埋地热输管道预热温度场分析与计算

埋地热输管道预热启动过程是一个三维不稳定传热过程，通过分析埋地热输管道的几何特性，考虑了沿轴向预热介质温降对土壤温度变化的影响，建立了热输管道预热过程土壤温度场的数学模型和求解边界条件。在求解数学模型时，对某一断面处土壤部分的温度场应用有限差分法求解，并编制了相应的软件，为管道预热启动的温度场计算及由土壤蓄热量估算预热时间的研究提供了一定的参考。     

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埋地油气管道通过潮湿地区或永冻地带时，由于管内介质与周围土壤相互热力作用，使管道周围土壤中水分汽化或冰土解冻，出现干燥圈或融化圈现象，进而使得土壤和管道发生不均匀的下沉，使管道受力发生变化，有时甚至会破坏管道结构的完整性；同时，在干燥圈或融化圈内的土壤热物理性质也将发生变化，若不考虑这种变化，必然会影响热力计算的合理性。因此分析管道周围土壤干燥圈或融化圈变化对管道系统的设计、施工和管理是十分必要的。中考虑油气管道对其周围土壤的影响和半无穷大土壤的传热，提出了描述土壤传热的数学模型。由于该模型涉及到相交及相交界面的变化，属于斯特凡(Stefan)问题。通过一定的数学处理得到了计算干燥圈或融化圈的特征线方程，并采用差分法进行求解特征线方程，获得了满意的结果。表明该计算方法是可行的。     

基于PHOENICS软件埋地输油管道非稳态传热数值研究

埋地输油管道非稳态热力研究能为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提供基础。通过分析埋地热油管道的几何特性建立了有限区域内非稳态热油管道土壤数学模型和边界条件。并使用PHOENICS软件对该数学模型进行了求解。模拟结果与工程现象吻合较好。证明了利用PHOENICS软件完全能够对温度场变化规律进行研究。提供了研究捷径。     

基于聚光太阳能的油品管道减阻与节能研究

针对输油管道阻力大的问题,提出了一种利用太阳能聚光加热输油管道的新型减阻集热方式。采用Fluent软件,对物理模型、网格、湍流方程、初始条件及边界条件等进行了合理的设置,对输油管路进行了数值模拟;研究了管长与聚光比对输油管段出口温度的影响,并与理论计算结果进行了对比分析。结果表明:出口温度随着管长的增加而增加,同时也随着聚光比的增大而增加;该管路在聚光比为5,入口温度为20℃,流速为1 m/s的条件下,对管道前8 km铺设复合抛物面聚光器(CPC)进行聚光加热可使油品温度提高到60℃,使摩阻系数大幅度降低,从而达到了减阻的目的。在输油管道的末端利用换热器可将油品得到的热量进行回收,达到能源的高效利用。     

地下输油管热工计算

输油管正确的热工计算方法,是合理设计加热站的加热负荷、站间距及输油管顺利投产和运行管理的重要科学依据。地下输油管是浅埋构筑物,其传热过程受到地面温度年变化的影响。根据我国在华北某地区的观测,地面以下一米处地温年波幅达10℃,两米处为7.25℃。因此,输油管起输、常输和停输的传热过程是边值条件较为复杂的三维非稳定传热问题。     

Heat Transfer Analysis for Gas-to-Liquids Transportation Through Trans Alaska Pipeline

Abstract

Gas-to-liquids (GTL) technology involves the conversion of natural gas to liquid hydrocarbons. In this article, theoretical studies have been presented to determine the feasibility of transporting GTL products through the Trans-Alaska Pipeline System (TAPS). To successfully transport GTL through TAPS, heat loss along the route must be carefully determined. This study presents heat transfer and fluid dynamic calculations to evaluate this feasibility. Because of heat loss, the fluid temperature decreases in the direction of flow and this affects the fluid properties, which in turn influence convection coefficient and pumping power requirements. The temperature and heat loss distribution along the pipeline at different locations have been calculated. Fairly good agreement with measured oil temperatures is observed. The powers required to pump crude oil and GTL individually, against various losses have been calculated. Two GTL transportation modes have been considered; one as a pure stream of GTL and the second as a commingled mixture with crude oil. These results show that the pumping power and heat loss for GTL are less than that of the crude oil for the same volumetric flow rate. Therefore, GTL can be transported through TAPS using existing equipment at pump stations.     

加氢装置重沸炉的转油线设计

根据工艺设计要求,对某加氢装置重沸炉转油线的设计特点进行了讨论,对应力计算的结果进行了汇总。结果表明:当炉管与转油线联系起来统一考虑时,既能利用出口炉管端部的位移来吸收转油线的热位移,也能满足炉管应力的计算要求。     

MATLAB语言在海底管道输送技术中的应用

首先对黄青线输送油品的流变性进行分析,利用MATLAB语言中Spline函数得到黏温曲线,然后对黄青线海底管道输送技术进行研究,利用分段计算法计算管道沿线油温,整个过程采用MATLAB语言进行编程,得到海底管道在裸露和埋地两种工况下的沿线油温数据,再利用MATLAB语言中Polyfit函数,得到黄青线两种工况下沿线油温变化曲线,根据两条曲线的对比,可以确定出黄青线海底管线运行工况和周围介质情况,以便确定出稳妥的输送方案,确保海底管线的安全运行.     

埋地输油管道非稳态传热数值研究

埋地热油管道预热启动过程是一个三维非稳定传热过程,通过分析埋地热油管道几何特性,考虑沿管道轴向预热介质温降对土壤温度变化的影响,建立了有限区域内热油管道预热过程耦合的数学模型,并借助于PHOENICS软件对该模型进行了求解,能够求解出土壤中的任意点在预热过程中任意时刻的温度变化情况和任意时刻的管道周围土壤温度场的分布.这些问题的求解可为管道安全、经济启输投产提供保障.     

季节冻土区直埋供热管道非稳态热损失计算

对季节冻土区直埋供热管道热工参量的计算，归结为土壤的非稳态相变热传导问题。建立了计算供热管道热工参数的数学模型，并在土壤非稳态相变传热方程的基础上，用有限差分数值方法建立了数值模型。对管道周围的非稳态温度场和管道的散热量进行了数值计算，其结果表明，比常用的热汇法更符合实际情况。     

三层PE防腐管道补口质量缺陷及其解决办法

我国的天然气长输管线大多采用较为成熟的三层PE防腐,补口材料选用聚乙烯热收缩套(带),但因其施工要求高、补口质量制约因素多,使补口处成为管线安全的薄弱环节,对投产2~6 a的防腐补口应用进行调查,发现管道环焊缝补口处的热收缩带存在翘边、剥离、破损等缺陷。其原因在于火焰加热存在相关缺陷,湿膜法施工的化学交联不能形成,热收缩带(套)与三层PE间搭接部位的回火控制不到位。为了严格控制补口质量,避免管道腐蚀发生,针对性地提出了相应的解决办法:①应先分析补口材料的性质,制订施工工艺技术规定;②针对湿膜法施工,要求环氧底漆表面干燥前,必须完成热收缩带(套)补口操作;③钢管的预热温度要低,甚至不需要预热;④干膜法施工时,钢管表面预热温度、固化的环氧树脂温度一定要达到80℃;⑤热收缩带(套)加热时,不允许采取火焰加热器直接加热,宜使用中频加热,且应注意回火的温度与时间。     

Numerical Simulation of V-cone Flow Meter in Product Oil Pipeline of Batch Transportation

Abstract

For product oil pipeline of batch transportation, this article describes the application of a V-cone flow meter in flow rate calculation of mixing oil in a pipeline, analyzes the velocity distribution in the internal flow field of a pipeline, obtains the qualitative relationship between the discharge coefficient of a V-cone flow meter and Reynolds number of mixing oil, and obtains the variation law of skin friction coefficient on the surface of the pipeline. The results show that a V-cone flow meter can overcome the shortcomings of a traditional flow meter. A V-cone flow meter can be used to measure the flow rate of a mixing oil section.     

大口径输油管道水平弯头热弯矩计算方法

目前对于大口径长距离输油管道弯头热弯矩计算还不完善,设计时热弯矩偏小,部分管道弯头在投产后胀裂。为了避免弯头发生胀裂,施工时在每个水平弯头两侧各安装锚固墩保护弯头。这样不仅增加施工时间,也增加了施工的难度和范围。通过理论分析并结合中俄原油管道中漠大线施工中提出的问题,认为可以通过建立的数学模型计算大口径水平弯头两端无锚固墩时的热弯矩,计算结果与实际情况相符,说明可以通过计算,检验弯头在无锚固状态下的安全程度。根据影响因素分析,认为选择大曲率半径和控制施工时温度可以代替铺设锚固墩保障弯头不被温差胀裂,该分析结果可为控制管道的施工进度、利润、安全性提供理论依据。     

油田站外单管集油辅助工艺对比

为了解决部分油井无法单管输送的问题,采用PIPESIM模拟软件对不同含水率、不同集输半径和不同产液量油井的集输管线进行计算分析,同时结合各油田单管集输设计经验,得出中质原油站外系统单管集油工艺改造的技术界限,而对于达不到技术界限的油井,可以通过辅助措施实现单管集油,通过对比电磁加热器、空气源热泵、管道内置电伴热、井口气电加热器、油井保温隔热油管、地热、太阳能光热技术及井口加药等单管辅助措施的原理及工艺特点,最终确定在不同工况条件下的辅助单管集输措施,为油田站外单管集输工艺选择和优化提供了理论依据。     

海底多相流混输管道压降计算主要影响因素分析

以我国海洋油气开发工程为例,以黑油物理模型为基础,利用PIPERFLO软件,分析了不同压降计算模型、起输温度、气体流量及总传热系数(K)对海底多相流混输管道压降计算的影响。用不同压降计算模型得到的混输管道的压降结果相差很大,在设计混输管道时,应根据实际情况选择合适的模型。设计高粘原油混输管道时,应根据油品物性将起输温度控制在适当的范围;设计低粘原油混输管道时,在满足管道终端温度要求条件下,应尽量降低起输温度。海底油气混输管道存在一个最小压降气液比,按此气液比确定高粘原油混输管道的气体输量,可降低管输原油粘度,从而减小管道压降。对海底多相流混输管道应进行一定的敏感性变量分析和结果预测,以保证管道具有一定的抗波动能力。     

海洋石油陆上终端事故罐工艺流程探讨

基于海洋石油陆上终端的各种工况,分析了事故罐的相关流程,总结了正常工况、事故工况、清管工况下产生的置换水、段塞流、污油及污水的排放流程、事故罐工艺流程以及合格原油装船外销的流程。罐区产生的污油输送至原油稳定单元重新处理,污水输送至采出水处理单元处理,利用清水罐中的清水将外输管道内介质进行置换以确保管道安全,清水罐中浮油自流进事故罐。结合伯努利方程进行了水力计算,得出相关泵的流量及扬程。应用理想气体方程对事故罐顶的氮气管道、排气管道进行设计,保证了事故罐的气相空间满足微正压要求。经过分析与计算,事故罐设置可行,其储运工艺流程的灵活性、安全性,可使陆上终端在多种工况下有效地运行。     

地面蒸汽管道热力计算模型及影响因素分析

稠油注蒸汽开采过程中地面蒸汽管道的能量损失直接影响着注汽热采效果,合理的地面蒸汽管道能量计算模型十分重要.目前已有一些关于地面蒸汽管道能量损失的计算模型,但是应用于现场实际工程计算还存在不足之处.为了能更好地与现场工程实际相结合,基于地面蒸汽管道传热特点,建立了管道的热损失、压降、干度工程计算模型,编制了计算程序,并分析了影响管内蒸汽干度的因素.研究结果表明,编程计算数据与现场数据吻合较好.     

井筒注二氧化碳双重非稳态耦合模型

二氧化碳在石油工业中有着广阔的应用前景,但目前井筒注二氧化碳模型均未能表征注二氧化碳过程井筒内流动和传热双重非稳态问题。采用Span-Wagner模型和Vesovic模型对二氧化碳热物性参数进行计算,联立连续性方程、运动方程和能量守恒方程,建立了能模拟短期和长期注二氧化碳过程的井筒双重非稳态耦合模型。采用温度和流速双重迭代算法进行数值求解,并完成实例验证和相关理论分析。计算结果表明:新模型能较准确地计算注二氧化碳井筒温度、压力值;摩擦生热项在较大摩阻梯度下不能忽略,而焦耳-汤姆森效应和储层岩性的影响可以忽略。修正后的新模型还可用于预测水力压裂等工艺过程井筒温度分布。     

X80钢HAZ相变Leblond模型参数的初步研究

Leblond相变模型可以把HAZ所经历的热循环和发生的相变过程相联系,因此可以用于HAZ相变的计算。根据进口X80级管线钢的试验结果,提出了X80钢的Leblond相变模型参数。然后通过SYSWELD数值模拟软件,利用Leblond相变模型,对X80钢各组织的相变过程、X80钢的SH—CCT图以及不同工艺条件下焊件的HAZ的相变过程进行了计算,计算结果与试验情况吻合,证明提出的X80钢Leblond模型参数可以用于实际计算。     

Heat Transfer Analysis for Gas-to-Liquids Transportation Through Trans Alaska Pipeline

Gas-to-liquids (GTL) technology involves the conversion of natural gas to liquid hydrocarbons. In this article, theoretical studies have been presented to determine the feasibility of transporting GTL products through the Trans-Alaska Pipeline System (TAPS). To successfully transport GTL through TAPS, heat loss along the route must be carefully determined. This study presents heat transfer and fluid dynamic calculations to evaluate this feasibility. Because of heat loss, the fluid temperature decreases in the direction of flow and this affects the fluid properties, which in turn influence convection coefficient and pumping power requirements. The temperature and heat loss distribution along the pipeline at different locations have been calculated. Fairly good agreement with measured oil temperatures is observed. The powers required to pump crude oil and GTL individually, against various losses have been calculated. Two GTL transportation modes have been considered; one as a pure stream of GTL and the second as a commingled mixture with crude oil. These results show that the pumping power and heat loss for GTL are less than that of the crude oil for the same volumetric flow rate. Therefore, GTL can be transported through TAPS using existing equipment at pump stations.