含煤粉的煤层气T型管道颗粒分布特性

巩 孟，张 琰，王 玥，李 博，殷 慧（中国石油大学（北京），北京 102249）



含煤粉的煤层气T型管道颗粒分布特性

巩 孟，张 琰，王 玥，李 博，殷 慧
（中国石油大学（北京），北京 102249）

摘要：煤层气开采过程中，煤粉不可避免地进入集输管网，进而形成气固两相流动。基于湍流模型，采用FLUENT模拟软件计算广泛应用于煤层气集输管网的水平T型弯管的流场，得到气体和煤粉的速度场分布及各出口煤粉浓度，并分析管道分支处煤粉在气流扰动下的浓度分布，结果表明：气流经过支管后，部分煤粉滞留于管壁，支管两侧管壁煤粉浓度相差较大，各出口煤粉排出量也存在差异。

关键词：煤层气；气固两相流；T型管道；流场；数值模拟

近年来，煤层气作为一种非常规天然气资源，愈来愈受到各国的关注［1］。据统计，我国煤层气储量居世界第3位，其储量与天然气相当［2，3］。由于煤层气开采会破坏煤岩的完整性，使煤粉不可避免地混入煤层气中，当煤粉粒径小于1 mm时，可随气体进入地面集输管网［4］，形成气固两相流动。当含煤粉的煤层气流经管网中的T型弯管时，流动产生剧烈变化，气固两相流场和煤粉浓度等变化较大，可能导致煤粉聚集滞留管内，造成事故的发生。为此，采用数值计算方法，探讨水平T型管道的气固两相流动特性。

1　模型建立

1.1物理模型

以水平放置的内径为249 mm的T型管道为算例，支管与干管等径，具体尺寸及混合物流向如图1所示，气相假设全是甲烷，煤粉体积分数为5×10-5。

图1　物理模型Fig.1 Physical model

1.2数学模型

流动计算控制方程有质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，含煤粉的煤层气流场计算不涉及热力问题，故不引入能量方程。……