润湿性对非金属管线输送能力影响规律研究

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近年来,非金属管材作为一种新型材料具有内壁光滑、耐腐蚀、输送阻力小等优点,在油田现场广泛应用于输油、输水等集输管线的建设。但是从现场使用过程中发现,在相同输送工况条件下,应用非金属管比金属管材出现了回压增大,摩阻上升的问题,而摩阻系数由管壁粗糙度和雷诺数确定,与管道表面材质无关,所以这种现象与经典流体力学的观点相矛盾。因此为了充分发挥非金属管道材料性能的优势,本文从实验和理论两方面对非金属管材表面的润湿性能与摩阻系数的关系进行了研究。  本文在调研分析的基础上,首先自主设计并搭建了流动阻力实验平台,用来测量不同流体在不同管路中的流动阻力规律;其次根据液体与管材之间不同的浸润能力,准备了五种不同类型管材及五种不同性质的液体,通过接触角测量仪得到了所有管路表面的接触角,利用流动阻力实验平台,研究润湿性对管路流动阻力的影响规律;最后对管路实验结果进行了理论分析和公式拟合,并将成果应用于对现场情况的验证和理论指导。  通过实验结果和理论分析表明:(1)润湿性对宏观尺度下的管路有一定的影响,管材与液体之间形成的接触角越大,在相同的条件下,摩阻系数越小,压降差也越小;(2)得到了具有接触角的摩阻系数修正公式,证明了存在输送过程中的临界接触角,经验证更加符合管路流动的实际情况;(3)当输送管径小于DN50时,润湿性的作用必须考虑;当管径大于DN200时,对于长距离输油管线,若接触角的差值较大,润湿性的影响仍需考虑;当管径在两者之间,接触角差值越大,管径越小,润湿性对摩阻系数的作用越明显;(4)通过对管材与液体的配伍性研究发现,18#区油品更适合采用塑料合金管输送, JLHW105油品更适合采用玻璃钢管输送,并对现场管材与液体的选型提出了指导性意见。
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