蜡沉积速率的逐步回归模型

含蜡原油在管道输送过程中经常会有蜡析出,并有一部分蜡沉积到管道内壁上形成结蜡层。结蜡层对管道经济运行有一定的影响,它使管道的输送能力下降,严重时甚至会造成凝管事故,给管道运输造成很大的安全隐患。为了解决上述问题,必须研究含蜡原油管道的蜡沉积规律。针对影响蜡沉积速率的主要因素有管壁处的剪切应力,管壁处温度梯度,管壁处蜡分子浓度梯度和原油的动力粘度,在小型环道上对大庆原油进行管道蜡沉积试验,采用逐步回归的方法对实验数据作回归处理,从而建立了大庆原油蜡沉积速率模型,为进一步研究原油管道蜡沉积规律和管道优化运行奠定了基础。     

蜡沉积速率的逐步回归模型

含蜡原油在管道输送过程中经常会有蜡析出，并有一部分蜡沉积到管道内壁上形成结蜡层。结蜡层对管道经济运行有一定的影响，它使管道的输送能力下降，严重时甚至会造成凝管事故，给管道运输造成很大的安全隐患。为了解决上述问题，必须研究含蜡原油管道的蜡沉积规律。针对影响蜡沉积速率的主要因素有管壁处的剪切应力，管壁处温度梯度，管壁处蜡分子浓度梯度和原油的动力粘度，在小型环道上对太庆原油进行管道蜡沉积试验，采用逐步回归的方法对实验数据作回归处理，从而建立了大庆原油蜡沉积速率模型，为进一步研究原油管道蜡沉积规律和管道优化运行奠定了基础。     

低输量输油管道的清蜡周期研究

由于东北管网输量逐年下降,管道的热损失,尤其是清蜡结束后一段时间内的热损失相当严重,这已成为管道运行中的一个突出问题。按原有的清蜡工艺对管道进行清蜡已经不能满足管道运行的经济性要求。根据结蜡厚度对输油成本的影响和东北管网的蜡沉积规律,建立了适合低输量含蜡原油管道的清蜡周期模型。提出对于低输量含蜡原油管道需要先确定给定流量下的经济余蜡厚度,再用传统方法计算清蜡周期。用数值方法对模型进行求解。结果表明,对于低输量含蜡原油管道,每次清蜡时保留一定的余蜡厚度是合理的;与传统方法相比,在经济余蜡厚度基础上确定的清蜡周期能更好地满足实际需要。     

低输量输油管道的清蜡周期研究

由于东北管网输量逐年下降，管道的热损失，尤其是清蜡结束后一段时间内的热损失相当严重，这已成为管道运行中的一个突出问题。按原有的清蜡工艺对管道进行清蜡已经不能满足管道运行的经济性要求。根据结蜡厚度对输油成本的影响和东北管网的蜡沉积规律，建立了适合低输量含蜡原油管道的清蜡周期模型。提出对于低输量含蜡原油管道需要先确定给定流量下的经济余蜡厚度，再用传统方法计算清蜡周期。用数值方法对模型进行求解。结果表明，对于低输量含蜡原油管道，每次清蜡时保留一定的余蜡厚度是合理的；与传统方法相比，在经济余蜡厚度基础上确定的清蜡周期能更好地满足实际需要。     

结蜡对含蜡原油管道安全影响分析

对低输量含蜡原油管道,每次清蜡时都保留一定的结蜡厚度,这是因为蜡的"保温"效果有利于管道的经济运行。然而,从安全的角度考虑,管线保留一定的结蜡厚度存在一定的风险。保留一定的结蜡厚度,管径变小,一旦管线停输或输量下降,管线中单位体积的原油所携带的热量减少,相对降温速率加快,原油形成胶凝结构的速度加快,管线允许的停输时间大大降低,并且管径越小管线停输后的再启动越困难。同时,管线停输后,在某些特殊管段特别是上倾管段,石蜡沉积物会发生破坏滑脱并聚集在管道低洼处,造成蜡堵凝管。因此,建议定期彻底清除管壁结蜡。     

结蜡厚度对输油成本的影响

含蜡原油管道 ,尤其是北方的含蜡原油管道 ,普遍存在结蜡现象 ,必须及时进行清蜡才能实现管道的经济运行。当输量高于或等于设计输量时 ,保证完成输送任务是生产中优先考虑的问题 ,因此清蜡后的残余蜡层应尽可能小。当输量低于设计输量时 ,管道运行的经济性上升为主要问题 ,清蜡后的残余蜡层是否还应尽可能小值得研究。在输量一定的情况下 ,随着结蜡层的增厚 ,管道的总传热系数减小 ,热力费用下降 ;同时 ,管道的有效内径减小 ,摩阻变大 ,动力费用增加。为此 ,建立了以输油成本为目标函数 ,以结蜡厚度为决策变量的数学模型 ,从结蜡厚度的角度研究管道的经济运行。采用黄金分割法对模型进行了求解。结果表明 ,对于给定输量 ,存在一个结蜡厚度 ,使得输油成本最小 ;当输量低于设计输量时 ,允许存在一定量结蜡厚度在经济上是合理的     

低输量下含蜡热油管道的优化运行研究

我国东北含蜡原油管道低输量运行问题日益突出,管道结蜡问题变得愈来愈严重。含蜡原油管道输送成本主要由动力消耗和燃料消耗两项组成。蜡层厚度增大,使得动力消耗增大,燃料消耗减少。在保证安全运行的前提下,管壁留有一定的余蜡厚度对经济运行有利。建立以单位运行能耗费用最低作为管道经济运行的目标函数,以余蜡厚度、清蜡周期为决策变量的经济运行模型并用数值方法求解。用所建立的模型指导现场实际运行有较好的经济效益,该公式适合低输量下高含蜡原油管道的清蜡周期和余蜡厚度计算。     

实验环道结蜡层温度场计算

原油输送过程中因管壁结蜡而使输送能力降低,特别是在定压输送的情况下,当沉积层较厚的含蜡油管道在低温、低流速下输送时,可能发生初凝、停流现象,因此研究原油结蜡过程中管道结蜡层温度分布是非常有意义的。为此在实验室内,通过对试验环道上测试段相关数据的测试,对比分析测试段管壁有沉积物和无沉积物时测试段管壁内温度分布的不同表达式,根据能量方程建立了无量纲温度分布方程,利用贝赛尔函数推导出原油在层流状态下沉积层表面温度分布、沉积层热流密度、油流温度分布等相关温度场的计算公式,为研究蜡沉积规律,定性分析管路结蜡层厚度和制定合理的清管方案提供理论依据。     

实验环道结蜡层温度场计算

原油输送过程中因管壁结蜡而使输送能力降低，特别是在定压输送的情况下，当沉积层较厚的含蜡油管道在低温、低流速下输送时，可能发生初凝、停流现象，因此研究原油结蜡过程中管道结蜡层温度分布是非常有意义的。为此在实验室内，通过对试验环道上测试段相关数据的测试，对比分析测试段管壁有沉积物和无沉积物时测试段管壁内温度分布的不同表达式，根据能量方程建立了无量纲温度分布方程，利用贝赛尔函数推导出原油在层流状态下沉积层表面温度分布、沉积层热流密度、油流温度分布等相关温度场的计算公式，为研究蜡沉积规律，定性分析管路结蜡层厚度和制定合理的清管方案提供理论依据。     

含蜡热油管道低输量时结蜡对能耗的影响

结蜡现象对含蜡热油管道的运行能耗存在着两个方面的影响。其正面影响是管道结蜡层的存在 ,将降低管道总传热系数 ,使热力费用减少 ;负面影响是结蜡层会使管道的通流截面积减小 ,摩阻增大 ,所耗动力费用增加。特别是当管道长期处于低输量、偏离经济流速运行时 ,结蜡层的存在会对管道的热能及压能消耗产生更为显著的影响。为探讨结蜡层对管道运行经济性的影响规律 ,通过对比低输量下有无结蜡层时的管道能耗费用 ,并以节省的能耗费用最大为目标 ,建立了求解管道低输量运行时的经济结蜡厚度的数学模型。算例的计算结果表明 ,当管道输量低于设计值时 ,都对应着一个经济结蜡厚度 ,使得管道运行的能耗费用最省 ;同时在一定输量范围内 ,当输量下降的幅度越大时 ,其经济结蜡厚度亦随之增加 ,并且所节省的能耗费用亦越多。此模型为确定热油管道低输量时的经济结蜡厚度及经济清蜡方案提供了一定的理论依据     

三管伴随输油管线保温层最优经济厚度的计算

本文通过分析三管伴随保温输油管线的传热特征,推导出保温层厚度与单位管长年总分摊费用之间的关系式。并采用0.618法求最优保温层经济厚度。     

混油对成品油管网优化设计的影响分析

考虑成品油顺序输送中产生混油的特点,以管道生命周期内收益最高为目标,管径、壁厚为决策变量,建立了成品油管网优化设计的数学模型。分别利用扩散理论推导的变径管混油量计算公式和经验公式计算混油量,并采用遗传算法求解该模型。计算表明,混油损失费用占整个设计的3%～10%,并且与年输送批次数、每一批次输送的油品种类数、单位体积的混油处理费用等因素相关,一般情况下不能忽略不计,可以采用权重系数法生成多种设计方案以供选择。而不同的混油计算公式结果往往不同,在实际工程中应选择与本工程最接近的公式进行计算。     

长输热油管道运行方案的优化

对于输油计划已定的热油管道,输油能耗主要包括输油泵的动力费用和加热炉的燃料费用。在保证安全及时完成输油任务的前提下,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。以降低能耗为目的,以热力费用与动力费用之和最小为目标函数,建立了长输热油管道优化运行模型,并采用两层嵌套法来求解,即穷举出各种可能的开泵方案作为外层嵌套,将进站温度的优化作为内层嵌套。对于外层嵌套的每一种开泵方案,用动态规划法优化出内层嵌套的各站进站温度,从而计算出一个总能耗费用;遍历各种开泵方案得到不同的总能耗费用,所有能耗费用中的最小者即为最优解。根据所建模型编制了相应软件,为加热原油的长距离优化输送提供了决策依据。     

工业管道保温结构的优化设计及节能分析

目前,工业管道广泛采用等厚度保温结构。针对某运行管道进行现场测温,并应用Fluent软件对测试数据进行分析,发现管道表面温度具有“上高下低”的分布规律,因此,工业管道采用等厚度保温结构设计并不合理。在环境有风和无风条件下,分别对管道外表面温度分布规律进行了分析,并利用换热网络法,以管道表面散热损失最小和经济效益最大为优化目标,建立了管道保温结构优化设计模型,并提出了工业管道非等厚度保温结构设计的新方法。研究结果表明,在管道内部介质参数相同条件下,以国标允许的散热损失值进行保温结构设计时,与等厚度保温结构设计相比,采用非等厚度保温层结构可减少保温材料体积3%~4%,降低保温工程费用3%~4%。     

输油管道土壤温度场的数值计算

评价埋地热油管道的热工状况,首要的问题是计算管道周围土壤的非稳态温度场,通常采用汇源法对其进行计算.汇源法把输油管在常输过程中的传热视为稳定过程,具有一定的局限性.根据埋地热油管道的传热特征,采用二维非稳定传热方程来描述输油管道的传热过程,在边界条件中充分考虑了地面温度的变化以及管径等参数的影响,建立了土壤温度场的计算模型,运用有限差分法对计算模型进行计算.在差分网格的划分中使用了混合网格法,在土壤内部的大部分区域使用矩形网格划分,在管壁附近使用极网格.这虽然是一种近似方法,但只要网格划分很小,仍可得到足够精确的解.在VC环境中编制了相应的软件,实现基础数据输入,温度场迭代和不同时间点管道周围土壤温度场中等温线绘制的功能.这一模型的建立,为后续的管道停输再启动的研究提供了科学的依据.     

架空原油管道停输期间温降及原油凝固界面推进

由于架空原油管道没有土壤的蓄热来减缓管内原油的热散失,架空原油管道的温降过程往往成为决定整条管道允许停输时间的关键。根据原油温度划分管内原油为纯液油区、凝油区和纯固油区,并假设凝油区以已凝固原油、固体骨架和液态原油为填充相的多孔介质区域,该区域随着温降过程向管心推移。考虑了凝固潜热和空气横掠管道对流换热对原油温降过程的影响,建立了空气、管道与原油相互耦合的传热模型,并进行了数值模拟,数值结果表明停输前期管内原油的温度整体下降较快;在停输中后期,由于凝固潜热的释放,凝油厚度增加使得热阻增大,大大减缓了原油温度的降低;对流换热系数沿管道周向分布不均,导致管内原油温度周向分布不均和凝固界面中心偏离管道中心。     

三管伴热输油管保温层经济厚度的研究

对于油库中流量较小或间歇输油而不放空的粘油和易凝油,为了防止它们在管道中凝结或在输油过程中粘度过于增大,常采用伴热输送的方法对油品进行保温。保温层投资年分摊费用随保温层厚度的增大而增大;年散热损失费用随保温层厚度的增大而减少。根据三管伴热输油管的传热特征,结合热平衡方程,建立求解保温层经济厚度的目标函数并用０．６１８法求其最优解。在此基础上编制一整套程序系统,为三管伴热输送保温层优化设计提供了科学依据。