Вплив газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

УДК 622.691.4

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вплив газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів

05.23.03 - вентиляція, освітлення та теплогазопостачання

Стецюк Сергій Михайлович

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Харківській національній академії міського господарства Міністерства освіти i науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Капцов Іван Іванович, Харківська національна академія міського господарства, завідувач кафедри експлуатації газових і теплових систем.

Офіційні опоненти: газопровід інтегральний гідравлічний

доктор технічних наук, доцент КОноненко Анатолій Петрович, Донецький національний технічний університет, професор кафедри енергомеханічних систем;

доктор технічних наук, професор Зайцев Олег Миколайович, Національна академія природоохоронного та курортного будівництва, завідувач кафедри теплогазопостачання та вентиляції (м. Сімферополь)

Захист відбудеться «31» березня 2010 року о 11 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розіслано «26» лютого 2010 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н О.В. Гвоздецький

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Газотранспортна система України складається з 38,2 тис.км магістральних газопроводів із відгалуженнями від них та близько 240-а тис.км газорозподільних мереж міст і населених пунктів. При цьому постає проблема підвищення ефективності діючих газопроводів, яка тісно пов'язана з впливом газорідинної суміші на їх пропускну здатність.

У проектах розробки родовищ не враховується період заключної стадії їх експлуатації, коли витрата і тиск зменшуються, що різко збільшує винесення рідинної фази із продуктивних пластів. Сепараційне обладнання, встановлене на установках комплексної підготовки газу, у разі пониження вхідних параметрів (тиску, витрати, температури) не забезпечує ефективності їх роботи і якості підготовки газу. Установлення нового обладнання або його реконструкція в умовах зменшення обсягів видобутку газу стають неефективними, що створює умови потрапляння рідинної фази в промислові та міжпромислові газопроводи і транспортування по них двофазних сумішей.

Під час проектування промислових та міжпромислових газопроводів не враховується транспортування по них двофазних сумішей, які впливають на збільшення величини перепадів тиску, що зменшує продуктивність та ефективність їх роботи.

Існуючі методи і формули для визначення втрат перепадів тиску під час руху двофазних потоків у трубопроводах різних авторів (Ч.С. Гусейнова, А.П. Кононенка, С.С. Кутателадзе, В.А. Мамаєв, Р. Мартінеллі, Ю.Л. Сорокін, Г. Уолліс, Д. Х`юїтт), мають значні розбіжності, громіздкі у ходіобробки даних, містять припущення і не враховують в окремих випадках в'язкості компонентів суміші, профілю траси газопроводів, вплив величини поверхневого натягу компонентів суміші на істинний газовміст і гідравлічний опір.

У газовій промисловості України немає стандартних документів інженерних методів і моделей розрахунків для експлуатаційного персоналу, а тому об'єктивно не існує можливості для оцінки ефективності роботи промислових і міжпромислових газопроводів, які транспортують двофазні суміші, і засобів керувати технологічними процесами видобування газу на промислах газових та газоконденсатних родовищ.

Таким чином, проблема досліджень властивостей газорідинних сумішей та їх впливу на пропускну здатність промислових і міжпромислових газопроводів ще більше загострилася і вимагає розроблення нових вітчизняних інженерних методів гідравлічного розрахунку газопроводів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота носить науково-прикладний характер, і входить до комплексу тематичних планів НАК "Нафтогаз України", самоспрямованих на підвищення пропускної здатності промислових та міжпромислових газопроводів, і окреслена національною програмою "Нафта і газ України до 2010 року", затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України №665 від 21.06.2001 р. (змінами, внесеними згідно з Постановою КМ №792 (792-2004-п) від 21.06.2004, №754 (754-2006-п) від 25.05.2006) та Програмою розвитку паливної галузі Харківського регіону до 2010 р., затвердженою на спільному засіданні Колегії Харківської обласної державної адміністрації та Правління НАК “Нафтогаз України” 26.03.2002 р.

Мета і задачі дослідження. Підвищення ефективності роботи промислових та міжпромислових газопроводів шляхом дослідження основних локальних і інтегральних характеристик газорідинних потоків (пробкового, кільцевого) та розроблення узагальненої інженерної методики гідравлічного розрахунку в ізотермічних умовах із використанням одновимірних диференціальних рівнянь руху суміші.

Досягнення вказаної мети можливе за рахунок реалізації таких завдань:

1. Провести аналіз та систематизацію причин утворень рідинних забруднень у порожнині промислових та міжпромислових газопроводів.

2. Визначити вплив в`язкості компонентів суміші, сил поверхневого натягу та кута нахилу трубопроводу на істинний газовміст і гідравлічний опір у пробковому потоці.

3. Визначити границі існування кільцевого потоку з різними фізичними властивостями компонентів.

4. Вивчити закономірності зміни істинного газовмісту і гідравлічного опору в кільцевому потоці.

5. Розробити узагальнену інженерну методику гідравлічного розрахунку трубопроводів для пробкового та кільцевого режимів руху газорідинної суміші і програмний продукт до неї та заходи щодо зменшення впливу газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів шляхом вибору ефективних режимів експлуатації.

Об`єкт дослідження ? транспортування газорідинних сумішей промисловими і міжпромисловими газопроводами.

Предмет дослідження ? параметри робочого процесу, які мають вплив на пропускну здатність газопроводу під час транспортування газорідинних сумішей. Методи дослідження. Теоретичні дослідження динаміки руху газорідинних сумішей у промислових і міжпромислових газопроводах проведено із застосуванням методів математичного моделювання нестаціонарних газодинамічних процесів та сучасних методів реалізації моделей. Експериментальні дослідження проводили за допомогою методів планування експерименту та математичної статистики. Основні висновки роботи узгоджуються з відповідними даними теоретичних та експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в удосконаленні методів гідравлічного розрахунку трубопроводів, які транспортують газорідинні суміші.

1. Доповнено залежність для визначення істинного газовмісту при пробковому режимі руху газорідинної суміші з урахуванням в'язкості компонентів і кута нахилу трубопроводу до горизонту, що дала змогу удосконалити математичну модель для пробкового потоку в промислових та міжпромислових газопроводах.

2. Вперше встановлено значення критеріїв границь існування кільцевого потоку в промислових та міжпромислових газопроводах, на основі яких отримано співвідношення для визначення границі переходу від пробкового режиму руху до кільцевого в вертикальних та горизонтальних трубопроводах.

3. Отримано рівняння приведеного коефіцієнта гідравлічного опору та доповнено залежності для визначення істинного газовмісту при кільцевому режимі руху газорідинної суміші, які дали можливість врахувати швидкість реверсу плівки у широкому діапазоні зміни в'язкості рідини, діаметра і кута нахилу трубопроводу, що спияло удосконаленню математичної моделі для кільцевого потоку в промислових газопроводах.

4. Отримало подальший теоретичний розвиток і експериментальне підтвердження фізичне явище обмеження пропускної здатності промислових та міжпромислових газопроводів за наявності рідинної фази.

Практичне значення одержаних результатів. Дана методика (програма) дає змогу швидко, з високою точністю проводити гідравлічні розрахунки як діючих, так і проектних газопроводів із урахуванням двофазності потоку. На даний час відповідні розрахунки проводять без урахування вищевказаних параметрів, а тому застосування даної методики дасть змогу заощаджувати кошти ще на стадії проектування і безпосередньо під час експлуатації газопроводів, використовуючи результати розрахунків газопроводів для вибору ефективних режимів транспортування, визначення місць накопичення рідини тощо. Дану методику реалізовано в алгоритмах ("GazStrum") і впроваджено на газопроводах Харківського газопромислового управління ДК «Укргазвидобування» НАК «Нафтогаз України».

Особистий внесок здобувача. Основні результати, які виносяться на захист, отримані дисертантом самостійно. Здобувач виконав наступне:

1. Провів аналіз та систематизацію причин утворень рідинних забруднень у промислових та міжпромислових газопроводах.

2. Брав безпосередню участь у розробці експериментального стенду, виконав планування та провів експериментальні дослідження, обробив і проаналізував одержані результати.

3. Виконав теоретичні та експериментальні дослідження локальних і інтегральних характеристик газорідинних потоків (пробкового, кільцевого).

4. Удосконалив методику гідравлічного розрахунку трубопроводів, що транспортують двофазні суміші.

5. Вжив заходів щодо впровадження методики та комп'ютерної програми у виробництво.

Постановку завдань, аналіз і обговорення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи висвітлено в доповідях і повідомленнях на:

- першій Міжнародній НТК молодих вчених "Актуальні проблеми розвитку нафтогазової галузі" (м. Київ, ДП "Науканафтогаз", 2005);

- тринадцятій Міжнародній конференції "Ресурсоенергозбереження у ринкових відносинах" (м. Ялта, 2006);

- Міжнародній НТК "ІФНУНГ - 40" "Ресурсозберігаючі технології в нафтогазовій енергетиці" ( м. Івано - Франківськ, 2007);

- другій Міжнародній НТК молодих вчених "Актуальні проблеми розвитку нафтогазової галузі" (с. Гурзуф, ДП "Науканафтогаз", 2007).

- науково-технiчнi конференцiї Харкiвського державного технiчного унiверситету будiвництва та архiтектури (2008, 2009 рр.)

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 13 друкованих робіт із яких 7 статей у спецiалiзованих виданнях, регламентованих ВАК України, 3 патенти та 3 тези доповідей.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, який містить 165 найменувань, та шести додатків. Текстова частина викладена на 117 сторінках комп'ютерного набору і містить 46 рисунків та 5 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, висвітлено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, сформульовано мету й завдання досліджень, подано загальну характеристику роботи.

У першому розділі подано характеристику газопроводів системи видобування і збирання газу ГКР України та магістральних газопроводів, через порожнину яких газ подається споживачам і на ефективну роботу яких впливають наявність забруднення в порожнині труби внаслідок однієї або сукупності причин (механічне винесення рідини з сепараторів, наявність трасою газопроводів термодинамічних і гравітаційних умов щодо конденсування рідини з газового потоку тощо). Систематизовано причини утворення рідинних накопичень у порожнині газопроводу, серед яких виділено основні: надходження рідини на вхід газопроводу внаслідок неефективності сепараційного обладнання, конденсування рідини з газового потоку за сприятливих термодинамічних умов під час перекачування газу газопроводом, неякісно проведене очищення газопроводу перед здачею в промислову експлуатацію.

Подано короткий аналіз робіт із гідродинаміки сумішей. Теоретичні роботи Ю.Т. Борщевського, Ч.С. Гусейнова, Ж.М. Делея, А.К. Дюніна, С.С. Кутателадзе, А.П. Кононенка, В.А. Мамаєва, Ю.Л. Сорокіна, С.Г. Телетова, І.А. Яковлева та інших обґрунтували можливість математичного опису тієї чи іншої структури потоку у вигляді конкретної системи диференціальних рівнянь. Однак основною перешкодою для розв'язання відповідних систем диференціальних рівнянь є відсутність замикаючих співвідношень для широких умов існування руху сумішей. На даний час зусилля багатьох дослідників спрямовані на здобуття узагальнених залежностей для основних характеристик руху суміші в трубопроводах. Такі залежності можна отримати тільки експериментальним шляхом.

Великий внесок в експериментальну гідрогазодинаміку сумішей внесли А.А. Арманд, Ч.С. Гусейнов, О. Бейкер, С.С. Кутателадзе, А.П. Кононенко, С.Г. Лутошкін, В.А. Мамаєв, Р. Мартінеллі, Г.Є. Одішарія, А.А. Точигін, Г. Уолліс, Д. Х`юїтт та ін.

Аналіз робіт із дослідження істинного газовмісту і гідравлічного опору при русі газорідинних сумішей у пробковому і кільцевому режимах виявив, що більшість досліджень проводилися на повітряно-водяних і пароводяних сумішах. Вплив фізичних властивостей суміші на основні характеристики потоку у цих режимах вивчено недостатньо, а існуючі дані часто суперечать одні одним.

У ході вивчення істинного газовмісту ц при пробковому режимі руху суміші найбільш надійним, у порівнянні із методом визначення ц за швидкістю спливання бульбашки, є метод, який ґрунтується на прямих вимірюваннях ц і обробці експериментальних даних у вигляді залежності ц від критерія Фруда і об'ємного витратного газовмісту в, ц=f(Frсм, в). Під час вивчення істинного газовмісту у кільцевому потоці на цей час не визначено критерії, які можна вважати узагальненими. До такого ж висновку приводить аналіз методів визначення межі переходу пробкового режиму у кільцевий.

Під час дослідження істинного газовмісту визначали залежності ц=f(в) від одного з досліджуваних параметрів при постійних інших. Для пробковому режиму визначали вплив в'язкості рідини м1, критерію Вебера (We) і кута нахилу труби б на ц=f (в). Під час кільцевого режиму досліджували залежності виду: 1-ц=f(Frсм, 1-в), 1-ц=f(Reсм, 1-в),1-ц=f(d, 1-в), 1-ц=f(м1, 1-в). Це дало змогу визначити вплив кожного з параметрів на істинний газовміст рідини.

Під час обробки дослідних даних із гідравлічного опору для кільцевого руху суміші найбільше розповсюдження отримали метод Мартінеллі і метод запропонований Д. Х`юїтом. У багатьох випадках точність цих методів не є достатньою, і вони не можуть претендувати на узагальненість.

Під час дослідження гідравлічного опору в кільцевому потоці проводили аналіз моделей руху і вибір виду рівнянь для коефіцієнта гідравлічного опору. Гідравлічний опір визначали U - подібним манометром, вимірюючи падіння тиску по довжині експериментальної ділянки.

Більш глибокого розуміння фізичних явищ, притаманних двофазному потоку, обґрунтованих використання його інтегральних характеристик можна досягнути у ході вивчення локальної структури потоку. На це вказують І. Зубер і С. Банкофф.

Аналіз робіт із дослідження основних характеристик газорідинних потоків для пробкового і кільцевого режимів дав можливість сформулювати задачі досліджень.

У другому розділі відповідно до завдань досліджень і методики проведення дослідів було представлено експериментальну установку на базі Українського науково-дослідного інституту природних газів (УкрНДІгаз), яка являє собою набір скляних труб dвн=5,7; 9,1; 15,2; 3,27; 52 мм, завдовжки 3,5 м. Установка маже змінювати кут нахилу від 0° до 90°, окрім того вона включає:

- п'ять горизонтальних ділянок загальною довжиною 20 м;

- одноступінчастий спуск і підйом із нахилом 1:1 висотою 0,8 м і протяжністю по 0,8 м;

- трьохступінчастий пологий спуск із підйомом заввишки 0,25 м, протяжністю 1,42 м;

- крутий підйом і спуск з нахилом 1:1 заввишки 0,52 м і загальною довжиною 1,05 м;

- довгий пологий спуск із нахилом 1:23 протяжністю 4,5, м, висотою 0,17 м.

Усі труби обладнано відсічними кранами 3 і пристроями для відбору тиску 9.

Загальна довжина скляного трубопроводу горизонтальної дослідної установки (в однонитковому вимірюванні) становить 31,5 м. Витрату рідини і газу вимірювали ротаметрами 5 типу РС. Похибку ротаметра спільно з U-подібним манометром 8 визначали методом порівняння коефіцієнта гідравлічного опору, розрахованого за перепадом тиску за формулою Блазіуса. Похибка не перевищувала 3%.

Тиск у трубі вимірювали зразковим манометром із класом точності 0,4, температуру суміші - лабораторним термометром 10. Як робочу рідини використовували воду, масло і конденсат. У процесі проведення дослідів в'язкість рідини змінювалась від 0,001 до 0,14 . Приведені швидкості газу і рідини змінювали від 0 до 25 і від 0 до 8 відповідно.

Викладено методику проведення експериментальних досліджень та обробки дослідних даних.

Експериментально досліджено зміну швидкості руху рідинної фази по довжині трубопроводу. До місця встановлення зливного сепаратора, заміряно значення швидкості руху рідини через кожні 0,5 м при сталому початковому тиску. За отриманими даними побудовано графік зміни швидкості руху рідини щ по довжині трубопроводу для сталих значень початкового тиску .

Характер експериментальних кривих співпадає з характером кривих побудованих на основі теоретичних досліджень, що підтверджує адекватність теоретичних розрахунків.

Щоб експериментально дослідити одночасний вплив витрати повітря на початку трубопроводу (змінювалась від 0,002 до 0,005 ), в'язкості рідини м (змінювалась від 0,001 до 0,14 ) та геометричного кут нахилу трубопроводу до горизонту (змінювався від 0 до 0,1°) на швидкість руху рідинної фази трубопроводом щ, застосовано метод математичного планування експерименту. За результатами обробки даних експериментальних досліджень складено рівняння регресії:

. (1)

За результатами перевірки значимості коефіцієнтів рівняння регресії, найбільший вплив на змінну стану (швидкість руху рідини) має витрата повітря в трубопроводі, якщо геометричний кут нахилу трубопроводу не перевищує 0,1°. Також основним методом регулювання швидкості руху рідин в газопроводах на практиці є зміна витрати газу на початку лінійної ділянки газопроводу шляхом зміни швидкості обертання роторів нагнітачів на компресорній станції. Тому потрібно провести експериментальні дослідження впливу витрати повітря в трубопроводі на швидкість руху рідинної фази.

Проведено низку вимірювань швидкості руху рідини трубопроводом щ (на відстані 6 м від вузла запуску) для різних значень витрати повітря на початку трубопроводу та сталих значень в`язкості рідини м. Кут нахилу трубопроводу до горизонту дорівнює нулю і не змінювався. З допомогою кореляційного аналізу отримано аналітичну залежність швидкості руху рідини від витрати повітря в трубопроводі, що дало можливість за результатами розрахунків приймати керувальні рішення для регулювання швидкості руху рідинної фази.

Проведені стендові експериментальні дослідження дали змогу зробити висновок про можливість застосування отриманих результатів для розробки методу гідравлічного розрахунку газорідинних потоків у промислових газопроводах.

У третьому розділі досліджено вплив в'язкості рідини, коефіцієнта поверхневого натягу і кута нахилу труби на істинний газовміст у пробковому потоці.

Дослідження впливу в'язкості на ц проводилось на повітряно-водяних сумішах у вертикальній трубі діаметром 15,2 мм.

Коефіцієнт динамічної в'язкості рідини відносно води збільшувався у 140 разів. Досліди, які було проведено, підтвердили існування автомодельності ц по Frсм, встановленої для похилої і вертикальної труби діаметром 56 мм. При Frсм >6-8 істинний газовміст визначається за формулою ц=0,81в. Збільшення в'язкості рідини не впливає на лінійний характер ц=f(в) при Frсм=const. Зі зростанням в'язкості рідини істинний газовміст у пробковому потоці зменшується.

Встановлення лінійної залежності істинного газовмісту від витратного при незмінних значеннях критерію Фруда суміші, дозволило обробку дослідних даних проводити у виді , що значно зменшує кількість дослідів.

Під час обробки дослідних даних у вигляді , вважалось, що автомодельне число Fra дорівнює такому значенню Frсм, при якому не залежить від Frсм. Величина ()а визначалась графічно за автомодельним числом Fra. Аналіз залежності ()а від числа Фруда при різній в'язкості рідини показав, що зі збільшенням в'язкості рідини Fra і ()а спочатку зменшуються, а потім при значеннях м1>0,08ч1 практично не змінюються. Емпіричне співвідношення для ()а, отримане залежно від безрозмірної в'язкості має вигляд:

. (2)

Про вплив коефіцієнта поверхневого натягу у на ц можна говорити тільки при значеннях у і, d які входять до критерію Вебера. У ході дослідження впливу We на ц, зміни критерію Вебера досягались як за рахунок зміни коефіцієнта поверхневого натягу води за допомогою поверхнево-активної речовини ? поліокса, так і за рахунок зміни діаметра труби.

Істотний вплив критерію We на ц має місце тільки при малих значеннях чисел Фруда і більших значеннях критерію Вебера. Зі зменшенням критерію We і збільшенням критерію Фруда істинний газовміст зменшується. Таким чином, можна зробити висновок, що критерій We має значний вплив на ц тільки для труб діаметром d<15 мм і коефіцієнта поверхневого натягу у>7,2•10-3. Для руху газонафтових сумішей у трубах діаметром d>30 мм впливом критерію We можна знехтувати.

Дослідні дані під час вивчення впливу кута нахилу труби на істинний газовміст обробляли у виді при сталому Frсм.

У результаті обробки дослідних даних одержано поправочний коефіцієнт, який враховує вплив кута нахилу труби на істинний газовміст. Цей коефіцієнт визначається за формулою:

, (3)

де б - кут нахилу труби.

На підставі проведених експериментальних досліджень доповнено формулу для визначення істинного газовмісту при пробковому русі газорідинної суміші:

, (4)

де К1=()а обчислюють за формулами (2), Fra ? за формулою наведеною у відомчих будівельних нормах ВСН 51-3-85, К2 ? за формулою (3). При Frсм>Fra і б=90? формула (4) зводиться до вигляду ц=К1в.

У четвертому розділі досліджували границю переходу від пробкового режиму руху суміші до кільцевого, істинний газовміст та гідравлічний опір у кільцевому потоці.

У ході дослідження границі переходу від пробкового режиму до кільцевого порівнювали закономірності зміни істинного газовмісту для кожного з режимів із візуальними спостереженнями за характером руху суміші. Досліди показали, що з усіх характеристик двофазного потоку істинний вміст рідини є найбільш чутливим до зміни режимів.

Про правильність визначення границі переходу від пробкового режиму до кільцевого за закономірностями зміни істинного газовмісту можна говорити за умови, якщо відомо визначальні критерії для ц у пробковому і кільцевому режимах руху суміші.

Відомо, що критерій Фруда є визначальним параметром для істинного газовмісту ц при пробковому режимі. Для істинного газовмісту рідини 1-ц при кільцевому русі питання про визначальні критерії залишалось не вирішеним.

Таким чином, завдання визначення границі переходу від пробкового режиму до кільцевого полягало у пошуку узагальнених критеріїв для кільцевого потоку і одержанні на їх основі залежності для обчислення істинного вмісту рідини. Під час визначення впливу критеріїв Frсм і Reсм на істинний вміст рідини було встановлено, що залежність (1-ц)=f(1-в) при сталому діаметрі труби розшаровується за критерієм Фруда і критерієм Рейнольдса, а при постійних критеріях Frсм і Reсм (1-ц)=f(1-в) розшаровується прямими за діаметром труби. Це дало змогу зробити висновок, що ні критерій Фруда, ні критерій Рейнольдса не є визначальними.

На підставі дослідних даних із істинного вмісту рідини залежно від швидкості газу під час барботування, а також залежно від витратного газовмісту і швидкості суміші встановлено, що експериментальні точки по 1-ц незалежно від діаметра цілком задовільно групуються вздовж ліній сталої швидкості суміші щсм. Ці досліди показали, що як визначальний потрібно використовувати критерій, незалежний від діаметра труби. Аналіз режиму реверсу плівки рідини і залежності 1-ц=f(в, щсм) дозволив обрати для опису істинного вмісту рідини критерій виду:

(5),

де щ* ? залежить від фізичних властивостей суміші, величина характеризує вплив тиску суміші, а за умови постійних фізичних властивостей суміші характеризується швидкістю суміші.

Цим критерієм узагальнюється швидкість реверсу плівки у широкому діапазоні зміни в'язкості рідини, діаметра і кута нахилу труби. При щ*3,3 відбувається реверс плівки.

На підставі залежності 1-ц=f(1-в, щсм) для повітряно-водяних сумішей і критерію щ* отримано емпіричне співвідношення для істинного газовмісту при кільцевому русі у вертикальній трубі:

1-ц=(0,523+0,02щ*)(1-в)(0,267+0,02 щ*) при щ* 3,3 (6)

1-ц=0,074(3,3-щ*)+[0,67-0,048(щ*-2,0)2](1-в)(0,73-0,12 щ*) при щ*< 3,3.

При 1-в=0 співвідношення (6) перетворюється у залежність для істинного газовмісту рідини під час барботування і відображає поведінку кривих 1-ц=f(щсм) біля точки 1-в=0. При швидкостях суміші менших від швидкості реверсу плівки, криві 1-ц=f(щсм) відсікають на координаті 1-ц кінцеві значення 1-ц>0. При швидкостях суміші, які більші швидкості реверсу плівки, величина 1-ц=0.

Вплив в'язкості на істинний газовміст рідини у кільцевому потоці визначався у виді 1-ц=f(1-в, м1) при щсм=const.

Аналіз залежності 1-ц=f(1-в, м1) при різних швидкостях суміші показав, що зі збільшенням в'язкості рідини її істинний газовміст зростає, до того ж ступінь впливу в'язкості на 1-ц залежить від швидкості суміші і витратного газовмісту. Для визначення істинного газовмісту рідини з урахуванням її в'язкості було отримано співвідношення:

, (7)

де к=2,28()-0,2, ц і 1-ц визначаються за формулою (4).

Співвідношення (6) і (7) дають можливість визначати істинний газовміст рідини з урахуванням фізичних властивостей компонентів суміші у вертикальній трубі.

На підставі проведених досліджень із істинного газовмісту рідини було зроблено висновок, що границю переходу від пробкового режиму до кільцевого належить подавати у координатах (щ*, 1-в).

Спільний розв'язок рівнянь (4) і (7) для істинного газовмісту дав можливість отримати емпіричне співвідношення для межі переходу від пробкового режиму до кільцевого у вертикальних трубах із урахуванням фізичних властивостей суміші виду:

. (8)

При щ*>щ*гр.висх. ? режим руху суміші кільцевий.

При щ*<щ*гр.висх. ? режим руху суміші пробковий.

Дослідження істинного газовмісту рідини у горизонтальному кільцевому потоці проводили відповідно до висновків, отриманих під час дослідження істинного газовмісту у вертикальному кільцевому потоці. Задовільний збіг значень 1-ц для горизонтального і вертикального потоків при щсм>10 та однаковий вплив в'язкості на 1-ц дають можливість під час розрахунку істинного вмісту рідини використовувати співвідношення (6) і (7), які було знайдено для кільцевого потоку у вертикальних трубах.

Границю переходу від пробкового режиму до кільцевого у горизонтальній трубі також визначали за закономірністю зміни істинного вмісту рідини у цих режимах.

На основі дослідних даних було отримано емпіричну залежність для границі переходу від пробкового режиму до кільцевого у горизонтальній трубі:

(9)

Параметрам, що дають змогу класифікувати кільцеву структуру в горизонтальному трубопроводі, є безрозмірний комплекс впливу швидкості щ* та істинний вміст рідини 1-в.

Під час обробки експериментальних даних із гідравлічного опору проводили пошук найбільш зручної та обґрунтованої форми подання даного коефіцієнта для інженерних розрахунків.

Залежності для коефіцієнта гідравлічного опору у кожному конкретному випадку визначається прийнятою фізичною і математичною моделлю руху, а отже, і допущеннями, які використовують під час її складання. У роботі було розглянуто різні форми подання коефіцієнта гідравлічного опору у кільцевому потоці, отримані на основі аналізу суцільної і розділеної моделей.

Для розділеної моделі коефіцієнт гідравлічного опору подававли у вигляді співвідношень лгр=л() і лгр=л(1-ц),

де лгр - коефіцієнт гідравлічного опору на поверхні розподілу фаз;

д - середня товщина рідинної плівки.

Аналіз результатів обробки дослідних даних по цих співвідношеннях показав, що отримані залежності розшаровуються за параметрами Frсм, Re1, в і не дають можливості узагальнити дані у широкому діапазоні зміни параметрів суміші і діаметрів труб. Тому розділена модель поки що не дає змоги отримати надійні розрахункові залежності для визначення коефіцієнта гідравлічного опору у кільцевому режимі руху.

Для суцільної моделі коефіцієнт гідравлічного опору лсм визначався на основі осередненого диференційного рівняння руху

.

Дослідні показники коефіцієнта гідравлічного опору лсм, подані у функції зведеного числа Рейнольдса рідини, розміщуються нижче залежності для ламінарного однофазного потоку для чисел Re1=1500ч2000, тобто при Re1<2000 плівку рідини у кільцевому двофазному потоці ламінарною, напевно, вважати не можна. Це можна пояснити тим, що поверхневий шар рідинної плівки постійно сприймає турбулентні збурення з боку газового потоку. Залежно від режиму потоку ці збурення можуть проявляти себе на всій товщині плівки.

Турбулізація плівки газовим ядром призводить до того, що перелом залежності л=f(Re1), який характеризує зміну режимів руху плівки рідини для двофазного кільцевого потоку, відбувається дещо раніше (Re1=1500?2000) і більш плавно, ніж це має місце в однофазного потоці (Re1=2320).

Дослідні точки лсм=f(Re1) при сталому Re1 розшаровуються за критерієм Фруда суміші, причому меншому значенню Frсм відповідає менше значення лсм. При більших числах Frсм плівка рідини, яка рухається по стінці труби, гладка. Зі зменшенням числа Frсм дослідні точки значно відхиляються від залежності лод=f(Re) для потоку рідини і групуються за параметром Frсм. Це свідчить про те, що коефіцієнт гідравлічного опору у кільцевому потоці не має однозначної залежності від Re1.

Аналіз дослідних показників коефіцієнта гідравлічного опору дав змогу як визначальний критерій, окрім Re1, використовувати безрозмірний параметр Ц, який являє собою модифіковане число Фруда для плівки рідини, тобто: лсм = л (Rе1, Ц),

де , , (10)

де щпр1 ? приведена швидкість рідини.

Тому остаточну обробку експериментальних даних для коефіцієнта гідравлічного опору проводили у вигляді:

, (11)

де Ш - приведений коефіцієнт гідравлічного опору по рідинній фазі.

Для зведеного коефіцієнта гідравлічного опору було отримано емпіричне співвідношення:

Ш=0,95-(0,22-0,0055ЦRe1)lg, при Re1<1500, лод=, (12)

Ш=0,95 при Re1>1500, лод=.

Гідравлічний опір за даним співвідношенням при кільцевому русі суміші у вертикальній і горизонтальній трубі можна визначати, якщо винесення рідини з плівки не перевищує 20 %.

У п'ятому розділі розглядається методика й узагальнений алгоритм гідравлічного розрахунку промислових та міжпромислових газопроводів, які транспортують двофазні суміші, порівнюються розрахункові і дослідні дані падіння тиску, які були отримані в промислових умовах трубопровідного транспортування газонафтової суміші і нестабільного газового конденсату. Основна трудність опису процесу руху газорідинної суміші у трубопроводах великої протяжності полягає у зміні структури потоку на окремих ділянках траси. Це зумовлено як витратними характеристиками суміші, так і профілем траси, за якою був прокладений трубопровід. Внаслідок цього на даний час отримати у кінцевій формі розв'язок системи рівнянь, які б описували рух суміші зі зміною структур потоку не можливо. Тому розрахунок подібних трубопроводів пропонують виконувати або числовим інтегруванням вихідних диференціальних рівнянь, або за ділянками невеликої довжини, за умовою збереження за їх довжиною розрахункової структури потоку.

В обох випадках методика розрахунку передбачає визначення структури потоку на розрахунковій ділянці, складання системи рівнянь, які описують рух суміші для цієї структури, і розробку замикаючих співвідношень для них. Для визначення падіння тиску в газопроводі під час транспортування суміші з розшарованою, пробковою та кільцевою структурами руху пропонується узагальнений інженерний алгоритм гідравлічного розрахунку та програмний продукт для нього.

Для пробкової і розділеної структури руху суміші використовували системи рівнянь і замикаючі співвідношення, розроблені “ВНИИГАЗ” (Росія) і регламентовані ВСН 51-3-85, для кільцевої - за рівнянням руху Х`юїтта.

Проведені дослідження допомагають уточнити розрахунок пробкового руху, врахувати вплив в'язкості і кута нахилу труби на істинний газовміст, визначити границю переходу від пробкового режиму до кільцевого, доповнити метод розрахунку кільцевого потоку.

Послідовність розрахунку полягає в наступному:

1. При вихідних даних (тиск на вході, геометричні розміри труби, профіль траси трубопроводу, фізичні властивості компонентів суміші в робочих умовах) визначаються основні параметри двофазного потоку на розрахунковій ділянці: в, м, з, sinб, Frсм, щ*.

2. При висхідному русі суміші порівнюються величини щ* і щ*гр.висх., які визначаються за рівнянням (8).

3. При щ*>щ*гр.висх. має місце кільцева структура, тому проводиться числове інтегрування системи рівнянь для кільцевого режиму руху суміші:

, (13)

лсм і (1-ц)м визначаються за формулами (12) і (7) відповідно.

4. При щ*<щ*гр.висх. проводиться числове інтегрування рівнянь, які описують пробковий режим:

, (14)

лсм визначається за співвідношенням, розробленим у “ВНИИГАЗ”, ц - за формулою (4).

5. При горизонтальному і низхідному русі величина щ* порівнюється з щ*гр.низх.гор. яка визначається за рівнянням (9).

6. При щ*>щ*гр.низх.гор., рух кільцевий і проводиться числове інтегрування системи рівнянь, яка наводиться в пункті 3.

7. При щ*<щ*гр.низх.гор. визначається Fr*, що характеризує границю переходу від пробкового режиму до розшарованого.

8. При Frсм>Fr* рух пробковий, проводиться числове інтегрування системи, яка наводиться в пункті 4.

9. Якщо Frсм<Fr*, рух розшарований. Проводиться числове інтегрування системи рівнянь для розшарованого режиму руху суміші:

. (15)

На підставі розробленого алгоритму написано програму “GazStrum”.

Падіння тиску, що розраховувалось за зазначеною методикою (програмою), зіставляли з фактичними даними, отриманими в промислових умовах під час транспортування нестабільного газового конденсату і газонафтових сумішей, а також під час експлуатації газоконденсатних свердловин (свердловину розглядали як вертикальну трубу). Аналіз режимів руху сумішей показав, що в трубопроводах наявні розшарований, пробковий та кільцевий режими. Похибка розрахунку становить ±6 %.

Дану методику та програму впроваджено в промислову експлуатацію на газопроводах Харківського ГПУ. Економічний ефект від запровадження розробки на газопроводі Кременівська УКПГ - Перещепинська УКПГ (d=530х7,5мм, L=36,25км) становив - 12,7 тис. грн.

Розроблені заходи щодо зменшення впливу газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів шляхом вибору оптимальних режимів експлуатації, отриманих на основі розробленої методики та комп`ютерної програми розрахунку, дають змогу підвищити ефективність роботи газопроводів у середньому на 6?10 %.

Висновки

На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень закономірностей газо- і гідродинамічних процесів у газопроводі вирішено важливе для газовидобувної галузі науково-технічне завдання оцінки впливу газорідинної суміші на пропускну здатність газопроводу, що дає змогу визначити раціональну область експлуатації промислових і міжпромислових газопроводів та оптимальних режимів їх роботи.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному.

1. На основі проведеного аналізу газопроводів системи видобування і збирання ГКР ДК “Укргазвидобування” встановлено, що в порожнині більше ніж 50 % газопроводів містяться рідинні забруднення і цей відсоток матиме тенденцію до зростання, що призводить до зменшення їх пропускної здатності. Аналіз літературних джерел та практичний досвід показали, що методики, розроблені для гідравлічного розрахунку таких газопроводів, не враховують ряду фізичних та витратних характеристик потоків, геометричних особливостей траси газопроводу, а наявні дані часто суперечливі. Загальновизнаними і найбільш обґрунтованими є дослідження проведені для вертикальних трубопровідних систем.

2. Досліджено вплив в'язкості компонентів на істинний газовміст при пробковому русі газорідинної суміші в межах зміни в'язкості від м=0,001?0,14 та числа Frсм=0,5ч12. Він виявляється в зміні автомодельного значення Фруда в межах Fra=1,5ч7 і =0,455ч0,9 при автомодельному русі. Отримано поправочний коефіцієнт, який враховує вплив в'язкості компонентів суміші на істинний газовміст у пробковому потоці в межах зміни автомодельних значень числа Фруда і .

У ході вивчення впливу сил поверхневого натягу на істинний газовміст у пробковому потоці встановлено, що зі зменшенням критерію Вебера його вплив на істинний газовміст зменшується і при We<0,032 практично зникає, тобто для руху газонафтових і газоконденсатних сумішей у трубах діаметром d>30 мм впливом поверхневого натягу на істинний газовміст у пробковому потоці можна знехтувати.

Вплив кута нахилу трубопроводу на істинний газовміст досліджували на газорідинних сумішах із різними фізичними властивостями (м=0,001?0,14 ) при зміні кута нахилу від 0 до 90 °. Він виявляється у разі малих значеннях критерію Фруда Fra, для повітряно-водяних сумішей Fra <10, для повітряно-конденсатних Fra <4 і для повітряно-масляних сумішей Fra <1. На основі проведених досліджень отримано поправочний коефіцієнт, який враховує вплив кута нахилу трубопроводу і критерію Фруда на істинний газовміст у пробковому потоці.

Дослідження, проведені для пробкового режиму руху сумішей, показали, що істинний газовміст у пробковому потоці залежить від в`язкості рідини і кута нахилу труби. Впливом поверхневого натягу на істинний газовміст можна знехтувати. Отримані коефіцієнти дають змогу доповнити формулу для визначення істинного газовмісту для пробкового режиму руху газорідинних сумішей із широким діапазоном зміни фізичних властивостей компонентів і кута нахилу трубопроводу до горизонту.

3. Досліджено границі існування кільцевого потоку. Встановлено, що для істинного вмісту рідини в кільцевому потоці визначальний критерій щ* ? безрозмірний комплекс впливу швидкості суміші. На основі обробки і аналізу експериментальних даних встановлено, що кільцева структура можлива при значеннях 4,2<щ*<8,0 і 0<1-в<0,12. Отримано залежності для визначення істинного вмісту рідини в кільцевому потоці та границі переходу від пробкового режиму до кільцевого з урахуванням витратних характеристик потоку і в'язкості компонентів у вертикальній і горизонтальній трубі.

4. Аналіз дослідних показників коефіцієнта гідравлічного опору, отриманих на основі суцільної моделі, дав можливість як визначальний критерій, окрім Re1, використовувати безрозмірний параметр Ц, який являє собою модифіковане число Фруда для плівки рідини, тобто лсм=л(Re1, Ц). Така форма подання є досить складною. Остаточну обробку експериментальних даних для коефіцієнта гідравлічного опору проводили у вигляді , що допомогло лінеазувати вираз. Отриману формулу для визначення приведеного коефіцієнта гідравлічного опору в кільцевому режимі слід використовувати, якщо винесення рідини не перевищує 20 %.

5. Розроблено узагальнений алгоритм і програму гідравлічного розрахунку трубопроводів, які транспортують газорідинні суміші для розшарованого, пробкового та кільцевого режимів роботи. Результати розрахунків зіставлено з результатами обстеження діючих трубопроводів, що транспортують газонафтові суміші і нестабільний газовий конденсат та газоконденсатними свердловинами (свердловина розглядалася як вертикальний трубопровід). Показано, що запропонований метод розрахунку дає похибку ±6 %. Спосіб розрахунку запатентовано (Пат. на корисну модель №36414 Україна від 27.10.2008), на програму (GazStrum) отримано авторське право (Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір №26625 від 26.11.2008).

Вибір оптимальних режимів експлуатації промислових та міжпромислових газопроводів, отриманих на основі розробленої методики та комп`ютерної програми розрахунку, дають змогу підвищити ефективність їх роботи в середньому на 6-10 %.

Очікуваний економічний ефект від впровадження методики та програми на газопроводі Кременівська УКПГ-Перещепинська УКПГ становить - 12,7 тис. грн.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Паюк В.О. Аналіз основних досліджень в області моделювання двофазних потоків в газопроводах / В.О. Паюк, С.М. Стецюк // Питання розвитку газової промисловості України: Зб. наук. пр. - Харкiв: УкрНДІгаз. - 2004. ? Вип. ХХXІІ. ? С. 289?294.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих методів розрахунку газорідинних потоків та методів їх моделювання, що дозволило отримати оптимальну схему побудови системи рівнянь для конкретного двофазного потоку в газопроводах та конкретизувати його структуру.

2. Капцов І.І. Гідравліка двофазного потоку і оцінка об'єму рідкої фази в промислових газопроводах / І.І. Капцов, С.М. Стецюк // Питання розвитку газової промисловості України. Зб. наук. пр. - Харкiв: УкрНДІгаз. ? 2005. ? Вип. ХХIІІ. ? С. 118?22.

Особистий внесок здобувача: проведена оцінка об'єму рідинної фази в газопроводі з врахуванням рельєфу траси та найбільш поширених процесів, що проходять в газопроводі, отримана залежність, яка дозволяє визначати і контролювати об'єм рідинної фази на ділянках газопроводу.

3. Капцов І.І. Транспорт двофазних середовищ у промислових і міжпромислових газопроводах / І.І. Капцов, С.М. Стецюк // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. ? Івано-Франкiвськ: ІФНТУНГ. ? 2005. ?№ 3(16). ? С. 70?72.

Особистий внесок здобувача: проведений аналіз процесів, пов'язаних з транспортуванням двофазних середовищ по шлейфах, промислових і міжпромислових газопроводах, вперше під тиском до 9 МПа визначено поверхневий натяг на границі газового конденсату та природного газу.

4. Капцов І.І. Визначення та аналіз основних характеристик двофазних потоків в газопроводах / І.І. Капцов, М.В. Гордійчук, С.М. Стецюк // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. ? Івано-Франкiвськ: ІФНТУНГ. ? 2006. ? № 1(18). ? С. 63?66.

Особистий внесок здобувача: розроблено методику визначення істинного вмісту рідини, встановлено границі переходу від пробкового режиму до кільцевого в горизонтальних трубах.

5. Стецюк С.М. Причини утворень скупчень рідини в газопроводах // Питання розвитку газової промисловості України. Зб. наук. пр. - Харкiв: УкрНДІгаз. ? 2006. ? Вип. ХХIV. ? С. 237?242.

6. Стецюк С.М. Розробка гідравлічних методів розрахунку при трубопровідному транспортуванні газорідинних сумішей та співставлення результатів досліджень із промисловими даними / Проблеми нафтогазової промисловості: Зб. наук. праць. ? К:. ? 2007. - Вип. 5. ? С. 318-325.

7. Стецюк С.М. Нова інженерна методика гідравлічного розрахунку газорідинних потоків у газопроводах. // Нафт. і газова пром-сть. ? К., ? 2009. ? №2. - С 62?64.

8. Стецюк С.М. Дослідження основних характеристик горизонтального двофазного потоку в промислових і міжпромислових газопроводах // МНТК молодих вчених «Проблеми енергоефективності в нафтогазовому комплексі» (м. Київ 05?08 грудня 2005 р.) / Проблеми нафтогазової промисловості: Зб. наук. праць. / ? К., 2005. ? Вип. 2. - С. 300?305.

9. Капцов І.І. Розробка гідравлічного розрахунку промислових та міжпромислових газопроводів, що транспортують газорідинні суміші / І.І. Капцов, С.М. Стецюк // Мат. ХІІІ - ї Між нар. конф. “Ресурсоенергозбереження у ринкових відносинах” (м. Ялта, 12-16 червня 2006 р.) ? К., 2006. ? С. 146?150.

Особистий внесок здобувача: розроблено експериментальну установку для дослідження впливу газорідинних сумішей на пропускну здатність газопроводів, на основі отриманих результатів досліджень вдосконалана методика гідравлічного розрахунку промислових газопроводів.

10. Стецюк С.М. Гідравлічні опори при кільцевому потоці газорідинної суміші // Мат. Між нар. наук.-техн. конф. "Ресурсозберігаючі технології в нафтогазовій енергетиці". (Івано-Франківськ, 16?20 квітня 2007 р.) / ? Івано- Франківськ, 2007. ? С. - 258.

11. Пат. 8022 Україна, МКІ G01/N13/02. Пристрій для вимірювання поверхневого натягу рідини / Дячук В.В., Капцов І.І., Стецюк С.М.; Дочірнє підприємство Науково-дослідний інститут нафтогазової промисловості Національної акціонерної компанії Нафтогаз України; №20041211010; заявл. 31.12.2004; опубл. 15.07.2005. Бюл. №7., - 4 с.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих приладів для вимірювання поверхневого натягу рідини та розроблено конструкцію нового приладу.

12. Пат. 36414 Україна, МПК 2006 F17D 5/00. Спосіб визначення гідравлічного стану газопроводів, які транспортують газорідинні суміші / Дячук В.В., Капцов І.І., Стецюк С.М., Сушко Г.М., Світлицький В.М.; Дочірня компанія Укргазвидобування Національна акціонерна компанія Нафтогаз України; №u200806396; заявл. 14.05.2008; опубл. 27.10.2008. Бюл. №20., - 4 с.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих методів розрахунку газопроводі, які транспортують газорідинні суміші , розроблено алгоритм та новий спосіб розрахунку.

13. Пат. 68958 А Україна, МКІ В08В9/027. Спосіб очистки внутрішньої порожнини газопроводу / Капцов І.І., Слесарев В.А., Братах М.І., Винник С.М., Коляденко В.А., Стецюк С.М.; Дочірня компанія Укргазвидобування Національна акціонерна компанія Нафтогаз України Український науково-дослідний інститут природних газів (філія); №200311105228; заявл. 21.11.03; опубл. 16.08.04. Бюл. №8. -3 с.

Особистий внесок здобувача: проведено аналіз існуючих способів очистки порожнини газопроводу, встановлено позитивні і негативні сторони. Отримано новий спосіб очистки газопроводу.

Анотація

Стецюк С.М. Вплив газорідинної суміші на пропускну здатність промислових та міжпромислових газопроводів. - Рукопис.

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 - Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2010.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального питання щодо оцінки впливу рідинної фази на ефективність роботи промислових і міжпромислових газопроводів шляхом дослідження основних локальних і інтегральних характеристик газорідинних потоків та розробки узагальненої інженерної методики гідравлічного розрахунку.

Теоретично та експериментально досліджено вплив в'язкості, поверхневого натягу компонентів та кута нахилу трубопроводу на істинний газовміст у пробковому потоці. Вивчено границі існування, закономірності зміни істинного газовмісту і гідравлічного опору для кільцевого потоку. Для розшарованого, пробкового та кільцевого режимів розроблено і програмно реалізовано інженерну методику гідравлічного розрахунку промислових і міжпромислових газопроводів, які транспортують газорідинні суміші, з урахуванням фізичних властивостей компонентів та геометричних характеристик трубопроводу.

Ключові слова: газопровід промисловий, коефіцієнт гідравлічної ефективності, режими руху (розшарований, пробковий, кільцевий), двофазні суміші, рідинні забруднення, ділянка газопроводу.

Аннотация

Стецюк С.М. Влияние газожидкостной смеси на пропускную способность промышленных и межпромышленных газопроводов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 - Вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 2010.

Диссертационная робота посвящена решению актуального вопроса, связанного с оценкой влияния жидкой фазы на эффективность роботы промышленных и межпромышленных газопроводов путем исследования основных локальных и интегральных характеристик газожидкостных потоков и разработкой обобщенной инженерной методики гидравлического расчета.

При проектировании и эксплуатации промышленных и межпромышленных газопроводов не учитывается транспортирование по ним двухфазных смесей, что приводит к увеличению перепадов давления, уменьшению продуктивности и эффективности оценки их роботы.

Существующие методы и формулы для определения потерь давления при движении двухфазных потоков в трубопроводах имеют значительные расхождения, сложны в обработке, имеют допуски и не учитывают, в отдельных случаях, влияние вязкости, поверхностного натяжения компонентов и угла наклона трубопровода на истинное газосодержание и гидравлическое сопротивление при расслоенном, пробковом и кольцевом режимах движения, самых распространенных при эксплуатации промышленных и межпромышленных газопроводов.

Систематизированы причины появления жидкостных загрязнений в полости газопроводов, среди которых выделены основные, и проведен анализ работ по гидрогазодинамике смесей для рассматриваемых режимов движения, на основании которых сформулированы цель и задачи работы.

Исследования, проведенные при пробковом движении смесей, подтвердили, что определяющими критериями для этого режима есть число Фруда и истинное газосодержание, и показали, что истинное газосодержание в пробковом потоке зависит от вязкости компонентов и угла наклона трубопровода. Влиянием сил поверхностного натяжения в промышленных и межпромышленных газопроводах можно пренебречь. Полученные коэффициенты позволяют дополнить формулу для определения истинного газосодержания в пробковом потоке с широким диапазоном изменений вязкости компонентов и угла наклона трубопровода.

Теоретически и экспериментально исследована область существования кольцевого режима движения газожидкостных смесей в трубопроводах, а именно истинное газосодержание и гидравлическое сопротивление. Получены обобщенные эмпирические уравнения для определения границ перехода от пробкового до кольцевого режима течения и для определения истинного газосодержания в кольцевом потоке с учетом вязкости компонентов в вертикальных и горизонтальных трубопроводах.

Гидравлические сопротивления в кольцевом потоке исследовались за двумя моделями: раздельной и сплошной. В настоящее время установлено, что при исследовании газожидкостных потоков описание кольцевого режима раздельными моделями не позволяет получить надежных методов инженерного расчета, но именно раздельные модели ставят перед исследователями ряд задач, качественно новых для двухфазных потоков. Поэтому в данное время основной задачей в деле усовершенствования раздельных моделей кольцевого движения есть изучение и накопление данных по локальным характеристикам потока. Для сплошных моделей получено эмпирическое уравнение для приведенного коэффициента гидравлического сопротивления.

...