输油管道预热介质流速对预热时间的影响

输油管道在启输过程中,准确计算和预测管道周围土壤温度场以及管内介质温度随时间的变化规律,是确定合理投油时间和预热介质总量的关键.以热水为预热介质,通过不同流速条件下管道预热过程传热数值计算,对预热管道周围土壤温度场的分布及管道沿程温降进行了分析,得出了介质在不同流速下,输油管道预热情况,利于依此确定相应的输油工艺,达到...     

油、水混合预热投油过程中传热数值计算

在热油管道启输前,需要预先对管道进行预热,为确定合理预热介质总量和预热时间,有必要预先知道预热过程中管道周围土壤温度场和管内介质温度的变化规律。用有限元法对以油、水混合预热过程中土壤传热进行数值计算,对预热管道管内介质沿程温降进行了分析,得出了油、水混合预热过程中输油管道管内介质温度变化规律,以此为依据确定相应的预热输油工艺,可使预热输油达到安全节能的目的。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

输油管道土壤温度场变化的影响因素分析

水分迁移和冻融过程是影响输油管道土壤温度场变化的两个主要因素,水分迁移、冻融过程中的热量传输与相变过程相互作用、相互影响.在进行埋地管道周围土壤温度场数值分析时,不仅要考虑轴向温度变化,还应考虑埋地输油管道温度场受水分场、应力场和盐分场等多场共同作用及周围边界的影响.     

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。     

带有伴热管的输油管道土壤温度场的数值计算

分析了带有伴热管的埋地输油管道的几何特性,建立了数学模型,并采用有限单元法对管道周围土壤的二维非稳态温度场进行了数值计算,同时对输油管与伴热管上部未设保温板的情况进行了计算。结果表明,输油管与伴热管上部加保温板有助于保持输油管的温度。改变输油管和伴热管之间间距、管道埋设深度,得到各自土壤的温度场分布,表明缩小输油管和伴热管间距,能够提高伴热管传热效率。在给定的运行参数下,输油管埋深1.5m是比较合适的设计尺寸。     

电加热埋地油气集输管道热力计算与实验研究

为了解决热水伴热油气集输管道在生产实际中存在的问题,综合考虑了地面温度变化、大地温度场、管径、运行参数和物性变化等多方面因素变化的影响,建立了电加热埋地油气集输管道的数学物理模型,编制了计算程序,并在小型电加热埋地管道实验台上进行了相应工况的实验研究,修正了理论解．结果表明,计算结果与试验吻合良好．     

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。     

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。     

Submarine Pipeline Lateral Global Buckling and Buckling Failure Critical State Discussion

深海高温管线水平向整体屈曲破坏临界状态分析

洪兆徽, 刘润

（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室, 天津 300072）

创新点说明：

1） 在分析国内外已有土体对水平向运动管线的约束力模型的基础上,通过室内模型试验,改进和修正了土体约束力计算方法,建立了随水平向位移变化的动态土体约束力模型;

2）在有限元分析中引入动态土体阻力模型,基于更为真实的管土相互作用接触本构上对管线的整体屈曲和破坏进行了分析;

3）研究了管线的水平向整体屈曲和破坏极限,探究了不同形式破坏下的差异。

关键词：深海管线;水平向整体屈曲;管土相互作用分析;数值模拟研究;后屈曲临界状态