大落差输油管道不满流分析软件开发
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)。
（2） 软件的模块组成。软件由输入模块、输出 模块和核心计算模块组成。输入模块在软件的主界 面 上 完 成 ， 软 件 的 输 出 是 直 接 生 成 Word 文 档 。 Word 文档中主要包括两部分内容：①各计算管段 不满流区域节点的里程、高程、持液率、油流速 度，各段不满流的长度、气体空间体积，计算管段 总的不满流长度和总的气体空间体积，以表格形式 详细列出；②各计算管段的不满流参数图，采用图 形和表格相结合的输出方式，符合用户习惯，直观 明了，易于接受。
-1-
第 32 卷第 10 期 （2013.10）〈行业论坛〉
据力学平衡方程和稳定的连续性方程即可求出不满 流区域各节点的持液率和油流速度。
2 软件的开发
2.1 软件功能 大落差输油管道不满流分析软件是以流体力学
和不满流理论为基础，在 Microsoft VC++和 Delphi 语言环境下编写的通用型软件程序，可对任意一条 大落差输油管道，任意工况下不满流可能发生的位 置、长度、气体空间的体积、不满流各节点的持液 率和油流速度进行模拟计算，以协助用户进行工艺 设计及管道的运营管理。 2.2 软件结构
4 结语
大落差输油管道不满流分析软件界面友好，操 作简单，通用性强，计算时间短，能帮助用户有效 地掌握管道在任意工况下全线可能发生的不满流情 况及其特性参数。目前，软件设计还处于初级阶 段，还需要不断地改进和完善，以最大限度地满足 用户需求。 参考文献
[1] 杨筱蘅．输油管道设计与管理[M]．北京：中国石油大学出版 社，2006.
[5] 刘天佑，徐诚，张秀杰，等．大落差管道中原油流动规律的研 究[J]．石油学报，1997，18 （2）：110-116.
[第一作者简介]陈媛媛：在读博士生，2009 年毕 业于中国石油大学 （北京） 油气储运工程专业，主 要从事大落差输油管道多相流动方面的研究。
13488803074、chen19890205@126.com
然而，国内外尚无准确计算连续起伏大落差管 道不满流特性的模拟软件，目前市场上主流的多相 软件如 PIPEPHASE、PIPEFLO、PIPESIM 及 OLGA 等，计算时入口必须为多相，必须事先给出含气 率，软件的黑油模型无法计算单液相管道；单相软 件如 TLNET，计算汽化时压力会降低到负值，不符 合物理规律；SPS 利用集中空穴模型计算汽化问 题，将汽体空间集中在管段截面各个节点上，计算 结果不准确，无法给出不满流长度和汽体空间体 积。为此，中国石油大学 （北京） 油气储运工程系 多相流课题组开发了首套大落差输油管道不满流分
在不满流计算管段内，流体一般呈现两种流动 形式：一是加速流动段，二是匀速流动段。与匀速 段相比，加速度段一般很短[5]，因此计算中忽略加 速段的影响而将整个不满流段看成是匀速流动。根
基金论文：国家科技重大专项课题资金资助（2011ZX05039—002）。
油气田地面工程 （http://www.yqtdmgc.com)
图 1 算例管道纵断面图
3.3 对比分析 不满流类似明渠流动。管道发生不满流时，液
相 的 流 通 面 积 减 小 ， 油 流 速 度 增 大 。 R.Edward Nicholas(1995)在模拟管道不满流时，由明渠流动的 manning 公式推导得出计算不满流持液率的公式。 从对比结果可以看出，软件模拟结果和 R.Edward Nicholas 的预测值吻合较好，两者最大相对误差分 别为 21.4%和 24.4%。
不满流区域的位置及长度受沿线地形、流体物 性、输量、管径、壁厚、管壁粗糙度、上下游压力 等多种因素的影响，任何一个因素的改变都可能造 成不满流区域的变化。
计算中不考虑减压站的影响，以相邻两个运行 泵站间的管线为一个计算管段，将计算管段分为若 干段，根据沿线里高程数据及水力坡降计算出各节 点的压力，压力低于 （等于） 油流饱和蒸汽压的点 即为不满流区域节点，进而可求出不满流的位置及 长度。 1.2 不满流区域油流速度的确定
3 软件的应用
利用大落差输油管道不满流分析软件对国内某 条输油管道进行了模拟分析计算。 3.1 基础参数
管长：600.44 km；管径：DN813 mm；壁厚： 9.5、11.7、14.7 和 17.2 mm，共 4 种。
管道沿线的里高程见图 1，全线共设置 6 个站点， 其中首、末站各 1 个 （A、F），中间泵站 4 个 （B~E）。
关键词：大落差管道；不满流；压力；持液率；油流速度；软件开发 doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2013.10.001
不满流现象通常发生在液体管道中。当管道的 压力低于液相的饱和蒸汽压时，管道的某些点或某 些段即会发生不满流。对沿线地形高差起伏剧烈的 输油管道，不满流现象非常常见[1~2]。
[2] 梁翕章，唐智国．世界著名管道工程[M]．北京：石油工业出版 社，2002.
[3] 康正凌，宫敬．减压站的控制[J]．油气田地面工程，2002， 21 （5）：46-47.
[4] 宫敬，严大凡．大落差管道下坡段不满流流动特性分析[J]．石 油大学学报：自然科学版，1995，19 （6）：65-72.
5.刘天佑;徐诚;张秀杰 大落差管道中原油流动规律的研究 1997(02)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yqtdmgc201310001.aspx
第 32 卷第 10 期 （2013.10）〈行业论坛〉
大落差输油管道不满流分析软件开发*
陈媛媛 1
宫敬 1 于达 1 吴海浩 1 李晓平 1 高博翔 1 刘先平 2
1 中国石油大学 （北京） 油气管道输送安全国家工程实验室 2 中国石油大学 （北京） 油气资源与探测国家重点实验室
刘慧姝 1
摘要：不满流的存在不便于输油管道全线的生产管理和运行控制。当管道经过山区大落差 起伏地段时，很有必要准确确定发生不满流的位置、长度等特性参数，以便分析其对管道运行 的影响。大落差输油管道不满流分析软件是以流体力学和不满流理论为基础，在 Microsoft VC++和 Delphi 语言环境下编写的通用型软件程序，可对任意一条大落差输油管道，任意工况下 不满流可能发生的位置、长度、气体空间的体积、不满流各节点的持液率和油流速度进行模拟 计算，以协助用户进行工艺设计及管道的运营管理。从模拟结果可以看出，不满流的发生对沿 线地形很敏感。随着地形的不同，同一计算管段内可能有多段不满流区域的存在。管道稳定运 行时，不满流基本都发生在高点后的下坡段。
不满流的存在不便于输油管道全线的生产管理 和运行控制。管道发生不满流时，部分管段将呈现 气液两相流的流动特性，气体空间的存在会抑制压 力波的传播，导致高峰后的管段对事故反应慢，难 以对可能发生的管线泄漏等事故进行报警、定位[3]。 另外，由于水击导致气泡溃灭，上、下游液柱在高 速下相遇，可能产生巨大增压而使管道压力超限[4]。 因此，当管道经过山区大落差起伏地段时，很有必 要准确确定发生不满流的位置、长度等特性参数， 以便分析其对管道运行的影响。
（栏目主持 杨 军）
-2-
油气田地面工程 （http://www.yqtdmgc.com)
大落差输油管道不满流分析软件开发
百度文库
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
陈媛媛， 宫敬， 于达， 吴海浩， 李晓平， 高博翔， 刘先平， 刘慧姝 陈媛媛,宫敬,于达,吴海浩,李晓平,高博翔,刘慧姝(中国石油大学 北京 油气管道输送安全国家工程实验室)， 刘先平(中国石油大学 北京 油气资源与探测国家重点实验室)
析软件，以期协助管理和运筹大落差管道的设计及 运营工作。
1 软件开发的理论依据
当管线处于稳定运行状态时，全线的水力工况 可分为三种情况：不满流段前的满流流动段，主要 靠上游泵站提供能量流动；不满流段，汽液共存 区，其动水压力等于液体的饱和蒸汽压；不满流段 后的满流流动段，依靠位能自流至终点。 1.1 不满流位置的确定
油气田地面工程 Oil-Gasfield Surface Engineering 2013(10)
参考文献(5条)
1.杨筱蘅 输油管道设计与管理 2006 2.梁翕章;唐智国 世界著名管道工程 2002
3.康正凌;宫敬 减压站的控制[期刊论文]-油气田地面工程 2002(05) 4.宫敬;严大凡 大落差管道下坡段不满流流动特性分析[期刊论文]-中国石油大学学报(自然科学版) 1995(06)
（1） 软件的界面。软件界面主要用作模拟计算 前基础数据的输入，采用 Delphi 语言编写，用户可 方便地在界面上完成基础参数的输入、更改和保 存，便于不同工况间的切换。对数据量较大的基础 参数的输入，如里高程数据等，可直接从 Excel 中 拷贝，方便快捷。用户界面友好，操作简单，可满 足用户的多种需求。
该管道最高点高程 2 638.5 m，最低点仅 666 m， 高程差达 1 972.5 m，是典型的大落差管道。
模拟油品假设：①常温输送，不考虑温度的变 化；②定流量输送；③管内不含空气。 3.2 模拟结果
以管输流量为 1 700 万吨/年为例，对管道达到
稳定状态时全线不满流的分布情况进行模拟分析。 从模拟结果可以看出，不满流的发生对沿线地形很 敏感。随着地形的不同，同一计算管段内可能有多 段不满流区域的存在。管道稳定运行时，不满流基 本都发生在高点后的下坡段，因此算例中的 B—C 站间无不满流现象的发生，软件无输出。
-1-
第 32 卷第 10 期 （2013.10）〈行业论坛〉
据力学平衡方程和稳定的连续性方程即可求出不满 流区域各节点的持液率和油流速度。
2 软件的开发
2.1 软件功能 大落差输油管道不满流分析软件是以流体力学
和不满流理论为基础，在 Microsoft VC++和 Delphi 语言环境下编写的通用型软件程序，可对任意一条 大落差输油管道，任意工况下不满流可能发生的位 置、长度、气体空间的体积、不满流各节点的持液 率和油流速度进行模拟计算，以协助用户进行工艺 设计及管道的运营管理。 2.2 软件结构
4 结语
大落差输油管道不满流分析软件界面友好，操 作简单，通用性强，计算时间短，能帮助用户有效 地掌握管道在任意工况下全线可能发生的不满流情 况及其特性参数。目前，软件设计还处于初级阶 段，还需要不断地改进和完善，以最大限度地满足 用户需求。 参考文献
[1] 杨筱蘅．输油管道设计与管理[M]．北京：中国石油大学出版 社，2006.
[5] 刘天佑，徐诚，张秀杰，等．大落差管道中原油流动规律的研 究[J]．石油学报，1997，18 （2）：110-116.
[第一作者简介]陈媛媛：在读博士生，2009 年毕 业于中国石油大学 （北京） 油气储运工程专业，主 要从事大落差输油管道多相流动方面的研究。
13488803074、chen19890205@126.com
然而，国内外尚无准确计算连续起伏大落差管 道不满流特性的模拟软件，目前市场上主流的多相 软件如 PIPEPHASE、PIPEFLO、PIPESIM 及 OLGA 等，计算时入口必须为多相，必须事先给出含气 率，软件的黑油模型无法计算单液相管道；单相软 件如 TLNET，计算汽化时压力会降低到负值，不符 合物理规律；SPS 利用集中空穴模型计算汽化问 题，将汽体空间集中在管段截面各个节点上，计算 结果不准确，无法给出不满流长度和汽体空间体 积。为此，中国石油大学 （北京） 油气储运工程系 多相流课题组开发了首套大落差输油管道不满流分
在不满流计算管段内，流体一般呈现两种流动 形式：一是加速流动段，二是匀速流动段。与匀速 段相比，加速度段一般很短[5]，因此计算中忽略加 速段的影响而将整个不满流段看成是匀速流动。根
基金论文：国家科技重大专项课题资金资助（2011ZX05039—002）。
油气田地面工程 （http://www.yqtdmgc.com)
图 1 算例管道纵断面图
3.3 对比分析 不满流类似明渠流动。管道发生不满流时，液
相 的 流 通 面 积 减 小 ， 油 流 速 度 增 大 。 R.Edward Nicholas(1995)在模拟管道不满流时，由明渠流动的 manning 公式推导得出计算不满流持液率的公式。 从对比结果可以看出，软件模拟结果和 R.Edward Nicholas 的预测值吻合较好，两者最大相对误差分 别为 21.4%和 24.4%。
不满流区域的位置及长度受沿线地形、流体物 性、输量、管径、壁厚、管壁粗糙度、上下游压力 等多种因素的影响，任何一个因素的改变都可能造 成不满流区域的变化。
计算中不考虑减压站的影响，以相邻两个运行 泵站间的管线为一个计算管段，将计算管段分为若 干段，根据沿线里高程数据及水力坡降计算出各节 点的压力，压力低于 （等于） 油流饱和蒸汽压的点 即为不满流区域节点，进而可求出不满流的位置及 长度。 1.2 不满流区域油流速度的确定
3 软件的应用
利用大落差输油管道不满流分析软件对国内某 条输油管道进行了模拟分析计算。 3.1 基础参数
管长：600.44 km；管径：DN813 mm；壁厚： 9.5、11.7、14.7 和 17.2 mm，共 4 种。
管道沿线的里高程见图 1，全线共设置 6 个站点， 其中首、末站各 1 个 （A、F），中间泵站 4 个 （B~E）。
关键词：大落差管道；不满流；压力；持液率；油流速度；软件开发 doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2013.10.001
不满流现象通常发生在液体管道中。当管道的 压力低于液相的饱和蒸汽压时，管道的某些点或某 些段即会发生不满流。对沿线地形高差起伏剧烈的 输油管道，不满流现象非常常见[1~2]。
[2] 梁翕章，唐智国．世界著名管道工程[M]．北京：石油工业出版 社，2002.
[3] 康正凌，宫敬．减压站的控制[J]．油气田地面工程，2002， 21 （5）：46-47.
[4] 宫敬，严大凡．大落差管道下坡段不满流流动特性分析[J]．石 油大学学报：自然科学版，1995，19 （6）：65-72.
5.刘天佑;徐诚;张秀杰 大落差管道中原油流动规律的研究 1997(02)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_yqtdmgc201310001.aspx
第 32 卷第 10 期 （2013.10）〈行业论坛〉
大落差输油管道不满流分析软件开发*
陈媛媛 1
宫敬 1 于达 1 吴海浩 1 李晓平 1 高博翔 1 刘先平 2
1 中国石油大学 （北京） 油气管道输送安全国家工程实验室 2 中国石油大学 （北京） 油气资源与探测国家重点实验室
刘慧姝 1
摘要：不满流的存在不便于输油管道全线的生产管理和运行控制。当管道经过山区大落差 起伏地段时，很有必要准确确定发生不满流的位置、长度等特性参数，以便分析其对管道运行 的影响。大落差输油管道不满流分析软件是以流体力学和不满流理论为基础，在 Microsoft VC++和 Delphi 语言环境下编写的通用型软件程序，可对任意一条大落差输油管道，任意工况下 不满流可能发生的位置、长度、气体空间的体积、不满流各节点的持液率和油流速度进行模拟 计算，以协助用户进行工艺设计及管道的运营管理。从模拟结果可以看出，不满流的发生对沿 线地形很敏感。随着地形的不同，同一计算管段内可能有多段不满流区域的存在。管道稳定运 行时，不满流基本都发生在高点后的下坡段。
不满流的存在不便于输油管道全线的生产管理 和运行控制。管道发生不满流时，部分管段将呈现 气液两相流的流动特性，气体空间的存在会抑制压 力波的传播，导致高峰后的管段对事故反应慢，难 以对可能发生的管线泄漏等事故进行报警、定位[3]。 另外，由于水击导致气泡溃灭，上、下游液柱在高 速下相遇，可能产生巨大增压而使管道压力超限[4]。 因此，当管道经过山区大落差起伏地段时，很有必 要准确确定发生不满流的位置、长度等特性参数， 以便分析其对管道运行的影响。
（栏目主持 杨 军）
-2-
油气田地面工程 （http://www.yqtdmgc.com)
大落差输油管道不满流分析软件开发
百度文库
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
陈媛媛， 宫敬， 于达， 吴海浩， 李晓平， 高博翔， 刘先平， 刘慧姝 陈媛媛,宫敬,于达,吴海浩,李晓平,高博翔,刘慧姝(中国石油大学 北京 油气管道输送安全国家工程实验室)， 刘先平(中国石油大学 北京 油气资源与探测国家重点实验室)
析软件，以期协助管理和运筹大落差管道的设计及 运营工作。
1 软件开发的理论依据
当管线处于稳定运行状态时，全线的水力工况 可分为三种情况：不满流段前的满流流动段，主要 靠上游泵站提供能量流动；不满流段，汽液共存 区，其动水压力等于液体的饱和蒸汽压；不满流段 后的满流流动段，依靠位能自流至终点。 1.1 不满流位置的确定
油气田地面工程 Oil-Gasfield Surface Engineering 2013(10)
参考文献(5条)
1.杨筱蘅 输油管道设计与管理 2006 2.梁翕章;唐智国 世界著名管道工程 2002
3.康正凌;宫敬 减压站的控制[期刊论文]-油气田地面工程 2002(05) 4.宫敬;严大凡 大落差管道下坡段不满流流动特性分析[期刊论文]-中国石油大学学报(自然科学版) 1995(06)
（1） 软件的界面。软件界面主要用作模拟计算 前基础数据的输入，采用 Delphi 语言编写，用户可 方便地在界面上完成基础参数的输入、更改和保 存，便于不同工况间的切换。对数据量较大的基础 参数的输入，如里高程数据等，可直接从 Excel 中 拷贝，方便快捷。用户界面友好，操作简单，可满 足用户的多种需求。
该管道最高点高程 2 638.5 m，最低点仅 666 m， 高程差达 1 972.5 m，是典型的大落差管道。
模拟油品假设：①常温输送，不考虑温度的变 化；②定流量输送；③管内不含空气。 3.2 模拟结果
以管输流量为 1 700 万吨/年为例，对管道达到
稳定状态时全线不满流的分布情况进行模拟分析。 从模拟结果可以看出，不满流的发生对沿线地形很 敏感。随着地形的不同，同一计算管段内可能有多 段不满流区域的存在。管道稳定运行时，不满流基 本都发生在高点后的下坡段，因此算例中的 B—C 站间无不满流现象的发生，软件无输出。