第26卷第2期石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)Vol.26 No. 22013年4月.JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNIVERSITIESApr.2013文章編號(hào):1006 396X(2013)02 0074-03天然氣增輸器數(shù)值模擬李朝陽(yáng)，趙興元(中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司,四川成都610041)摘要:根據(jù)自激振蕩脈沖射流理論與壁面振動(dòng)減阻理論,對(duì)變徑管及天然氣增輸器管道內(nèi)天然氣流動(dòng)情況進(jìn)行了數(shù)值模擬及分析。結(jié)果表明,天然氣流經(jīng)增輸器時(shí),在碰撞壁處壓力波動(dòng)較大,存在徑向環(huán)流,引起壁面的徑向振動(dòng);與普通變徑管相比,增輸器出口處的壓強(qiáng)與入口相比有明顯的降低,湍動(dòng)能變化較大。在相同工況條件下，經(jīng)增輸器后壓力降低,管道輸氣量顯著增加。關(guān)鍵詞:天然氣;增輸器;數(shù)值模擬中圖分類(lèi)號(hào): TE624. 1文獻(xiàn)標(biāo)志碼: Adoi:10. 3969/j. issn. 1006-396X. 2013. 02. 017Numerical Simulation on the Natural Gas Increasing DeviceLI Zhaoyang, ZHAO Xingyuan(Southwest Com pany ,China Petroleum Engineering Co. Ltd. ,Chengdu Sichuan 610041 ,China)Received 17 May 2012; revised 22 October 2012; accepted 4 January 2013Abstract: According to the theory of self. excited oscillation pulsed jet and the wall friction reduction, vibration, diameterchanges pipe and natural gas increasing device flow was simulated and analyzed. The results show that, when natural gas flowthrough increasing device, the pressure fluctuate in collision, radial circulation cause wall there radial vibration. Compared withordinary diameter changes pipe, the pressure has significantly reduced then entrance exit. Turbulent kinetic energy varyconsiderably. In the same conditions, the pressure is reduced and pipe gas transmission is increased significantly.Key words: Natural gas; Natural gas increasing device; Numerical simulationCorresponding author. Tel. :+ 86-28-82978967; e mail:lizhaoyang5208840@ 126. com提高天然氣管道的輸送量可以采用增大管徑、管道增輸器增輸機(jī)理進(jìn)行研究具有- - 定難度,數(shù)值輸送壓力、內(nèi)涂層技術(shù)及減阻劑技術(shù)1。增大管徑模擬的方法可以應(yīng)用于天然氣增輸方面的研究[5]。和輸送壓力的方法受到安全性及經(jīng)濟(jì)性等方面的限重慶大學(xué)廖振方等[6]根據(jù)自激振蕩脈沖射流理論與制[2]。大管徑管道處于湍流粗糙區(qū),而小管徑管道壁面振動(dòng)減阻理論,對(duì)管道增輸器進(jìn)行了理論和實(shí)處于混合摩擦區(qū),故內(nèi)涂層技術(shù)對(duì)小管徑輸氣管道驗(yàn)的研究。但其僅限于對(duì)單- - 裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，作用不大的。對(duì)于減阻劑技術(shù)只有大分子量的高聚缺乏對(duì)比行。本文運(yùn)用仿真軟件對(duì)變徑管及天然氣物才能抑制徑向脈動(dòng),產(chǎn)生明顯的減阻效果(。如增輸器管道內(nèi)天然氣流動(dòng)情況進(jìn)三維數(shù)值模擬,得何在天然氣供應(yīng)充足、輸送壓力穩(wěn)定時(shí),在原有工況到了不同形狀增輸設(shè)備的增輸結(jié)果。條件下顯著增加天然氣的輸送量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1控制方程管道增輸器是前小后大中間具有腔室、利用壁由于天然氣中的水分分布范圍較窄,為了獲得面共振原理來(lái)達(dá)到管道增輸目的的組件。由于增大較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),選用歐拉模型。管徑、輸送壓力、內(nèi)涂層技術(shù)及減阻劑技術(shù)存在一定體積分?jǐn)?shù)方程不足,管道增輸器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)件、安全可V,=|a。dV其中 Za,=1,pn=aqPo (1)靠等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛關(guān)注。采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)天然氣式中,aq是第q相的體積分?jǐn)?shù),p,是第q相的有效密收稿日期:2012-05-17度,pq第q相的物理密度。作者簡(jiǎn)介:李朝陽(yáng)(1984-)，男，安徽亳州市,碩士。質(zhì)量守恒方程第2期李朝陽(yáng)等，天然氣增輸器數(shù)值模擬75區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。變徑管劃分40 680個(gè)網(wǎng)格單(apo2)+ V(agPrUx)= Zmw元,43584個(gè)節(jié)點(diǎn);增輸器劃分226426個(gè)網(wǎng)格單其中,V (aqprUq)是散度,U。是q相的速度,m,為從元,158 868個(gè)節(jié)點(diǎn)。第p相到q相的質(zhì)量傳遞。2.2邊界條件動(dòng)量守恒方程選擇耦合式求解器，隱式計(jì)算方式,非定常流2(apru。)+ V(aqPoUsU,)=-a,Vp+V●t+動(dòng),二階迎風(fēng)格式。出入口邊界條件:人口壓強(qiáng)為1MPa,入口體積含水率為0, 005,出口壓力為0.82(Rpq +mm7m) +ap,(F,+FEo+Fmn)MPa。(3)3數(shù)值模擬結(jié)果式中,=au。(Vv。+V5)+a。(2。-號(hào)μ)V●3.1出口質(zhì)量流量及壓力v,I,V(apvU。)是散度,μ和λ。是q相的剪切和體管道出口處質(zhì)量流量與總壓力見(jiàn)表1。由表1積黏度,F。是外部體積力,F.是虛擬質(zhì)量力,R，可知增輸器在出口處質(zhì)量流量與總壓均增加;穩(wěn)定是相之間相互作用力,力是所有相之間共享的壓力，流量14.1 kg/s,穩(wěn)定總壓0. 95 MPa.Vx是相間速度。表1出口質(zhì)量流量及壓力連續(xù)方程Table 1 Flow rate and pressure of export mass尋(a)+口.(agp,)=L<之mm-a, doe)模型出口質(zhì)量流量/(kg.s51)出 口總壓/MPaPqd變徑管5.50. 99(4)增輸器14.10.952數(shù)值模擬及分析3.2軸向切面流場(chǎng)圖2.1管道模型圖2、3為軸向切面流場(chǎng)圖。由壓強(qiáng)云圖可知，變徑管為人口段管徑小，出口段管徑大,中間平變徑管在變徑處壓強(qiáng)變化較大且在突擴(kuò)處存在小范滑過(guò)渡的管道裝置。增輸器與變徑管具有前小后大圍低壓區(qū)，下游壓強(qiáng)變化不明顯;增輸器在上噴口及，的相同結(jié)構(gòu),但中間為正方形的腔室?？拷隹诙吻皇覂?nèi)壓強(qiáng)恒定，下噴口處壓強(qiáng)由0. 71 MPa.上升為45°傾角的壁面。變徑管人口段管徑0.1 m、管長(zhǎng)至0.795 MPa,變化明顯。由速度云圖可知,在變徑0.2 m,出口段管徑0.12 m、管長(zhǎng)0.2 m,變徑段管處動(dòng)壓由1 040降低至760,速度損失26. 9% ;天然長(zhǎng)0.2m。天然氣增輸器上噴嘴管徑0.1 m、管長(zhǎng)氣流經(jīng)增輸器后動(dòng)壓由300減小至260,損失率0.2 m,腔室為0.25 mX0.25 mX0.225 m長(zhǎng)方體13.3%,腔室碰撞壁處存在環(huán)流區(qū)。由湍動(dòng)能云圖去除半徑0.25 m、高0.625 m圓錐剩余部分,下噴可知,天然氣流經(jīng)增輸器時(shí)湍動(dòng)能變化較大。嘴管徑0.12 m、管長(zhǎng)0.237 5 m。由于設(shè)備具有對(duì)稱(chēng)性,本文僅給出中間軸向切面的計(jì)算模型圖,管道強(qiáng)計(jì)算區(qū)域模型見(jiàn)圖1。760).10.12.2-.0.2.60000 vi S0多“間)變徑管模型.-0.20.245°圖2變徑管軸向切面流場(chǎng)圖0.25Fig.2 Axial plane flow of reducer tube0123.3 徑向切面流場(chǎng)圖一-0.2--0.237 5-- +圖4為增輸器X=0.2徑向切面流場(chǎng)圖。由圖(6) 增輸器模型圖1管道模型4可知,變徑管徑向壓強(qiáng)、速度、湍動(dòng)能等值線均呈同心圓狀分布，越靠經(jīng)管壁梯度變化越大。壓強(qiáng)從Fig. 1 Pipe model采用四面體與六面體相結(jié)合的網(wǎng)格劃法對(duì)計(jì)算內(nèi)到外由0.798MPa增至0.807MPa;速度由760減至660;湍動(dòng)能由6 600減至3 600。76石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)第26卷圖5為增輸器X=0徑向切面流場(chǎng)。由圖5可9.05 樂(lè)廈發(fā)t-0.5圖知,在0~0.05圓形區(qū)域內(nèi)壓強(qiáng)呈同心圓分布,由0.7074MPa減至0.7059MPa,在圓范圍外壓強(qiáng)0.05 度變化不規(guī)則;速度在0~0.05內(nèi)為定值300m/s，-0:05圖0.05~0.075內(nèi)由300 m/s劇降至60 m/s,在腔室Pa 51000:05動(dòng)角處存在一80m/s的逆流區(qū);圖5可知增輸器湍動(dòng)1001200能在0~0. 05內(nèi)為定值800,0. 05~0.075內(nèi)由800-0.10窗-0.3-0.2 -0.1增至3 200再減至800。圖3增輸器軸向切面流場(chǎng)圖Fig.3 Axial plane flow increasing device0.060.00.040.04-0.021:00000-0.02-0.04-0.04--0.061111 -0.06出十-0.00006-00-0.02 00.020.04 006團(tuán))壓強(qiáng)云圖(b)速度云圖(c)湍動(dòng)能云圖圖4變徑管X=0.2徑向切面流場(chǎng)圖Fig. 4 Reducer pipe X = 0.2 radial section flow chart| 0.050.050.100.10 (間壓強(qiáng)云圖()端動(dòng)能云圖圖5增輸器 X=0徑向切面流場(chǎng)圖Fig.5 Increasing device X = 0 radial section flow chart4結(jié)果分析氣量的計(jì)算公式可知輸出壓力減小時(shí)輸氣量增加。由模擬結(jié)果知,天然氣流經(jīng)增輸器時(shí),在碰撞壁處壓力波動(dòng)較大。這是由于在腔室內(nèi)存在環(huán)流,徑5 結(jié)論向壓力分量引起振蕩腔壁面振動(dòng)。與普通變徑管相(1)在碰撞壁處壓力波動(dòng)較大,存在徑向環(huán)流，比,增輸器出口處的壓強(qiáng)與人口相比有明顯的降低，引起壁面的徑向振動(dòng)。湍動(dòng)能變化較大;出口速度明顯降低,振蕩腔室內(nèi)壓(2)在相同工況條件下,天然氣經(jīng)增輸器后壓力波動(dòng)很大,從而達(dá)到增加輸氣量的目的。根據(jù)輸力降低,管道輸氣量顯著增加。參考文獻(xiàn)[1] 李國(guó)平,劉兵,鮑旭晨,等.天然氣管道的減阻與天然氣減阻劑[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2008,27(3):15-21.[2]閻光燦。 世界長(zhǎng)輸天然氣管道綜述[J].天然氣與石油,2000,18(3):9-19.[3]劉雯,鄒曉波. 國(guó)外天然氣管道輸送技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油工程建設(shè),2005,31(3) :20-23.[4]李世榮,宋艾玲，張樹(shù)軍. 我國(guó)油氣管道現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].油氣田地面工程,2006 ,25(6):7-8.[5] 盧志紅,高興坤，曹錫玲.氣侵期間環(huán)空氣液兩相流模擬研究[J].石油鉆采工藝,2008,30(1):25-28.[6] 廖振方,陳德淑,潘志敏,等。管道增輸器的工作原理與工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2010, 29(1):52-53.(Ed. :WYX,CP)