冷热原油长距离顺序输送动态传热特性数值研究

冷热原油顺序输送对土壤温度场的要求及其严格,这也是确保冷油过后,热油能否安全进站的关键。基于传热学和流体动力学,建立了埋地管道流动与传热控制方程,数值模拟了冷热原油顺序输送过程中管道沿线不同位置轴向油温及土壤温度场的动态变化过程。研究表明,随着出站油温的冷热交替周期运行,管道沿线不同位置 的管内油温及周围一定范围内的土壤温度场呈现周期性变化,并存在一定的时间或空间滞后性,且对于低输量运行的管道来说,超过一定输送距离后,输送温度趋于一致;在热油-冷油交替输送过程中,热油受前端冷油的影响,热油头进站温度最低,这是管道安全运行方案应考虑的主要因素。     

冷热原油交替输送管道周围土壤温度场的数值模拟

制定科学合理的冷热原油输送工艺,需要准确预测埋地管道周围土壤温度场和管内油品温度变化情况。提高预测的准确性,在计算过程中要考虑管外环境和管内油品温度等多种因素的影响。用有限元法对冷热原油交替输送过程中埋地管道周围土壤温度场和管内油品温度进行了数值计算,得出了不同时刻埋地管道周围土壤温度的分布和管内油品沿程温度变化情况。计算结果表明,输油温度、输油时间、土壤的蓄热等对管内油品温度变化有很大影响,制定节能的冷热原油交替输送工艺要充分考虑其影响。     

冷热原油交替输送土壤温度场重建研究

建立冷热油输送管道的土壤截面模型,利用CFD软件模拟夏冬季节冷热原油交替输送土壤温度场的变化情况,以及再次改输热油时温度场的重建情况。模拟结果表明,冬季改输冷油后热油管道形成的温度场120h基本被破坏;夏季改输冷油后热量消耗缓慢,由于地温较高,可继续对冷油放热,温度场不能完全被破坏。当冬季土壤温度场被破坏,再次输送热油时,需要提高热油温度,以保证输送安全。以长吉输油管线冬季情况为例,输冷油240h后土壤温度场完全被破坏,再次输送热油时,将出站热油提高到53℃,输送30h后,即可以恢复到先前的稳定热油温度场。在实际输送过程中,可以把交替输送中的温度场变化作为确保输送安全的参考依据之一。     

津华管道冷热油交替输送工艺应用研究

针对管道冷热油交替输送过程,建立了数学计算模型并编制了计算程序,对津华管道交替输送冀东原油(热油)与进口原油(冷油)过程进行了水力热力模拟计算;从安全性和经济性等方面,对于不同输送方案进行了比选和确定。研究结果表明,当交替输送循环达到2~3次后,进站油温将呈现周期性的变化;对于前行的冷油(进口原油)进行提前加热或适当热油(冀东原油)输送批量,都可提高交替输送的安全性。通过比选,确定了津华管道冬季适宜的冷热油交替输送方案。     

热油管道温降及土壤温度场数值模拟

优化管道建设和制定科学合理的热油输送工艺,需要准确预测埋地热油管道运行过程中管内油品温降和土壤温度场变化情况。提高预测的准确性,在计算过程中要充分考虑管外环境和管内油品温度等多种因素的影响。用有限元法对不同埋深的热油管道输送过程中管内油品温降和土壤温度场进行了数值计算,得出了不同埋深管道在不同时刻管内油品温度变化和管道周围土壤温度的分布情况。通过对计算结果分析表明,管道埋深、输油时间等对管内油品温度变化有很大影响,优化管道建设和制定科学合理的热油输送工艺要充分考虑其影响。     

用有限元法计算埋地热油管道土壤温度场

埋地热油管道土壤温度场计算是研究热油管道停输再启动及间歇输送的重要组成部分。通过分析埋地热油管道的几何特性建立了热油管道土壤温度场数学模型和求解边界条件。并使用ANSYS有限元软件求解该数学模型。其中,在建立数学模型时,把埋地热油管道土壤温度场简化为二维非稳定传热问题,在求解边界条件中充分考虑了地面温度随季节变化以及土壤温度随深度和季节而变化等诸多因素的影响。通过对土壤温度场一个运行周期的计算可求解出在运行周期内某时刻土壤温度场的温度分布,也可以求解出土壤中任意点在整个运行周期中的温度变化情况。方法简便易行、运行稳定可靠。这些问题的求解为研究热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题奠定了基础。     

顺序输送对管道轴向温降影响的数值模拟

文章采用有限单元法,对同一管路在不同进口油温和交替输送情况下轴向温降随时间的变化情况进行了数值模拟,并以此为依据,对比分析了入口温度对沿线的温度影响情况,结果表明由于冷热界面之间以及热油介质与土壤之间的热传导作用,稳定输送热油介质时形成的土壤温度场对后续冷油的加热作用明显,冷油形成的温度场对热油也有一定的影响,结果比较符合实际。可以看出,顺序输送冷热油不仅可以保障管道安全运行,而且可以节约大量能源。     

停输对冷热原油顺序输送混油影响的数值模拟

基于顺序输送混油理论,建立冷热原油顺序输送混油控制方程。借助计算流体动力学软件 FLUENT,对顺序输送管道停输前后混油体积分数的分布规律进行数值计算。分析了输送顺序对停输过程混油体 积分数的影响。研究表明:水平管段顺序输送停输后,受惯性力的作用,后续原油继续前行,使混油段增长且随着停 输时间的延长,采用前俄后庆的输送方式比前庆后俄输送混油段长。对于竖直管段,在相同条件下与水平管段相比 混油长度相对较短。采用前俄后庆的输送方式与前庆后俄输送混油长度接近,但前者混油体积分数分布比较均匀。 可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

基于PHOENICS的原油顺序输送管道混油数值模拟

建立了原油顺序输送混油模型,利用PHOENICS软件进行了数值模拟,并得出了混油浓度变化图象和曲线.表明在原油管道顺序输送过程中粘度差的影响,给出了不同管道倾角条件下浓度场的分布;同时也验证了停输时,密度大的油品在管道下方所形成混油段长度无明显增大现象且小于油品以相反的方向输送时所形成的混油段长度.研究结果对于减少停输工况下的混油与停输再启动混油界面的跟踪与切割具有理论指导意义.     

同沟并行管道周围土壤温度场的数值模拟

针对同沟敷设并行热油管道与成品油管道的能量传递过程进行研究,采用有限差分法建立管道正常运行时的非稳态传热模型。并利用有限容积法对管道沿线不同截面处并行管道周围土壤温度场进行数值计算。以西部管道,鄯善-四堡段为例,地表环境温度采用周期性边界条件,得到了不同季节沿线不同位置土壤温度场的变化规律。研究表明,随着地表温度的周期性变化,冷成品油管道对热油管道周围土壤温度场的影响程度不同,且对远离冷成品油管道一侧的热油管道周围土壤温度场影响较小,随着管道运行时间的增加,冷成品油对热油管道周围土壤温度场的影响逐渐减弱。模拟结果与实际吻合较好,为合理制定检修计划和间歇输送方案及确定安全停输时间提供一定的理论指导。     

不同埋深热油管道数值计算

在热油管道的输送过程中,管道埋深对其周围土壤温度场有很大影响,而且管道附加的保温层对管道自身的热力特性也产生影响。研究了不同温度、不同埋深下附加保温层的热油管道与其周围土壤温度场的关系。热油管道埋地深度越深,受地表温度影响越小。结果表明,在夏季,管道埋地越深,输油前土壤温度越低;稳定输油之后,埋地较深的管道其外壁温度比埋地较浅的管道低;在冬季,管道埋地越深,输油前土壤温度越高;稳定输油之后,埋地较深的管道其外壁温度反而比埋地较浅的管道高。因此,保温层应选取经济厚度,以期达到优化管道输送油品的温度、降低能耗、提高经济效益的目的。     

同沟敷设原油和成品油管道三维温度场的数值模拟

热油管道周围温度场是管道停输再启动及管道安全运行的基础,只有准确掌握管道周围的温度场分布,才能使管道安全运行,避免凝管事故的发生。在同沟敷设管道中,常温输送的成品油管道必将影响热原油管道的温度场,因此同沟敷设管道的温度场与单根输油管道的温度场不同。为了准确掌握同沟敷设原油和成品油管道的温度场,以国内某同沟敷设管段为研究对象,采用Gambit软件的非结构化网格技术和F1uent软件的标准-模型对同沟敷设管道的三维温度场进行数值模拟。通过与相同条件下单根原油管道的温度场比较,分析成品油管道对同沟敷设原油管道的影响。     

埋地输油管道的热力计算

在埋地热油管道中，当其输送工况变化后，管内油品及土壤中的热力平衡会遭到破坏，油温及土壤温度将重新分布。因而，研究这一非稳定热力过程就必须对非稳定温度场进行分析。通过运用数学分析法（保角变换、拉普拉斯变换等）对管道内介质和周围半无穷大土壤的不稳定传热问题进行了分析，得出土壤温度场的计算公式。同时研究了埋地热油管道的停输理论计算问题。     

西部原油管道冷热油交替输送过程温度场

热原油管道温度场的准确计算对管道的安全运行具有重要意义.建立了描述冷热油交替输送过程中非稳态水力、热力问题的数学模型,开发了计算软件,并对西部原油管道交替输送4种原油进行了模拟计算.结果表明:考虑不同管道运行历史得到的管道沿线油品温度最大偏差一般出现在进站位置,即管道加热站间距离越长,建立同样精度的温度场需要的管道运行历史越长.在当前算例范围内,考虑前一个月的管道运行历史计算得到的温度场即可满足工程精度要求.由于任意位置温度场的计算偏差都会累积到进站位置,因此随着站间管道距离的减小,初始温度场对运行过程的影响趋弱.     

冷热原油交替顺序输送优化模型研究

冷热原油交替顺序输送总能耗费用主要包括加热炉的燃料费用和输油泵的动力费用.在保证安全输油任务的前提下,如何使输油总能耗达到最小对于降低企业输油成本具有非常重要的意义.以输油总能耗最小为目标函数,建立冷热原油交替顺序输送优化模型.模型中将顺序输送分为4个时间阶段:冷油头加热非稳态阶段、冷油不加热准稳态阶段、冷油尾加热非稳态阶段和热油加热准稳态阶段.两个准稳态输送阶段采用两层嵌套法来求解,两个非稳态阶段采用两层嵌套法和满足高凝油油头(油尾)进站温度相结合的方法优选输油方案.结合工程实际给出冷热原油交替顺序输送优选算例,研究成果可为制定冷热油交替输送经济运行方案提供依据.     

埋地热油管道启输投油时间的确定

采用有限单元法对埋地热油管道启输投油时管道周围的土壤温度场进行数值计算,利用计算结果确 定投油时间。算例结果表明,预热20h后开始投油,符合预热要求,与工程实际相符合。该技术的应用为热油管道 经济、安全投产提供了可靠的理论依据。     

裸露管线温降规律研究

裸露原油管线停输后,由于管道中油的热容量要比周围土壤的热容量小得多,所以冷却速度要比埋地管道快得多,成为限制允许停输时间的关键。根据裸露热油管道的热力及水力特征,建立了管道停输后的温降数学模型。将模型简化后采用有限差分方法,把热传导偏微分方程转化为线性方程组后,用迭代法求解。编制了停输温降温度场的程序框图,以实际管道为例计算出不同停输时间管道内的温度分布值。将管线停输后管中心、1/2半径及管壁处温度进行比较,制定出可行的管线间歇输送方案。