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。     

冷热原油交替输送安全节能研究

当冷热原油交替输送时,如果混油温度低于其凝点则容易出现凝管现象,但是如果输送温度过高,虽然能保证输送安全,却极易造成能耗损失,因此有必要从节能及安全角度进行研究。通过CFD软件对混油段的温度场进行模拟,结合混油段凝点实验和长吉输油管线数据,与实验结果进行对比并找出了危险点,从而降低了冷油加热温度并达到了节能的目的。同时,给出了两种安全节能输送方案:俄油全程加热到10.0℃;只对油尾加热到30.0℃,加热长度为1 380.8 m。进行经济对比分析的结果可知,第一种输送方案所需费用较传统输送方法可降低91.54%,第二种输送方案所需费用较传统输送方法降低98.16%,第二种输送方案的节能效果优于第一种输送方案。研究结果对工业生产具有一定的指导意义。     

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。     

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.     

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。     

冷热油交替输送加热方案的经济比选

针对冷热油交替输送工艺中加热方案的确定问题,建立了冷热油交替输送管道的热力、水力计算模型,采用有限容积法和热力特征线法对非稳态热力、水力耦合问题进行了数值求解,参考国内某原油管道现场实测数据对程序进行了检验.通过模拟不同加热方案的原油进站温度随时间的变化,分析了加热方案的可行性;按对低凝原油加热时是全部加热还是油尾部分加热提出了2种加热控制方式,研究了采取不同加热控制方式时最低加热能耗的变化规律.结果表明:在取得最佳加热方式时,对低凝油油尾部分加热所消耗的燃料油比对低凝油整体加热的要少.     

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.     

水平埋管周围土壤温度场数值模拟研究

建立了应用于地源热泵系统的水平埋管的传热数学模型,并采用 ANSYS 软件模拟了埋深为 3 m 的水平埋管在冬夏运行工况下周围土壤的温度场变化。根据选取的特定时间比较了单管和双管水平埋管在相同工况下周围土壤温度场,得出各自的影响半径,为水平埋管换热器的埋设提供了参考。     

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。     

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。     

热油管道停输过程土壤温度场PHOENICS数值模拟

埋地热油管道停输过程周围土壤温度场的计算是研究间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题重要组成部分。通过分析埋地热油管道的几何特性建立有限区域内停输时热油管道土壤数学模型和确定边界条件。并使用PHOENICS软件对该数学模型进行求解。模拟结果与实测数据吻合较好,误差在2%以内。     

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。     

埋地热油管道启输过程土壤温度场三维数值模拟

在考虑气候条件和启输温度变化的情况下,用有限单元法对管道周围土壤温度场进行了三维数值计算,得到了不同时刻的土壤温度场分布情况。同时,对不同温度热水预热时的埋地热油管道启输过程的土壤温度场进行了对比,结果表明,虽然提高预热介质的温度可以达到更好的预热效果,但过多提高预热介质的温度,并不能得到最佳的预热效果。