一种通过规整填料片对海洋油气生产过程中的局部流动的性能分析方法

本发明涉及局部流动性分析的，具体而言，尤其涉及一种通过规整填料片对海洋油气生产过程中的局部流动的性能分析方法。

背景技术：

1、规整填料塔是海洋油气生产领域的核心传质设备，在实际作业过程中，浮体多自由度运动工况会对塔内整体气液流动状态与传质性能产生显著干扰。目前业内针对海洋工况下规整填料塔的研究与技术优化，多聚焦于塔体宏观性能参数，主要围绕整体持液量、压降、气液接触面积等宏观指标开展性能分析与结构改进，例如通过设置隔板分块结构优化填料塔整体工作性能。但填料塔的宏观工作性能本质由局部填料片的微观流动特性决定，其中两片相邻正交规整填料片之间的气液流动规律，直接影响塔内气液分布均匀性、局部传质效率，是决定整塔工作性能与工况适应性的关键因素。现阶段，针对单片填料及相邻填料片的局部气液流动专项实验研究体系尚不完善，尤其缺乏海上浮体六自由度运动模拟工况下的局部流动试验研究，导致相关基础机理研究存在明显短板。

2、具体而言，目前尚未明确填料片内部流动通道特性、液膜铺展及再分布的动态作用机理，未系统量化局部液体偏流、气液接触失衡现象与传质效率的变化规律，无法为海洋工况下规整填料塔的宏观结构设计、性能优化及浮体运动适应性升级提供精准的基础数据支撑与可靠的理论依据。

3、目前关于浮体晃荡条件下规整填料塔性能的研究，多以整个塔体或多个填料层为研究对象，从宏观角度预测整塔性能，如压降、液泛、总传质效率等。然而，这类研究难以揭示填料层内部液体流动和气液接触的局部特性，也无法准确反映相邻填料片之间的流动规律和局部传质机理。

技术实现思路

1、根据上述背景技术中提到的技术问题，而提供一种通过规整填料片对海洋油气生产过程中的局部流动的性能分析方法。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种通过规整填料片对海洋油气生产过程中的局部流动的性能分析方法，包括以下步骤：

4、步骤1、构建规整填料片局部流动研究单元；任意选取两片相邻且方向正交设置的规整填料片为局部流动分析对象，根据实际规整填料塔内填料排列方式构建局部气液流动模拟区域；

5、步骤2、构建局部流动性能分析实验系统；所述实验系统包括：六自由度运动单元、填料单元、液体输送单元、液体收集单元、液位传感单元、运动参数采集单元以及数据处理单元；其中，所述填料单元设置在所述六自由度运动单元上，通过所述液体输送单元向填料单元提供设定流量的实验液体，通过所述液体收集单元对流经规整填料片后的液体进行分区域收集，并通过所述液位传感单元实时获取各区域液体分布变化数据；

6、步骤3、对实验系统进行标定与校准；对所述填料单元进行水平校准，对所述液位传感单元进行液位与液体体积对应关系标定，对液体收集区域的位置分布进行标定，并对六自由度运动单元的初始姿态及运动参数进行校准；

7、步骤4、获取静置状态下，规整填料片的局部流动基准特征；在无晃荡条件下，设定液体输送流量，使液体稳定流经规整填料片，采集不同液体收集区域的液位变化数据，并根据标定结果获得各区域液体分布状态，获取静置条件下规整填料片出口区域液体分布均匀程度，建立局部流动基准数据；

8、步骤5、获取海洋晃荡工况下，规整填料片的动态流动响应数据；通过所述六自由度运动单元模拟海洋浮体运动状态，通过分别改变晃荡幅度、晃荡频率以及晃荡方向，调节液体输送流量，待系统达到稳定运动状态后，获取各液体收集区域的液位变化数据以及六自由度运动单元的运动响应数据，获取不同海洋晃荡工况下局部液体动态分布数据；

9、步骤6、对所述不同海洋晃荡工况下局部液体动态分布数据进行处理分析；根据液位与液体体积之间的标定关系，将各液体收集区域的液位变化数据转换为对应的液体体积分布数据，并基于不同时间节点下各区域液体分布差异，获取规整填料片局部液体分布随时间变化的动态液体分布特征；

10、步骤7、根据所述动态液体分布特征对规整填料片局部流动性能进行分析；将晃荡工况下获取的动态液体分布特征与静置状态下的局部流动基准特征进行对比，获取不同晃荡幅度、晃荡频率、晃荡方向以及液体输送流量条件下液体偏流、液体再分布以及流动稳定性的变化过程，确定海洋晃荡条件对规整填料片局部流动性能的影响规律；

11、步骤8、根据不同实验工况下获得的局部液体动态分布数据，建立海洋浮体运动参数与规整填料片局部液体分布变化之间的对应关系，获取不同海洋运动条件下规整填料片内部局部流动性能变化特性。

12、进一步地，所述步骤3中，通过向填料单元下方设置的各液体收集器内分别注入具有不同体积梯度的标准液体，获取对应液位传感器的输出信号，根据所述对应液位传感器的输出信号建立液位高度与液体体积之间的对应关系，拟合形成液位—体积标定曲线；

13、根据所述液位—体积标定曲线，将液位传感器采集的液位变化数据转换为对应的液体体积数据。

14、进一步地，所述步骤4中，获取静置工况下局部液体分布基准数据包括以下步骤：

15、步骤41、启动液体输送单元的离心泵，将液体喷淋流量调节至设定值，待液体流动状态稳定5后，持续采集3各液体收集器内的液位变化数据，并根据液位—体积标定关系获得各区域液体体积分布数据；

16、步骤42、根据各液体收集器之间的液体分布差异，分别计算单一区域液体分布偏差以及整体液体不均匀分布因子，建立无晃荡条件下规整填料片局部液体分布基准数据库。

17、进一步地，所述步骤5中，所述浮体多维度晃荡运动参数包括晃荡幅度、晃荡频率以及晃荡方向；其中，所述晃荡幅度根据实际海洋浮体运动范围设置为，所述晃荡频率设置为，所述晃荡方向包括横摇运动、纵摇运动以及横纵复合摇运动；通过改变不同晃荡参数组合，获得不同海洋运动状态下规整填料片局部液体动态分布响应数据。

18、进一步地，所述步骤5中，单一实验工况下，待六自由度运动单元达到稳定运动状态后开始数据采集，所述稳定运动状态为连续不少于3个完整晃荡周期的运动响应保持稳定；单次数据采集时间不少于10个完整晃荡周期，且每组实验参数重复测试不少于3次，将重复测试结果进行平均处理后作为对应实验工况下的有效分析数据。

19、进一步地，所述步骤6中，根据液位—体积标定关系，将不同工况下各液体收集器采集的液位数据转换为液体体积数据，并计算局部液体不均匀分布因子，计算公式为：

20、;

21、其中，表示时刻的局部液体不均匀分布因子；表示规整填料片下方液体收集器数量；表示第个液体收集器在时刻对应的液体体积；表示时刻各液体收集器液体体积的平均值。

22、进一步地，所述步骤6中，根据连续采集得到的局部液体不均匀分布因子获取用于表征海洋晃荡条件下规整填料片局部液体分布的动态变化特征的设定采样周期内的平均液体不均匀分布因子以及液体分布波动强度；

23、所述平均液体不均匀分布因子的计算公式为：

24、；

25、所述液体分布波动强度的计算公式为：

26、；

27、其中，表示时刻的局部液体不均匀分布因子；表示数据采集时间；表示采样数据数量；表示第个采样时刻对应的不均匀分布因子；表示液体分布波动强度。

28、进一步地，所述步骤7中，将晃荡工况下获取的动态液体分布特征与静置状态下的局部流动基准特征进行对比，获取不同晃荡幅度、晃荡频率、晃荡方向以及液体输送流量条件下液体偏流、液体再分布以及流动稳定性的变化过程，确定海洋晃荡条件对规整填料片局部流动性能的影响规律；

29、所述海洋晃荡条件对规整填料片局部流动性能的影响规律的计算公式为：

30、；

31、其中，表示晃荡影响系数；表示晃荡工况下平均液体不均匀分布因子；表示静置工况下液体不均匀分布基准值。

32、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

33、本发明通过液位传感器与搜集瓶协同采集不同实验工况下的液位时序变化数据，可精准计算得到液体不均匀分布因子，实现对填料局部液体分布不均特性的定量化表征，能够为规整填料塔宏观性能研究提供精准、可靠的量化基础数据。

34、此外，本发明依托六自由度运动平台，可独立、精准调节晃荡幅度、晃荡频率及晃荡运动方向，能够高效模拟海上复杂浮体运动工况，实现复杂海洋工况下填料局部流动特性的可控化实验研究，有效提升实验的规范性与可重复性。