... 光伏电站系统效率统计-再考虑光伏组件配比问题 表
刘硕
[摘 要]油田开发中，集输管道应用较为广泛，也是主要的耗能部分之一，提升集输管道效率是降低系统能耗的一个重要方法。本文是合理的方法来计算管道效率，对温降和压降计算方法展开分析，并对其影响因素进行探讨。
[关键词]集输管道 温降 压降
中图分类号：S713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0121-01
通常油田输送管网的投资约占地面总投资的三分之一，输送能耗约占生产总能耗的五分之二，因此研究油气水混合液在管网中的流动规律，特别是预测其压降，对油田集输系统生产运行管理有重要意义。本文主要是从管道效率入手，进行相关计算和影响因素探讨。
1、管道效率分析方法
目前对热油管道效率的评价通常以单耗（kJ/t·km）和管效（末端能量/起点能量）作为指标，来判断热油管道储能能力的高低。旧指标存在的问题是各油井采出液的特性参数相差较大，流体特性参数的差异原本就会造成运动流体在管道内具有不同的流型，进而有不同的单耗。单耗和管效只能反应能量损失的多少，不能反应管道本身运行效率的高低，因此旧指标不能合理地评价管道的运行效率。为合理分析管道，可通过理论对比分析法及其判断标准：先由管道运行工况和流体特性参数，按照管道设计条件，通过水力、热力计算得到理论损耗E理论，再由实际损耗E实际与E理论的比值N来判定稠油集输管道效率的高低。N<1.2时：管道运行效率较高，能量损失较小；N>1.2时：管道运行效率较低，需要清管或加强保温效果。
采用N来判定管道效率高低的优点是：无量纲化处理后，排除了管径、流量、粘度等差异对各管道流体能量损失的影响，能真实地反应管道的保温效果和内部水力摩阻大小。该判断分析方法的难点是需要对油、水两相或油、气、水三相混输管路进行压降和温降计算，这也是影响理论对比分析法准确性的关键。
2、温降、压降计算
稠油集输管道效率评价和能耗数学模型的建立必须以管道内多相流的水力热力计算为基础，需选择合适的多相管流压降、温降计算模型，以提高计算精度，进而准确地分析管道的运行状况。多相流温降计算主要受沿程压降和周围地层环境传热性的影响，同时温降计算也是压降计算的基础。本文的温降计算模型采用多相流温降公式，该公式同时考虑了焦耳-汤姆逊效应和液体的摩擦热效应，较其它方法具有更高的精度；并在倾斜管路中用持液率代替质量含气率，以获得更精确解。温降计算模型如下：
Tz———长为L的混输管道终点温度，K；
TR———长为L的混输管道起点温度，K；
T0———混输管道周围地层环境温度，K；
k———管道传热系数，W/m2·℃；
Di———焦耳-汤姆逊系数，本文根据俄罗斯公式求解；
Hl（β）———管道倾角为β时的持液率。
地面集输管道大都存在高程差，压降计算采用倾斜气液两相管流常用的Beggs&Brill关系式。该式综合考虑了摩阻压力梯度、位差压力梯度和加速压力梯度，并对分离流动、间歇流动和分散流动建立了不同的持液率相关规律计算式。影响精度的关键是持液率和沿程阻力系数的计算。详细计算式参考相关文献。
利用Beggs&Brill关系式计算压降需要在温降计算的基础上求得介质热物性参数，如原油体积系数，气相压缩系数，混合物的密度、粘度等。因此多相管流的压降、温降计算需要迭代求解。在管道节能运行研究，管道节能研究的手段是通过数值模拟确定集输管道最佳运行参数。具体方法是通过测试数据反算出管道的传热系数和内部阻力系数，然后以起点温度（可变量）和终点压力（定值）为约束条件，根据水力热力计算，得到起点的温度压力与单耗和管效的曲线。在可行域内寻求能耗最小时的起点温度和起点压力。
3、温降、压降的影响因素
油气水多相流管道温降是油气集输系统运行管理的关键参数，其主要影响因素有管长，管径，管道埋深，管道保温状况热阻，产液量，产气量，含水率，土壤物性，起点温度等。温降随着产气量的增加逐渐变小，但趋势较缓；随含水率的增加略有减小，影响很小；随起始温度的增加而增加，近似直线；随管长的增加而增加，近似直线；随管径的增加而增加，影响很小；随管道埋深增加而减小；随管道保温状况即热阻的增加而减小；降随土壤导温系数的增加略有增加，影响很小；随土壤导热系数的增加而增加。在对影响因素进行分析时可定性地找出油气水混输管道温降的主要影响因素。
在壓降计算过程中，影响压降的因素包括温度、管道相对粗糙度、气液相流量、管径等。温度的变化将影响气液相的粘度、密度和摩阻系数。随着温度升高，压降不断减小。计算结果表明，对粘度高的混输管道来说，温度对压降的影响显著。尤其对于高粘、长距离管道，这一影响更加显著。但是在油气混输管路中，过高的温度会增加运行费用和绝热材料的损耗。性特点将输送温度控制在适当的范围内。
在各个工况条件下，考虑了粗糙度的计算压降均大于不考虑粗糙度的计算压降。其中部分工况下，不考虑粗糙度时的压降仅为考虑粗糙度时压降的60%。在工程设计中，应根据油性、油气比、管径、管长等条件进行必要的分析研究，确定应该采用的粗糙度计算模式。另外，管路粗糙度对压降的影响与压降计算模型的选择有关，不同的压降计算模型得出的结果差异也较大。
在油气混输管路中，气体量不同将直接影响到压力的变化，对于特定的管道来说，存在使压降最小的气液比。高粘原油某一气液比下存在着一个最小的压降，而低粘原油不存在着此情况。对于高粘原油，在一定范围内，随着气体流量的增加，压降有所增加，但增加幅度低于低粘原油混输管道。液量变化对压降影响较大，液量越多，输送摩阻就越大，需要较多的能量推动滞留的液体和克服粘滞阻力，故使压降增加。在实际管道运行中，应多次测量运行数据，在保证输送效率的情况下，计算出一个最佳的液体输量。
在油气混输中，管径变化是影响压降最显著和最直接的因素。无论输送任何流体，靠增加管径来提高输量，降低压降，都是十分有效的方法。但管径的增加会引起工程的投资增加，同时可能造成热损失增大。而管径过小，将使压降升高，对增压设备要求高，使操作费用增加，总经济效益下降。要获得最有利的管径，需要结合输量、温度等参数进行全面的评估。
参考文献
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