积液发展规律数值模拟研究_乔慧.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 23 积液发展规律数值模拟研究 积液发展规律数值模拟研究 乔 慧1,2（1山东石油化工学院，山东 东营 257061；2胜利石油管理局有限公司，山东 东营 257000）摘 要：摘 要：基于湿气管道地形起伏、运行压力、温度变化，在低洼段会产生积液，积液的存在不仅降低集输系统效率，而且与酸性气体一起加速电化学腐蚀。本项目通过建立稳态、瞬态数学模型，研究集输管线内积液问题，得出各因素对积液的影响规律，以使集输管线安全高效运行，降低泄漏事故的发生概率，以节约能源、降低能耗为目的。关键词：关键词：湿气管道；积液；影响因素；数值模拟；OLGA 凝析天然气由于受到外部环境的影响，在集输管道内会产生大量的水分和重烃，并沉积在管线低洼处，对天然气集输系统带来安全隐患，严重可导致管线泄露。所以研究稳态工况下流量、温度、压力等因素改变对管内积液的影响规律积液的改变有重大意义，可以有效预防管内积液的形成1。本章通过 OLGA 软件建立一条实际的地形起伏湿气集输管道积液模型，通过控制单一变量法，研究管线积液量的影响因素，为以后瞬态工况模拟及清管打下坚实基础。1 积液形成机理与影响因素 1 积液形成机理与影响因素 在湿气管线运行中，管内积液主要包括来自天然气中的水分子以及压力、温度变化导致重烃液化等，管内积液的形成还受气相携液能力的影响。积液形成的影响因素，有以下几个方面：（1）管线操作运行条件（流量、压力、温度等）；（2）管线几何条件（管径、管路倾角等）；（3）输送流体的物性参数（密度、含水率、重组分等）2。本文基于以上理论，通过 OLGA 软件研究各因素在不同工况条件下对管道内积液量的影响。2 积液仿真模型的建立 2 积液仿真模型的建立 以某气田一段实际地形起伏湿气集输管线为实例，对不同工作条件下的积液规律进行了数值模拟。该管线长度25km，采用直缝埋弧焊管，管径为 50814 mm，管外保温，保温层壁厚 30 mm。本文结合实际工作情况，建立了适合于此管线特征的高精度积液模拟模型，并在此基础上，利用已有的参数，对其进行了模拟。根据已知条件建立的起伏湿气管道积液仿真模型。3 管道积液影响因素分析 3 管道积液影响因素分析 3.1 含水率变化对积液的影响规律研究 运用 OLGA 积液模型，研究只改变含水率时，管内积液量的变化规律，并对结果进行分析。由图 1 可以看出：含水率与管线积液量呈现正相关的趋势，含水率为 5%时，管线内积液量为 70m3；含水率为 10%时，管线内积液量为 110m3；含水率为 20%时，管线内积液量为 196m3。综上，随着含水率的上升，管线内的积液量逐渐升高，但上升幅度不大，含水率对管线积液量的影响微小。图 1 不同含水率与积液量的关系 图 1 不同含水率与积液量的关系 3.2 重组分变化对积液的影响规律研究 运用 OLGA 积液模型，研究只重组分含量改变，管内积液量的变化规律，并对结果进行分析。图 2 不同重组分 C10 含量与积液量的关系 图 2 不同重组分 C10 含量与积液量的关系 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.04424 乔 慧：积液发展规律数值模拟研究 由图 2 可以看出：随着气体中重组分含量的增加，管路内的积液量都相应增长。气体在管线运输过程中，随着管线沿程温度和压力逐渐降低，气体内重组分会逐渐析出，变为凝析油，聚积在“V”型地形的尖角处，形成积液。重组分含量越高，析出凝析油越多，管线积液量增加。3.3 入口质量流量变化对积液的影响规律研究 运用 OLGA 积液模型，只改变入口质量流量该，研究管内积液量的影响规律，并对结果进行分析。由图 3 得出：当流量增大时，管线内的积液量减小，但低流量下，降低幅度较大，高流量下，降低幅度几乎不变。在低流量下，管道内积液量突增，管道运输气体时，尽量在大流量下运输，当产量低时，应最少保持在 50kg/s 的流量下输送。当进口质量流量增加时，管道中的液体滑脱率保持不变，气液比随之增加，气体组成增加，其动能也随之增加。液体在流动过程中，会产生摩擦、剪切、碰撞等作用，具有同样的能量和质量传递。当气相流速增加后，压力会变得更大，聚集在管道底部的液面压力降低，使液滴上升，携带液量也随之增加，最后液滴与气体同时被排出，管路中的积液量也随之降低3。图 3 不同入口质量流量对积液量的影响 图 3 不同入口质量流量对积液量的影响 3.4 入口温度变化对积液的影响规律研究 利用建立的 OLGA 积液模型，研究只改变温度情况下，管内积液量的变化规律，并分析结果。由图 4 可以看出：当温度升高时，管线内积液量减少。改变温度，会影响气液两相物理参数，气液浓度和流速会随之变化。当温度升高时，流体流速增大，运载能力增强，可以携带出更多液相，从而减少了管道中的液相。随着温度降低，湿气输送管线内的饱和水蒸气会凝结出来，形成液态水，液化后的水逐渐向管道低洼处聚集，总积液量便会增大。在合理的经济允许的条件下，增加管道进口温度，可以使管内液体的体积减少。图 4 不同入口温度对积液量的影响 图 4 不同入口温度对积液量的影响 3.5 出口压力变化对积液的影响规律研究 利用 OLGA 积液模型，在只改变运行压力条件下，对管道中积液量的变化规律进行分析。从图 5 可以看到，在其他工作状态不变，仅在管道出口压力变化时，随管道出口压力增加管线积液量增加。压力对管线积液量的影响主要有以下两方面：一是当管线出口压力增大时，管线全程压力会相应增加，由于气体分子间距较大，可压缩性强，在压力升高条件下，气体密度变大，被压缩为体积更小的分子团，致使管线内平均截面持液率升高，平均截面含气率减小。从气态方程 PV=RT 可以看出，在不改变其他参数的情况下，液体的密度与压力是成正比的。因此，随着管道中气压的提高，管道的密度将会随之增加，从而导致气体流速的降低，从而导致管道中的液体流动速度降低，从而导致管道中的液体含量增加。二是压力影响气、液相平衡，高压状态下，气体中的重组分会析出变为凝析油，并聚积在管线低洼处。由图 10 可以看出，压力越大，气、液相流速等物性相差越小，气体的携液能力越弱，所以管线内积液量越多。图 5 不同出口压力与积液量的关系 图 5 不同出口压力与积液量的关系 （下转第 30 页）（下转第 30 页）30 周 云：炼油厂装置物料直供流程优化及效果分析 后可以发现，在节电量达到 380.9104kWh 时，节省下来的电费成本约为 245.7 万元。表 1 物料直供优化后的炼油厂停用泵统计结果 表 1 物料直供优化后的炼油厂停用泵统计结果 位号 电机功率/kW 所在装置 节电量/（kWh）a-1）创效/（万元a-1）633 55 加氢裂化 36.1104 23.1 42612 75 二油品 49.3104 31.6 42611 75 汽油半成品 49.3104 31.6 4243 75 尾油 49.3104 31.6 乙 11 200 二油品 131.4104 84.1 05 75 拔头油 49.3104 31.6 4261 75 二油品 16.2104 12.1 合计 380.9104 245.7 由此可以看出，对部分装置物料直供流程进行优化，能够有效达到节能降耗的目的。在这个优化的过程中，炼油厂需要从自身的原油加工过程入手，尽可能对所有能够进行优化的物料输送路线进行调整和改进。3 结 论 3 结 论 综上所述，基于炼油厂生产经营的实际过程，对物料直供流程进行优化改造，能够有效解决当前炼油厂在物料直供方面存在的问题。结合炼油厂应用装置物料直供流程的实际情况来看，炼油厂物料直供流程的优化本身有着较大的发展空间，对物料直供流程的优化不是一劳永逸的，需要结合优化的实际效果，持续对装置物料的直供流程进行优化，才能够实现炼油厂节能减排的目标。参考文献 参考文献 1 张平.炼油厂加氢装置设备的腐蚀与防护J.设备管理与维修,2022(02):69-71.2 杨维军,孙会东,等.炼油厂工艺装置结构调整趋势J.油气与新能源,2021,33(03):116-120.3 杨春剑.胜利炼油厂装置物料直供流程优化及效果J.齐鲁石油化工,2021,49(01):48-51.4 陈亮,张俊琳.炼油厂常减压蒸馏装置危险有害因素分析J.当代化工研究,2019(06):172-173.5 周军.大型炼油厂装置工艺管道安装内部清洁度的质量控制措施J.石化技术,2019,26(05):18+43.（上接第 24 页）_（上接第 24 页）_ 4 结 论 4 结 论 稳态工况下各因素对积液的影响，得出如下结论：随着含水率的上升，管线内的积液量逐渐增加；随着气体中重组分含量的增加，管路内的积液量都相应增长重组分含量越高，析出凝析油越多，管线积液量增加；随着入口流量的上升，管线内的积液量呈现一个减小的趋势，但低流量下，降低幅度较大，高流量下，降低幅度几乎不变。在低流量下，管道内积液量突增，管道运输气体时，尽量在大流量下运输；一定范围内，随着入口温度的升高，管线内的积液量减少；压力越大，滑脱比越大，即气、液相流速等物性相差越大，气体的携液能力越弱，管线积液量越大；参考文献 参考文献 1 刘建武,何利民.积液在湿气输送管道中的发展过程分析J.油气田地面工程,2019,38(S1):76-80.2 唱永磊.湿气管线积液与清管数值模拟研究D.中国石油大学(华东),2014.3 孙乐园.地形起伏湿气管道积液与清管数值模拟D.西安石油大学,2021.