曹學(xué)文 曹恒廣 杜 翰 趙湘陽(yáng) 楊凱然 楊亞吉

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院)

0 引 言

隨著海上天然氣資源的大量開(kāi)采，海底天然氣管道的作用越來(lái)越大[1]。其中天然氣凝析液管道常面臨管內(nèi)積液嚴(yán)重、摩阻增大及輸送效率降低等問(wèn)題[2-6]，嚴(yán)重影響海上油氣田的正常生產(chǎn)作業(yè)。通常采用定期投放清管器清管的方法來(lái)減少管內(nèi)積液聚集并提高管道輸送效率[7-11]。隨著深水油氣田開(kāi)采的進(jìn)行，海底管道所處的高壓低溫環(huán)境以及復(fù)雜多變的地形使得凝析液易在天然氣管道內(nèi)聚積，這對(duì)清管提出了更高的要求[12]。然而常規(guī)清管器在清管作業(yè)過(guò)程中運(yùn)行速度較快，積液在清管器前端不斷堆積并在管內(nèi)形成較長(zhǎng)的段塞，大量段塞抵達(dá)海底管道出口導(dǎo)致終端段塞捕集器高液位報(bào)警[13-15]，同時(shí)清管段塞量過(guò)大會(huì)顯著降低海底管道對(duì)下游生產(chǎn)單位的供氣量，嚴(yán)重影響下游用戶(hù)正常的生產(chǎn)運(yùn)行[16-19]。

工程上常通過(guò)在清管器球體上開(kāi)設(shè)旁通孔的方式來(lái)解決海底天然氣凝析液管道常規(guī)清管器在清管時(shí)存在的問(wèn)題，從而降低清管器的運(yùn)行速度，提高清管過(guò)程中管道的輸氣量，抑制清管器前端段塞流的形成，減小管道終端捕集器的壓力波動(dòng)以及對(duì)下游用戶(hù)正常生產(chǎn)的影響[19-20]。旁通清管器進(jìn)行清管作業(yè)時(shí)，內(nèi)部流場(chǎng)十分復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法無(wú)法準(zhǔn)確獲取其流動(dòng)狀態(tài)的各項(xiàng)參數(shù)。目前，M.H.W.HENDRIX等[21]利用Fluent軟件對(duì)3種不同結(jié)構(gòu)旁通清管器的壓降系數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與壓力損失理論模型貼合較好。田宏軍等[22]采用Fluent軟件對(duì)管道清管器旁通流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)高速流體通過(guò)旁路后會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生強(qiáng)剪切作用，并在清管器下游形成渦流區(qū)。因此可以采用數(shù)值模擬的方法來(lái)研究旁通清管器在清管過(guò)程中的運(yùn)行規(guī)律。

筆者針對(duì)不同開(kāi)孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的旁通特性差異，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論，采用流體體積模型以及二維瞬態(tài)動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算方法，對(duì)中間開(kāi)孔或周邊開(kāi)孔旁通清管器的清管過(guò)程進(jìn)行模擬與分析，并對(duì)旁通清管器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期為海底天然氣凝析液管道清管方案的制定提供相關(guān)依據(jù)。

第一，關(guān)于《盤(pán)山志》編寫(xiě)的討論。 《盤(pán)山志》的搜集討論、考訂校對(duì)工作主要由王阮亭與朱竹垞完成，序言部分也是王士禎、高士奇、張朝綜等文人寫(xiě)就，共八篇。 為此，經(jīng)常有相關(guān)的書(shū)信往來(lái)，有關(guān)于書(shū)目的考證補(bǔ)充，有參與作序的謙敬之辭，或表現(xiàn)出考據(jù)家的嚴(yán)謹(jǐn)，或表現(xiàn)對(duì)智樸和尚的景仰，或表達(dá)借智樸《盤(pán)山志》之重以名垂千古的功利心態(tài)等。 如下：

1 旁通清管器清管模型建立

1.1 模型假設(shè)

旁通清管器在天然氣凝析液管道中抑制清管段塞的模擬過(guò)程中，假設(shè)條件為：①天然氣凝析液管道水平，忽略地形起伏；②模擬過(guò)程忽略熱交換的影響，流體溫度恒定。

粒子群算法是模仿鳥(niǎo)類(lèi)的覓食行為，從隨機(jī)解出發(fā)，通過(guò)迭代尋找最優(yōu)解，通過(guò)適應(yīng)度來(lái)評(píng)價(jià)解的品質(zhì)，具有較好的健壯性和收斂性[8]。利用粒子群算法對(duì)LED陣列優(yōu)化的步驟如下[9]：

1.2 數(shù)值模擬控制方程

1.2.1 歐拉-歐拉流體體積模型

目前，處理多相流動(dòng)過(guò)程有歐拉-歐拉和歐拉-拉格朗日2種數(shù)值計(jì)算方法。在歐拉-歐拉方法中，不同相被處理成相互貫穿的連續(xù)介質(zhì)，一相占有的體積不能被另一相占有，計(jì)算域內(nèi)不同相的分布通過(guò)體積分?jǐn)?shù)來(lái)描述。體積分?jǐn)?shù)是關(guān)于時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，不同相的體積分?jǐn)?shù)之和為1。歐拉-歐拉流體體積(VOF)模型采用在固定歐拉網(wǎng)格下的自由表面跟蹤方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種互不相融流體間交界面的追蹤。對(duì)于分層流和段塞流，最直接的研究方法就是選擇VOF模型。采用VOF模型對(duì)液相和氣相的自由表面進(jìn)行追蹤，其連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程[23]如式(1)～式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

沉箱海測(cè)及陸側(cè)拋石棱體范圍計(jì)劃采用1艘8方挖泥船進(jìn)行開(kāi)挖，抓斗船平行碼頭方向布設(shè)，與碼頭預(yù)留約2米的安全距離。8方抓斗船吊臂長(zhǎng)度大于27米，抓斗更換為4～6方的小斗，放低吊臂從側(cè)面伸入碼頭后方進(jìn)行清挖，吊臂與水平面的角度約55°～60°，抓斗可開(kāi)挖距離大于13米，可滿(mǎn)足清挖要求。泥駁靠泊在挖斗船外側(cè)，為了便于抓斗放渣，泥駁靠在抓斗船船尾。一次駐船可同時(shí)清挖碼頭海側(cè)和陸側(cè)區(qū)域，海側(cè)和陸側(cè)區(qū)域錯(cuò)位距離約12米，為保證沉箱安全，先清挖陸側(cè)區(qū)域再清挖海側(cè)區(qū)域，且內(nèi)外標(biāo)高落差不得大于2米。

1.2.2 湍流模型

式中：?為通用變量；V為控制體體積，m3；?V為控制體積V的邊界；A為控制面面積，m2；ug為動(dòng)網(wǎng)格的移動(dòng)速度，m/s；Γ為廣義擴(kuò)散系數(shù)；S?為?的廣義源項(xiàng)。

(4)

(5)

式中：k為湍流動(dòng)能，J；xi為i方向上的坐標(biāo)位置，m；xj為j方向上的坐標(biāo)位置，m；ui為i方問(wèn)上的速度，m/s；ε為湍流耗散率；Gk為由層流速度梯度產(chǎn)生的湍流動(dòng)能，J；Gb為浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能，J；YM為在可壓縮流動(dòng)中脈動(dòng)膨脹的擴(kuò)散損耗；μt為湍流黏性系數(shù)；σk為湍流動(dòng)能k的湍流普朗特?cái)?shù)，σk=1；σε為耗散率ε的湍流普朗特?cái)?shù)，σε=1.3；C1ε、C2ε、C3ε為常數(shù)，C1ε=1.44、C2ε=1.82、C3ε=0.09；SK、Sε均為自定義參量，J。

1.3 網(wǎng)格劃分與動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管路建立網(wǎng)格，設(shè)置管道模型內(nèi)徑101.60 mm，管道長(zhǎng)度3 700.00 mm。通過(guò)模擬旁通孔處的流場(chǎng)來(lái)研究旁通特性，以中間開(kāi)孔清管器為例，每個(gè)測(cè)試網(wǎng)格中的單元數(shù)分別為109 787、156 172、228 948和323 830。軸線處的流量分布如圖1所示。228 948個(gè)單元和323 830個(gè)單元的模擬結(jié)果差別較小，因此采用228 948個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬。同樣，用于周邊開(kāi)孔旁通清管器的單元數(shù)為192 174。清管器及其周邊有限區(qū)域的有限元模型如圖2所示。

圖1 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證Fig.1 Verification of grid independence

圖2 清管器及其周邊有限區(qū)域的有限元模型Fig.2 Finite element model of pig and its surrounding area

管道的入口邊界條件設(shè)置為速度入口，出口邊界條件設(shè)置為壓力出口，出入口邊界條件的具體數(shù)值根據(jù)模擬工況而定；管道內(nèi)壁及旁通清管器球體輪廓均設(shè)置為不可滲透壁面，滿(mǎn)足無(wú)滑移條件。

(1)統(tǒng)一認(rèn)證原理。一般而言，只有認(rèn)證中心接受用戶(hù)的用戶(hù)名密碼信息進(jìn)行驗(yàn)證，其他子系統(tǒng)的登錄入口都跳轉(zhuǎn)到統(tǒng)一認(rèn)證中心，授受認(rèn)證中心的間接授權(quán)，間接授權(quán)通過(guò)令牌實(shí)現(xiàn)，認(rèn)證中心驗(yàn)證用戶(hù)信息通過(guò)后，創(chuàng)建授權(quán)令牌，授權(quán)令牌作為參數(shù)發(fā)送給子系統(tǒng)，子系統(tǒng)拿到令牌，再與認(rèn)證中心校驗(yàn)，后對(duì)用戶(hù)授權(quán)。中南大學(xué)圖書(shū)館采用的是基于安全斷言標(biāo)記語(yǔ)言的統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)，基于這一原理實(shí)現(xiàn)，無(wú)線認(rèn)證系統(tǒng)可作為中心下轄子系統(tǒng)，使用中心的間接授權(quán)。

根據(jù)模擬清管器運(yùn)動(dòng)的時(shí)間選擇瞬態(tài)動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算方法。動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算模型主要模擬流域由于邊界運(yùn)動(dòng)引起其形狀隨時(shí)間變化的流動(dòng)情況，故流動(dòng)過(guò)程需符合動(dòng)網(wǎng)格守恒方程，如式(6)所示。

(6)

湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，湍流動(dòng)能方程和擴(kuò)散方程如式(4)和式(5)所示[24]。

動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算模型選擇彈簧光順模型，彈簧常數(shù)因子為0.5，邊界點(diǎn)松弛因子為0.4。由于以三角形網(wǎng)格方式離散整個(gè)流動(dòng)區(qū)域，所以重劃網(wǎng)格部分，選擇局部網(wǎng)格及局部面重構(gòu)方法，通過(guò)profile文件定義清管器運(yùn)動(dòng)過(guò)程，清管器由管道左側(cè)運(yùn)動(dòng)至右側(cè)。

2 模擬結(jié)果分析

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，本文分析中間開(kāi)孔與周邊開(kāi)孔2種旁通清管器的流場(chǎng)變化及相分布特性。過(guò)大的旁通率會(huì)使清管器前后方的驅(qū)動(dòng)壓差減小，并導(dǎo)致清管器運(yùn)行速度過(guò)低，因此數(shù)值模擬主要研究旁通率φ為1%、3%和5%的清管器。

2.1 周邊開(kāi)孔旁通清管器

從行業(yè)角度看，作為PCB行業(yè)老大，深南電路顯然是受益的。從公司的角度看，公司的亮點(diǎn)也頗多：1）技術(shù)領(lǐng)先提升盈利能力。深南電路擁有印制電路板、封裝基板及電子裝聯(lián)三項(xiàng)業(yè)務(wù)，其中印刷電路板產(chǎn)品豐富，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，尤其是在高精密度和高多層PCB板產(chǎn)品方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)最高100層、板厚徑比20∶1等產(chǎn)品；封裝基板打破國(guó)外壟斷，成為全球先進(jìn)半導(dǎo)體封測(cè)廠商合格供應(yīng)商；電子裝聯(lián)可為PCB優(yōu)質(zhì)客戶(hù)提供一站式服務(wù)。由于公司產(chǎn)品主要針對(duì)中高端市場(chǎng)，因此價(jià)格也高于行業(yè)平均水平，公司PCB均價(jià)為2800元/平米，而同行僅為800-1000元/平方米。

圖3 管道整體相分布Fig.3 Overall phase distribution of pipeline

圖4 流場(chǎng)速度矢量圖Fig.4 Vector diagram of flow field

為了驗(yàn)證所建數(shù)值模型的有效性，搭建了如圖14所示的試驗(yàn)環(huán)道，使用空氣-水為試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行了旁通清管器清管試驗(yàn)，得到不同開(kāi)孔形式試驗(yàn)工況下的清管器在不同旁通率下的排液速率。

2.2 中間開(kāi)孔旁通清管器

綜合來(lái)看，河北等地個(gè)別大廠仍處停產(chǎn)檢修階段，而陜西等地多數(shù)工廠暫時(shí)進(jìn)入停產(chǎn)階段，結(jié)合當(dāng)前企業(yè)擁有較多待發(fā)訂單，市場(chǎng)現(xiàn)貨供應(yīng)不足，價(jià)格推漲在所難免。

圖5 旁通流體相分布云圖Fig.5 Phase distribution cloud chart of bypass fluid

圖6 氣相速度對(duì)含氣體積分?jǐn)?shù)沿軸向分布的影響Fig.6 Influence of gas flow rate on the axial distribution of gas content

圖7 旁通率對(duì)含氣體積分?jǐn)?shù)沿軸向分布的影響Fig.7 Influence of bypass ratio on axial distribution of gas content

圖8 管內(nèi)流體速度矢量圖Fig.8 Vector diagram of flow field

從圖6可見(jiàn)，相同旁通率下氣相速度越大，出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置越遠(yuǎn)，即旁通清管器對(duì)提高清管段塞含氣體積分?jǐn)?shù)的效果越明顯。入口氣相速度為6 m/s時(shí)，不同旁通率下含氣體積分?jǐn)?shù)沿軸向的變化情況如圖7所示。從圖7可見(jiàn)，旁通孔流量增加，出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置越遠(yuǎn)，對(duì)提高清管段塞含氣體積分?jǐn)?shù)的效果越明顯。

清管器旁通率為3%、氣相流速為6 m/s時(shí)管內(nèi)流體速度矢量分布情況如圖8所示。從圖8可見(jiàn)，氣相經(jīng)過(guò)旁通孔時(shí)，在旁通孔前出現(xiàn)速度分層，經(jīng)旁通孔后速度迅速升高，在旁通孔氣相的上、下兩側(cè)產(chǎn)生渦流，擴(kuò)散至段塞處后速度降低。

旁通流速隨旁通率的變化曲線如圖9所示。由圖9可知，旁通發(fā)展穩(wěn)定后，中間開(kāi)孔旁通清管器旁通流速隨入口氣相速度增加而增大，在相同入口氣相速度下，旁通率越小，旁通孔對(duì)氣相節(jié)流效果越強(qiáng)，旁通流速越大。

中間開(kāi)孔旁通清管器(旁通率為3%)運(yùn)行時(shí)，旁通流體相分布云圖如圖5所示，其中紅色部分代表氣相，藍(lán)色部分代表液相。旁通氣相經(jīng)由旁通孔對(duì)清管段塞的分散主要位于以管中心為對(duì)稱(chēng)軸的半球形空間內(nèi)。旁通初始階段，僅有部分旁通氣相分散清管段塞。隨著清管器的運(yùn)動(dòng)，旁通過(guò)程發(fā)展趨于穩(wěn)定，當(dāng)旁通充分發(fā)展后旁通氣相與清管段塞的接觸面積達(dá)到最大。在旁通率為3%時(shí)，不同氣相流速u(mài)g下含氣體積分?jǐn)?shù)沿軸向變化情況如圖6所示。

式中：aq為第q相體積分?jǐn)?shù)；ρq為第q相密度，kg/m3；u為流體流速矢量，m/s；uq為第q相的速度，m/s；ρ為混合相密度，kg/m3；p為壓力，Pa；μ為湍流黏度和分子混合黏度總和，(N·s)/m2；g為自由落體加速度，m/s2；F為外部作用力，N；E為能量，J；keff為有效熱導(dǎo)率，W/(m·K)；T為溫度，K；Sh為源項(xiàng)，包括輻射以及其他體積熱源；t為時(shí)間,s。

圖9 旁通流速隨旁通率的變化曲線Fig.9 Change of bypass flow rate with bypass ratio

3 中間開(kāi)孔旁通清管器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)不同開(kāi)孔形式的旁通清管器抑制段塞的模擬結(jié)果，通過(guò)在清管器球體上開(kāi)設(shè)旁通孔的方式可以使后方氣相通過(guò)旁通孔進(jìn)入清管器前端，利用射流氣相可以推動(dòng)液塞向前移動(dòng)，延長(zhǎng)清管器前端液相分布長(zhǎng)度，從而降低單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入管道終端捕集器的液量，使段塞捕集器的處理載荷降低。

天然氣管道在實(shí)際清管過(guò)程中，清管器的磨損不可避免。隨著清管器運(yùn)行距離的增加，清管器與管壁接觸表面各位置處的磨損深度不斷增加，磨損區(qū)域的寬度在不斷增加，且接觸表面的輪廓逐漸趨近于水平[25]。因此，周邊開(kāi)孔的旁通清管器在實(shí)際使用過(guò)程中旁通孔結(jié)構(gòu)受磨損影響較大，其清管效果不能夠得到有效保證。旁通清管器在發(fā)球筒中的啟動(dòng)壓力隨旁通率的增大而增加[12]，針對(duì)高旁通率中間開(kāi)孔清管器發(fā)球難度大的情況，擬在旁通孔前固定導(dǎo)流板，增加清管器的驅(qū)動(dòng)力，從而解決發(fā)球困難問(wèn)題。清管器結(jié)構(gòu)如圖10所示。改進(jìn)后的旁通清管器(見(jiàn)圖10)通過(guò)導(dǎo)流板增加清管器的驅(qū)動(dòng)力，因此有必要對(duì)導(dǎo)流板帶來(lái)的流動(dòng)特性變化進(jìn)行分析。

以旁通率3%、氣相速度6 m/s的模擬結(jié)果為例，旁通清管器清管時(shí)管內(nèi)相分布如圖11所示，其中紅色部分為氣相，藍(lán)色部分為液相。帶導(dǎo)流板的中間開(kāi)孔清管器發(fā)生旁通時(shí)，流體流場(chǎng)的發(fā)展與中間開(kāi)孔旁通清管器基本一致，旁通氣相都是經(jīng)由旁通孔對(duì)清管段塞進(jìn)行分散。當(dāng)氣相經(jīng)旁通孔向?qū)Я靼鍞U(kuò)散，由于導(dǎo)流板的存在，當(dāng)擴(kuò)散半徑大于導(dǎo)流板半徑時(shí)，氣相逐漸沿管道軸向運(yùn)動(dòng)。氣相流速為6 m/s、旁通率為3%時(shí)，帶導(dǎo)流板中間開(kāi)孔旁通清管器清管時(shí)管內(nèi)流體速度矢量分布情況如圖12所示。從圖12可見(jiàn)，導(dǎo)流板前流場(chǎng)的發(fā)展變化與中間開(kāi)孔清管器的基本一致，當(dāng)氣相經(jīng)過(guò)旁通孔時(shí)，在旁通孔前出現(xiàn)速度分層，氣相經(jīng)旁通孔后速度迅速升高。增加導(dǎo)流板后，旁通氣相沿導(dǎo)流板環(huán)空側(cè)繞過(guò)導(dǎo)流板逐漸向清管段塞擴(kuò)散。

以旁通率3%的模擬結(jié)果為例進(jìn)行分析，清管器以5 m/s的速度運(yùn)行約0.14 s，清管器后端氣相速度為6 m/s，管道整體相分布如圖3所示，其中相分布云圖中的紅色部分為氣相，藍(lán)色部分為液相。旁通率為3%，液相速度為0.03 m/s，氣相速度為6 m/s時(shí)管內(nèi)流體速度矢量分布情況如圖4所示。

1—骨架；2—密封板；3—導(dǎo)向板；4—導(dǎo)流板。

圖11 清管時(shí)管內(nèi)相分布云圖Fig.11 Phase distribution cloud chart of bypass fluid

圖12 管內(nèi)流體速度矢量分布情況Fig.12 Vector diagram of flow field variation

旁通氣相經(jīng)過(guò)旁通孔后的速度越大，其對(duì)清管段塞的分散效果越好。而在旁通孔前固定導(dǎo)流板后，阻力增大使得旁通氣相流速降低。為研究導(dǎo)流板與旁通孔間距離L以及導(dǎo)流板直徑d對(duì)清管器旁通氣相繞流速度的影響，模擬計(jì)算了在不同旁通孔與導(dǎo)流板間距離L以及導(dǎo)流板直徑d的條件下，旁通氣相經(jīng)過(guò)導(dǎo)流板后的繞流速度，如圖13所示。

政府采購(gòu)管理工作涉及到的內(nèi)容比較多，對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的能力要求也較高，包括計(jì)劃申報(bào)、招標(biāo)、項(xiàng)目的進(jìn)度及驗(yàn)收管理等多個(gè)環(huán)節(jié)，從此，相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生需要熟悉了解采購(gòu)的規(guī)則、流程，掌握好相關(guān)的技能，了解法律、政策、財(cái)政等方面的知識(shí)，對(duì)學(xué)生來(lái)講，還要重視自身的反應(yīng)能力的訓(xùn)練，有團(tuán)隊(duì)合作的精神，在工作中及時(shí)溝通交流。

圖13 導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)清管器旁通流速的影響Fig.13 Influence of diversion plate structure parameters on bypass flow rate

由圖13可知，旁通流速隨導(dǎo)流板直徑d和導(dǎo)流板與旁通孔間距L先增加后減小，分別在d=0.55D和L=0.05D時(shí)旁通流速最大，D代表管道內(nèi)徑。導(dǎo)流板直徑過(guò)大時(shí)，旁通氣相會(huì)在導(dǎo)流板與旁通孔之間產(chǎn)生渦流，使旁通流速迅速降低。在導(dǎo)流板與旁通孔間距較小時(shí)，旁通氣相從旁通孔流出后，高速?zèng)_擊導(dǎo)流板，旁通氣相的能量損耗嚴(yán)重；導(dǎo)流板直徑較大或?qū)Я靼迮c旁通孔間距離較小時(shí)，旁通氣相形成的射流離開(kāi)導(dǎo)流板與旁通孔之間的繞行區(qū)后，首先撞擊導(dǎo)流板，然后沿導(dǎo)流板和管壁向下運(yùn)動(dòng)，在射流和清管器之間形成一個(gè)渦流區(qū)域[26]。

4 數(shù)值模型的試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 清管試驗(yàn)

由圖3和圖4可知，當(dāng)入口氣相速度為6 m/s，高于清管器運(yùn)動(dòng)速度5 m/s時(shí)，部分氣相經(jīng)清管器旁通孔運(yùn)動(dòng)至清管器前方并擴(kuò)散。由于氣相流經(jīng)旁通孔時(shí)流通截面減小，導(dǎo)致旁通孔內(nèi)氣相速度急劇增加，當(dāng)流體流過(guò)清管器之后，高速氣相從清管器表面分離出來(lái)，使清管器頭部與管壁間旁通附近出現(xiàn)速度分層，在清管器頭部形成渦流區(qū)，出現(xiàn)渦流。由于受到壁面和低速流體的剪切作用，管中流體速度會(huì)逐漸減小，最終將會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖14 兩相清管環(huán)道Fig.14 Two phase pigging loop

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)并采用的中間開(kāi)孔與周邊開(kāi)孔旁通清管器如圖15所示。

新形勢(shì)下計(jì)劃指標(biāo)使用管理的幾點(diǎn)思考（姜?dú)J杰） ........................................................................................1-42

圖15 旁通清管器實(shí)物圖Fig.15 Pictures of bypass pigs

試驗(yàn)步驟：①設(shè)備調(diào)試完畢后，啟動(dòng)環(huán)道調(diào)節(jié)管道內(nèi)液量和氣量達(dá)到試驗(yàn)工況；②打開(kāi)收球端出油閥和發(fā)球端主閥，同時(shí)關(guān)閉管壁收球端主閥和發(fā)球端進(jìn)油閥；③打開(kāi)排污閥和放氣閥，排水停止后關(guān)閉排污閥和放氣閥；④在收球端排污閥下放置一個(gè)積液收集桶接收來(lái)液，測(cè)試清管器排液能力；⑤開(kāi)啟快開(kāi)盲板，旁通清管器推入發(fā)送裝置喉部，以便球成功發(fā)出；⑥關(guān)閉快開(kāi)盲板，打開(kāi)進(jìn)油閥以及發(fā)球閥，清管器開(kāi)始運(yùn)行；⑦關(guān)發(fā)球端主閥并關(guān)掉出口主閥，同時(shí)開(kāi)啟收球筒排污閥接收來(lái)液；⑧收球端壓力表指針跳動(dòng)后，開(kāi)啟收球端主閥同時(shí)關(guān)閉電動(dòng)球閥；⑨排水停止后關(guān)閉排污閥和放氣閥，計(jì)算排液時(shí)間并測(cè)出排出液質(zhì)量；⑩改變工況，重復(fù)上述步驟，試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電源。

在介入PPP項(xiàng)目前，應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的合法、合規(guī)性進(jìn)行充分的識(shí)別，關(guān)注政策動(dòng)態(tài)變化，規(guī)避合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)階段至少應(yīng)保證以下方面的合規(guī)性：

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與模型驗(yàn)證

對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理，得到如表1所示的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由表1可以看出，旁通清管器在發(fā)球時(shí)，部分流體發(fā)生旁通，所需啟動(dòng)壓力增大，在試驗(yàn)范圍內(nèi)啟動(dòng)壓力隨旁通率的增大而增加。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data

為了驗(yàn)證所建數(shù)值模型的有效性，將相同工況下旁通清管試驗(yàn)的排液速率與FLUENT數(shù)值計(jì)算模型出口液相流速的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。由表2可知，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與FLUENT模擬結(jié)果之間的誤差在3%左右，誤差在允許范圍內(nèi)。這說(shuō)明數(shù)值模擬能夠較好地反映清管試驗(yàn)結(jié)果，模擬結(jié)果可為旁通清管器在天然氣凝析液管道中的使用提供理論指導(dǎo)。

表2 試驗(yàn)與數(shù)值結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison between experiment and simulation results

5 結(jié) 論

(1)氣相流經(jīng)清管器旁通孔時(shí)流通截面減小，導(dǎo)致旁通孔內(nèi)氣相速度急劇增加，且旁通率越小時(shí)旁通流速越大。對(duì)于周邊開(kāi)孔的清管器，當(dāng)流體流過(guò)清管器之后，高速氣相從清管器表面分離出來(lái)，使清管器頭部與管壁間旁通附近出現(xiàn)速度分層，在清管器頭部形成渦流區(qū)；對(duì)于中間開(kāi)孔旁通清管器，旁通氣相對(duì)清管段塞的分散效果主要產(chǎn)生于以管中心為對(duì)稱(chēng)軸的半球形空間內(nèi)。

(2)通過(guò)在清管器球體上開(kāi)設(shè)旁通孔的方式，可使后方氣相通過(guò)旁通孔進(jìn)入清管器前端，氣相可以推動(dòng)段塞向前移動(dòng)，延長(zhǎng)清管器前端液相分布的長(zhǎng)度，降低單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入管道終端捕集器的液量。

(3)針對(duì)高旁通率中間開(kāi)孔清管器發(fā)球難度大的情況，可在旁通孔前固定導(dǎo)流板，增加清管器的驅(qū)動(dòng)力。增加導(dǎo)流板后，氣相離開(kāi)旁通孔后沿管道徑向擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散半徑大于導(dǎo)流板半徑時(shí)，沿軸向空間分散段塞。

實(shí)踐證明，在生動(dòng)活潑、師生互動(dòng)的課堂里、在豐富有趣的活動(dòng)中，三年級(jí)學(xué)生的知識(shí)、能力會(huì)喜獲“雙贏”，他們的情感會(huì)得到升華，語(yǔ)文學(xué)科的魅力才足以得到展現(xiàn)。

(4)對(duì)導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，導(dǎo)流板與旁通孔間距為0.05D、導(dǎo)流板直徑為0.55D時(shí)，旁通流速最大。