Формирование самотечного участка в магистральном трубопроводе
Authors: Кутуков Сергей Евгеньевич , Морецкий Валерий Юрьевич , Жолобов Владимир Васильевич , Четверткова Ольга Витальевна 
Published: December 2024

Проблемными вопросами при эксплуатации трубопроводов с самотечными участками являются повышение точности прогнозного расчета геометрических и гидравлических параметров псевдокавитационной полости (ПКП) на стационарных и переходных режимах перекачки, включая образование, стабилизацию и различные варианты заполнения ПКП. Для решения этих вопросов предложено дополнить классические модели двухфазных газожидкостных расслоенных течений описанием феномена сорбции/десорбции растворенных газов и фазовых переходов легких компонентов в смесях углеводородов нефти. Установлено, что давление жидкости ПКП существенно отличается от давления насыщенных паров и может его достигнуть лишь в стадии зарождения. На стадии роста ПКП самотечный участок функционирует в режиме десорбера, который работает сам на себя. Предложена модель, описывающая динамику этого процесса на основе трендов смещения соотношения газовой и паровой компонент в смеси. Максимальная амплитуда давления при заполнении полости самотечного участка в режиме имитации на стенде с изменяемым профилем фактических переключений с одного режима на другой существенно ниже рассчитанной по Н. Е. Жуковскому из-за демпфирующего воздействия десорбированного газа в скоплении. После заполнения самотечного участка в локальной вершине профиля остается скопление десорбированного газа, способное существовать при высоких давлениях, подчиняясь закону состояния. Высокая инерция газовой компоненты в газопаровой смеси обеспечивает умеренный рост общего давления в полости, что создает дополнительный резерв по цикличности нагружения. Сочетание физического (на стенде) и численного моделирования жизненного цикла самотечного участка позволяет учесть более сложную структуру двухфазного стратифицированного потока «рельефном»трубопроводе по сравнению с относительно хорошо изученными газожидкостными потоками в вертикальных и горизонтальных трубах.

Problematic issues in the operation of pipelines with gravity sections is to increase the accuracy of the predictive calculation of the geometric and hydraulic parameters of the pseudo cavitation pocket (PCP) in stationary and transient pumping modes, including formation, stabilization and various options for filling the PCP. To solve these issues, it is proposed to supplement the classical models of two-phase gas-liquid stratified flows with a description of the phenomenon of sorption/desorption of dissolved gases and phase transitions of light components in mixtures of petroleum hydrocarbons. It has been established that the pressure of the PCP liquid differs significantly from the saturated vapor pressure and can reach it only at the starting stage. At the PCP growth stage, the gravity section operates in a self-powered strip column mode. A model is proposed that describes the dynamics of this process based on displacement trends of gas and steam components ratio in a mixture. The maximum pressure amplitude when filling the cavity of the gravity section in the simulation mode on a testing bench with a variable profile of actual switching from one mode to another is significantly lower than calculated according to N. E. Zhukovsky due to the damping effect of desorbed gas in the cluster. After filling the gravity section, an accumulation of desorbed gas remains at the local vertex of the profile, capable of existing at high pressures, obeying the equation of state. The high inertia of the gas component in the gas-vapor mixture ensures a moderate increase in the total pressure in the cavity, which creates an additional reserve for cyclic loading. The combination of physical (on the test bench) and numerical simulation of the life cycle of a gravity section allows to take into account the more complex structure of a two-phase stratified flow in a relief pipeline compared to relatively well-studied gas-liquid flows in vertical and horizontal pipes.