和 技术水 平与世 界先进 水平相 比存 在较大差 距 。 作为一 门 与时 俱进 的新型管 道 输送技术 ， 三 相流 管道输 送技术在 石油 、 天然气 、 航道疏 浚 等领 域 中的 应用越 来 越广泛 ， 尤其 是工程 船舶 领域 中的管道 输送 排泥作 业 。 三
ｍ ３ ／ ｓ ； 是气体初始状态下的压力， 其单位为ＭＰ ａ ， 只 是气体膨胀完成状
态下的压力， 其单位为 Ｍ Ｐ ａ ， ｅ ｏ 是没有加气状态下的管道总压 降， 其单位为
Ｍ Ｐａ， Ｐ ； ｔ ｆ ￣ Ｊ ］ Ｉ Ｉ 气状 态 下 的管道 总压 降 ，其单 位为 Ｍ Ｐ ａ 。 要实 现输送 排泥 作业 的持续 高效 运行 ， 就 需要 有效延 长管道 排距 。 传 统意
科 学论 坛
Ｃ ｈｉ ｎ ａ ｓ ｃｉ ｅ ｎ ｃｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｏｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Ｉ
三 相 流 管 道 输 送 技 术 研 究
刘卫 海
（ 中国 石化 新疆 煤 制 气外 输 管道 项 目部 湖北 襄阳 ４ ４ １ ０ ０ ０ ） ［ 摘 要］ 石油、 天 然气 、 航 道 疏浚 等领 域 中 ， 管道 输 送应用 广 泛 ， 如 绞吸 式挖 泥船 作 业 中的排 泥 管道 。 传 统 绞吸式 挖 泥船 采用 的是 两相 流 管道输 送 ， 也 就是 以 泥 沙 和水形 成 的固一 液 两相 流输 送排 泥 ， 排距 短容 易造 成输 送管道 堵 塞 ， 能源 消耗 高 ， 却输 送排 泥效 率低 。 这样 的情 形 下 ， 三相流 管道 输送 技术应 运 而生 ， 即采用气 体 辅助 输送 排泥 技术 ， 形 成 气一 固一 液三相 流 管道 输送排 泥 ， 有 效延 长管道疏 浚 排距 ， 大 大增加 管道 疏浚 作业 范 围 ， 全 面提升 管道 疏浚功 效 ， 整体 改善管 道疏 浚 作业 现状 。 本 文从 三相流 管道 输送 理论 的概述 出 发 ， 分 析研 究三相 流管 道输 送 的加气模 型 ， 给三 相流 管道 输送技 术 的应用提 供科 学依 据和理 论支 撑 ， 具有十 分重 要 的战