原油管道输送过程的热分析

由热量传递关系导出了原油管输过程不同性质热量计算公式,研究了输送过程原油损失热、释放热、油流摩擦热及其组成比例与输量或输送速度的关系.结果表明,油流摩擦热并非为输量增大后吨油输送耗热量降低的唯一原因,原油管中通过时间的缩短降低了输送过程单位质量沿线损失热.通过时间缩短且同时摩擦热增大的共同影响是输量增加后热经济性明显提高的主要原因.管道总损失热则与单位质量情况不完全相同,它取决于散热环境和油地温差,优化加热方案并使油地温差维持在合理水平,也可使总损失热随输量增大而有所降低.     

埋地热油管线间歇输送技术研究

原油管道低输量情况普遍存在。当管道输量低于允许最低输量时,如能采用间歇输送工艺则可以有效解决这一难题。在间歇输送过程中如果停输时间过长,管道内原油温度降低到一定值后,就会给管道的再启动带来极大的困难,甚至造成凝管事故。根据铁岭-大连管道的热力及水力特征建立了埋地管道间歇输送温降数学模型、再启动温升数学模型和再启动压力数学模型。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。以鞍山到大石桥、大石桥到熊岳两段管道为例进行停输和再启动过程模拟计算。结果表明,当俄油输量为23 300 t/d,出站温度为45 ℃时,该管道在冬季的间歇输送方案是停输8天后再启动输油2天,可保证管道安全过冬。该方案成功地在铁岭-大连管道得到应用。     

中原油田老区管道低输量输送方案优化的研究

针对中原油田管道实际输量低于最小安全输量的问题,以运行条件最差的A管线为研究对象,利用Pipephase软件建立管输模型,并对掺水后输送低含水原油、设置中间加热站、掺入伴生气后油气混输3种输送方案的可行性进行模拟分析.结果表明,掺水后输送低含水油方案和设置中间加热站方案是解决外输管道低输量问题的可行方案.由经济性对比可知,掺水输送方案中,管输原油含水率为30％ 时,比设置中间加热站方案节能10％ 以上.基于可行性模拟结果和节约能耗的要求,推荐不满足最低输量要求的管道采用输送低含水原油的方案.     

冷热原油交替输送土壤温度场重建研究

建立冷热油输送管道的土壤截面模型,利用CFD软件模拟夏冬季节冷热原油交替输送土壤温度场的变化情况,以及再次改输热油时温度场的重建情况。模拟结果表明,冬季改输冷油后热油管道形成的温度场120h基本被破坏;夏季改输冷油后热量消耗缓慢,由于地温较高,可继续对冷油放热,温度场不能完全被破坏。当冬季土壤温度场被破坏,再次输送热油时,需要提高热油温度,以保证输送安全。以长吉输油管线冬季情况为例,输冷油240h后土壤温度场完全被破坏,再次输送热油时,将出站热油提高到53℃,输送30h后,即可以恢复到先前的稳定热油温度场。在实际输送过程中,可以把交替输送中的温度场变化作为确保输送安全的参考依据之一。     

原油管道热经济性动态评价

基于热传导理论和优化分析方法,提出了原油管输过程热经济性定义、评价参数、评价方法,并实例介绍了建立动态评价曲线的过程,讨论了评价曲线的特点.评价曲线基于优化分析结果.应用评价曲线可以确定热经济性良好的输量范围,预测经济加热耗油指标,动态评价当前输量下管道总体热经济性程度,动态评价输送方案的合理性,并及时动态提出优化调整方案.根据全线实际加热耗油量,还可动态评估热站的综合运行效率.误差分析则表明,在评价曲线输量范围,即使土壤含水率和导热系数较大,输量变化对K值从而对评价曲线的影响是有限的,应用基于反算K值建立的动态评价曲线是可行的.     

大庆-俄罗斯混合原油流变规律实验研究

采用差示扫描量热和流变测试方法对大庆-俄罗斯混合原油的凝点、黏度、触变性、屈服值和析蜡特性进行测试分析。结果表明:相比于大庆原油,混合原油的流变性有所改善,随掺混俄油比例的增加,混合原油的析蜡点、析蜡峰温和含蜡量均呈下降趋势,导致其凝点、表观黏度、屈服值降低幅度逐渐增大,触变性明显减弱。庆-俄油混合比例为4∶4时,与大庆原油相比,混合原油的析蜡点降低7.9℃,析蜡峰温降低6.1℃,含蜡量降低13.9%。此时,混合原油平均降凝率为50.0%,不同剪切速率下的平均降黏率为96.3%,触变实验中的剪切应力总衰减率为14.0%,屈服值衰减率为97.0%。根据DSC测试结果,掺混俄油后不仅仅降低了原油含蜡量,同时也改变了蜡的结晶特性,这是导致混合原油流变性改善的主要原因。     

基于PHOENICS的原油顺序输送管道混油数值模拟

建立了原油顺序输送混油模型,利用PHOENICS软件进行了数值模拟,并得出了混油浓度变化图象和曲线.表明在原油管道顺序输送过程中粘度差的影响,给出了不同管道倾角条件下浓度场的分布;同时也验证了停输时,密度大的油品在管道下方所形成混油段长度无明显增大现象且小于油品以相反的方向输送时所形成的混油段长度.研究结果对于减少停输工况下的混油与停输再启动混油界面的跟踪与切割具有理论指导意义.     

降凝剂在稠油输送中的应用

随着油田开发进入后期, 一些已建管道输量低于管道的最小起输量, 末站进站温度低于油品的凝点,无法满足管输的要求, 可通过选取合适的降凝剂, 降低油品的凝点, 满足油品管输需求。采用原油加降凝剂输送的方法, 可在不新建加热站的情况下节约输送成本。为了筛选降凝剂并确定降凝剂的注入量, 进行了实验研究。研究 结果表明, 选择质量分数为5 0μ g / g的CN 1 - 6H 9 1降凝剂时, 混合原油的凝点从1 5. 0℃下降至4. 0℃, 低于进站温度, 可满足管输要求。     

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。     

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。     

燃料油移动加温系统一站加温输送距离的计算

为了优化计算燃料油应急加温输送管线系统中移动加温系统布设位置,依据移动加温系统的工艺参数,采用分段逼近法进行裸露钢质管线加温输送燃料油的温降和压降计算,分析风速对裸露钢质管线的传热影响,得到严酷条件下燃料油移动加温系统的一站加温输送距离,为燃料油应急加温输送决策提供依据。     

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     

稠油热采过程中余热资源的高效回收与利用

针对稠油热采过程中大量低温余热资源的浪费问题,提出了利用热泵技术回收油田污水余热用于稠油伴热管道输送的工艺,并运用Matlab-Simulink软件对该工艺进行了动态仿真模拟,得到了工艺系统的制热系数。研究结果表明,该工艺系统的制热温度可达75℃,能满足稠油输送伴热水温度的要求,且系统平均制热系数为3.5。在此基础上,还进行了能耗分析。分析结果表明,所设计的基于热泵技术的余热回收系统可比锅炉加热方式节省标煤17t/a,减少向空气中排放的污染物0.714t/a,具有非常大的经济效益和环境效益。     

考虑土体阻力增长的管线轴向步进理论解

深海管线是海洋石油开采系统中重要的石油输送结构.为保证石油的流动性,在输送石油时需要对管线进行加热.管线在温度荷载循环加载的过程中会产生管线的轴向步进,使得管线出现整体性位移,严重威胁管线系统的安全.管线的一个荷载循环周期会持续很长时间,在此期间管线周围土体强度上升,管线在整个循环周期内受到的土体阻力并非定值.本文通过理论研究,分析土阻力变化前后的管线轴力分布曲线,推导了考虑单次荷载循环中土体阻力变化后轴向步进的理论解,并采用所推导的解析解对工程算例数据进行分析和计算.     

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     

埋地热油管道停输径向温降规律研究

热油管道的计划检修和事故抢修是在管线停输情况下进行的.停输后,管内存油油温不断下降,存油粘度随油温下降而增大,当增大到一定值后,会给管道再启动带来极大的困难,甚至会造成凝管事故.热油管道不仅存在轴向温降,而且还存在径向温降.为了确保安全经济地输油,在得出停输后轴向温降规律的基础上,还必须研究管路停输后的径向温降情况,以便更准确地确定允许停输时间.根据热油管道停输后油品轴向温降公式和径向传热规律,提出了传热定解问题并对其进行数学求解,得出了管道中油品径向温度的解析解,并编制了相应的软件,从而为更合理地确定在不同季节安全停输时间提供了科学计算依据.     

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。