3.2.4. Характеристика трубопровода при перекачке двухфазных потоков

Характеристика рельефного трубопровода при перекачке газожидкостных смесей приведена на рис. 3.4. Видно, что с увеличением скорости (расхода) смеси общий перепад давления в трубопроводе сначала уменьшается, достигает некоторого минимума, а затем возрастает.

А.И. Гужовым дано следующее объяснение ее поведению. Как и в обычных трубопроводах, при перекачке двухфазных потоков общий перепад давления складывается из потерь давления на преодоление сил трения Р_ и разности нивелирных высот точек профиля Р_z. При скорости смеси близкой к нулю на восходящих участках трассы имеет место пробковая структура потока и гравитационные потери здесь определяются, в основном, весом столба жидкости. На нисходящих участках имеет место расслоенная структура потока, а приращение потенциальной энергии потока определяется весом столба газа. Поэтому при перепад давления на преодоление разности нивелирных высот профиля трассы максимален. С увеличением скорости смеси сначала уменьшается длина участков с безнапорным течением на нисходящих элементах профиля, а затем происходит смена расслоенной структуры потока на пробковую. Тем самым в результате увеличения скорости смеси происходит постепенное уравнивание плотности смеси на восходящих и нисходящих участках, что ведет к уменьшению гравитационных потерь с асимптотическим приближением к величине . Потери давления на преодоление сил трения с увеличением скорости смеси монотонно возрастают. В результате сложения двух функций - возрастающей Р_ и убывающей Р_z - в общем случае получается кривая имеющая минимум при которой скорости смеси _{см min}.

Из рис. 3.4 видно, что с уменьшением расходного газосодержания  величина скорости смеси _{см min}, соответствующая минимальному перепаду давления в трубопроводе, также уменьшается.

Можно ожидать, что при малых , когда различие в плотностях смеси на восходящих и нисходящих участках становится незначительным, минимум перепада давления в трубопроводе будет отсутствовать.

Режим перекачки газожидкостной смеси, соответствующий скорости _{см min}, можно назвать режимом перекачки при минимальных потерях давления. Значительно больший интерес представляет режим с минимальным удельным расходом электроэнергии на перекачку . Для его определения проводят касательную к кривой из начала координат (рис. 3.5). Скорость смеси, соответствующая точке касания, является оптимальной скоростью перекачки двухфазных потоков _{см опт}.

Таким образом, при заданных диаметре и расходном газосодержании потока необходимо стремиться вести перекачку со скоростями _{см опт} или - при необходимости - _{см min}.

3.3. Перекачка газонасыщенных нефтей и нестабильного газового конденсата