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。     

预热管道中原油沿程温降和土壤温度场数值模拟

制定科学合理的埋地管道预热工艺,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。用有限元法对埋地管道预热过程中管道周围土壤温度场和管内油品温度进行数值计算,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。通过对计算结果分析表明,预热介质、不同介质混合预热时间、土壤温度、气候条件等对管内油品沿程温降有很大影响。通过计算可确定经济、安全的管道混合预热工艺。该方法的应用可为热油管道经济、安全的预热投产提供一定的理论依据。     

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。     

管道停输开挖过程传热数值计算

埋地管道在运行过程中有时会因意外情况而需要停输。在停输过程中,管内油品的温度和土壤温度场的变化很大,会影响管道的安全输送,因此研究停输过程中管内油品的温度和土壤温度场对埋地管道的安全运行有重要的意义。模拟了埋地管道停输时土壤开挖过程中的土壤区、管内油温以及开挖区等三个区域的温度场变化情况,并模拟了开挖区域温度的变化对土壤温度场、管内油温的影响,得出了管内油温和土壤温度场的变化规律,研究结果可为管道的安全生产提供一定的科学依据。     

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。     

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。     

土壤温度场对管内热油流态分布的影响

土壤温度场随季节呈周期性变化,在长输热油管道运行周期内,不同土壤温度场下的管道运行工况不同。当设定出站油温时,管内牛顿流体、非牛顿流体油流长度及进站油温均随土壤温度发生变化。模拟热油管道与周围土壤相互作用下的复合温度场,分析了管道在不同土壤温度场下的散热情况,建立数学模型并分析了不同土壤温度场的管内热油流态分布及进站温度的变化。依据计算结果,调整出站油温可实现整体优化,为输油管道运行投产提供理论依据。     

在役热油管道开挖修复热力分析及模拟计算

温降是热油管道修复过程中的重要参数之一,合理地确定温降对管道开挖修复方案及油品输送起到重要作用。从热力学角度,建立开挖运行后非稳态的热力学模型,并以铁锦线松山到锦州热油管道为实例进行了模拟计算。研究了开挖起点、开挖长度以及油品出站温度对热油管道内油品温度的影响,并结合CFD对不同季节开挖运行时热油管道及其周围土壤温度场变化情况进行数值模拟分析。研究成果可在保证管道安全运行的前提下,提供热油管道开挖修复建议,指导管理部门优化施工修复计划。     

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。     

管道埋深对冻土区土壤温度场的影响

管道埋深对管道周围土壤温度场及管道的热力特性有重要的影响,埋深不同,相对应的管道周围土壤的温度场也不同。对埋深不同的埋地管道周围土壤温度场进行了数值模拟,并选用水热耦合模型和传热模型进行了计算。对通过两种模型得到的计算结果进行了分析。结果表明,埋深对埋地管道周围土壤温度场有一定的影响,水分迁移和冰水相变对埋地管道的温度分布也有一定的影响;埋深不同时,水分迁移和冰水相变对土壤温度场的影响也不同,管道埋深越浅,通过两种模型计算得到的相同点处的温度相差越大。为了得到更接近于实际的计算结果,应该考虑水分迁移和冰水相变,计算时应考虑水热耦合问题。     

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。     

冷热原油顺序输送温度场波动规律

为了更加准确地确定冷热原油顺序输送温度场波动规律,对管道周围土壤温度场绝热面漂移进行了研究。针对冷热原油顺序输送过程中埋地管道周围土壤温度场变化特征,建立了土壤温度场非稳态传热模型,利用CFD软件,对冷热原油顺序输送过程中不同循环周期不同时刻的土壤温度场进行了数值模拟及分析。结果表明,土壤温度场绝热面的漂移具有一定的规律,绝热面随冷热原油顺序输送时间呈周期性漂移,漂移周期与冷热油顺序输送的循环周期相同;土壤温度场绝热面的漂移周期及距离与冷热油顺序输送的循环周期有关。     

热油管道停输安全出站温度数值研究

易凝高黏原油在加热输送过程中热量损耗严重, 遇故障停输后热量的散失更为迅速, 当所需停输的 时间超出安全停输时间时就会发生事故。因此, 研究原油的热力计算对管道的安全运行具有重要意义。对比了冬 夏两季原油停输温降的变化规律, 在停输时间不同的条件下, 对温降进行了数值模拟, 计算出原油停输前所需的出 站温度。对停输后的土壤和管道的温度场进行了三维数值模拟, 找出了出站温度不同时停输后原油和土壤温度场 的变化规律。在出站温度达到一定值后, 原油在所需的停输时间内可以保证安全再启动, 不会发生事故或造成安全 隐患。     

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。     

海底原油管道停输温降的Fluent模拟

利用Fluent流体分析软件模拟海底管道停输温降过程,分析不同初始油温、不同环境温度下的温降过程,得出了与实际吻合较好的温降曲线。计算结果表明,管道停输0~20h温降速度很快,主要是因为该阶段管内原油的自然对流较强烈。停输20h后的一段时间内温降缓慢,降温在5℃以内,这是因为管内原油接近临界温度,原油黏度增大及蜡晶析出,使得自然对流强度减弱。初始油温和海水温度对停输温降影响非常明显。     

考虑海管各覆盖层蓄热的停输温降与输送方案

海底管道停输温降直接决定着海管置换与掺水输送时机,以及停输后能否顺利再启动。为了研究海管各覆盖层的蓄热对停输温降的延缓作用,通过理论分析各层相对流体的蓄能能力大小,模拟计算钢管和土壤蓄热对不同类型管道停输后温降的影响情况,并以渤海两条实际管道为例优化输送方案。结果表明,钢管蓄热总量约为所输原油蓄热总量的一半,所输水量的1/4,所输天然气的4~16倍（根据系统压力的不同）;钢管和土壤的蓄热散热对流体停输温降均有一定的延缓作用。对于保温管道,钢管的蓄热散热具有主导作用;不保温管道,土壤的蓄热散热影响很大;对于渤海油田常见的输油海管,考虑钢管的蓄热散热能提高管线出口温度3.5~13.5 ℃;对于混输保温管道,当气油比（GOR）大于10时,钢管蓄热对停输温降的延缓作用尤为明显,有利于安全顺利输送;考虑土壤或钢管的蓄热散热对停输温降的影响可以延缓或取消掺水输送。     

水下热油管道停输过程中原油温降规律的数值模拟

热油管道停输温降规律的研究是确保管线安全启动的首要条件。埋地长输管道沿线地质条件复杂, 常穿越河流、湖泊,导致部分管线水下敷设,由于没有周围土壤的蓄热作用,在停输过程中水下管段的温降往往决定 了整条管线的停输时间。随着海上油气的开采,水下管道安全停输规律的研究显的更为重要。利用FLUENT 软 件,采用“焓-多孔度”技术模拟水下管道停输过程管内原油温降规律并考虑了原油凝固潜热对温降的影响,得出了 不同时刻管内原油凝固区、混合区、液油区的位置。结果表明,管道停输初期管内原油温度整体下降较快,中后期由 于原油凝固释放潜热且凝油层厚度不断增加,热阻增大,大大降低了原油温降速率,模拟结果与实际吻合较好。