管道运输是现阶段输送轻质原油的最主要方式,原油管道腐蚀问题日益突出。内检测数据和清管产物分析结果表明,管道严重腐蚀位置大多发生在起伏较大位置低洼点的中下部,内腐蚀特征与积水分布相关。管内积水的存在会从多方面加速内腐蚀,威胁管道安全运营。本文主要针对轻质原油上倾管道低洼积水问题,通过理论分析、环道实验与数值模拟结合的方法研究轻质原油-水两相流动特性,确定油携水临界工况,进而控制积水引起的内腐蚀。基于大型流动环道开展不同倾角管道内轻质原油-水两相流实验。利用透明亚克力弯管观察油水两相流流动特性,分析原油携水流动状态,获得原油临界携水参数。采用ICEM-CFD软件建立不同倾角不同管径的几何模型。基于原油-水两相流流动特征和数值模拟经验,建立合理的三维Fluent数值计算模型。基于网格无关性验证,确定不同管径的合理网格划分方法。选取典型实验工况开展数值模拟计算,验证三维Fluent数值计算模型。采用二分法原理和控制单一变量原则,基于现场工况开展不同流速、粘度、管径和油水比工况下的原油-水两相流数值模拟。利用Tecplot软件开展数据后处理,分析轻质原油管道油水两相流动特性,确定携水临界倾角的变化规律。实验和模拟结果表明,上倾段内水相的回流作用是导致管内积水的根本原因。流速增大,粘度增大,管径减小,都会导致临界倾角的增大;而油水比则对临界倾角无影响。利用相似准则对实验和模拟结果进行对比,提出无量纲数Ya用以分析临界倾角的变化规律,利用MATLAB软件拟合出精度超过88%的原油携水临界倾角数学模型。结合XD原油管道的纵断面图和运行工况开展OLGA软件数值模拟,管道沿程积水量的计算结果同临界倾角数学模型的积水位置预测结果一致。结合XD管道内腐蚀情况和21处特征点位置,开展内腐蚀原因分析,验证临界倾角数学模型。基于本文研究出的数学模型,可以确定不同工况下原油携水临界倾角,判断可能产生的积水位置,进而为预测管道腐蚀发生区提供科学依据和工程指导。