含特殊管段的含蜡原油管道热力计算与分析

针对含蜡原油长输管道管内外情况均十分复杂的特点,详细研究了含特殊管段的含蜡原油长输管道,利用有限元法对热油管道处于不同工况下的热力模型进行了求解,并在计算过程中对特殊管段进行了巧妙的处理,最后通过算例详细分析了特殊管段对处于不同工况的原油管道热力特性的影响。结果表明,结蜡层的存在会使处于正常运行管道中的原油散热能力减弱,但却会使停输管道内的原油温降速率增大;而管道沿线浸水段的存在,不仅会使管道正常运行中末端油温偏低,还可能使管道在停输中中间浸水段的油温远远低于末端温度,严重影响对停输管道顺利再启动的判断。     

热油管道工艺计算的等长度离散法

在热油管道输送的工艺计算中,采用由进出站温度求平均的方法来计算热粘油的其它相关物性参数,如果进出站油温相差较大,则由此方法计算的热粘油物性参数值误差较大。从提高工艺计算的精度上进行考虑,提出了热油管道工艺计算等长度离散的处理方法,按长度分段进行,逐段计算并给出了计算管段的迭代处理过程。通过算例进行了数值模拟,结果表明本文方法正确可靠,计算精度较高。     

含蜡原油在模型环道中温度场的数值模拟

结合室内模型环道装置进行蜡沉积实验,应用Fluent软件对环道测试段温度场进行数值模拟计算。模拟了不同壁温、油温条件下管道轴向不同位置内管壁的径向温度场,利用等效导热系数的方法对不同蜡沉积层厚度下管道内管壁的温度分布进行模拟。模拟结果表明,油温与壁温间温度差、蜡沉积层厚度均会对内管壁处温度梯度产生影响;油温与壁温间的温度差越大,内管壁处的温度梯度越大;随着沉积层厚度增加,保温效果变得明显,内管壁处的温度梯度减小。随着轴向位置距离的增加,内管壁的温度梯度值呈现减小的趋势。     

含蜡原油热输管道管壁结蜡厚度的计算

根据石蜡沉积机理,考虑到在含蜡原油热输管道的实际运行中油温高、热流强度大、油流粘度比较小、剪切弥散的作用非常小,因此石蜡在管壁处的沉积主要是由于分子扩散形成的。应用Fick扩散方程来计算石蜡沉积扩散速率,并根据含蜡原油比热容随温度变化的一般规律,采用热力学与动力学相结合的方法推导出了计算含蜡原油热输管道管壁结蜡厚度的计算公式,并用对分法对公式进行求解,得到了管壁结蜡厚度与运行时间以及输送距离之间的关系,并画出了其关系曲线。采用该计算方法能够计算出任意时刻管道沿线任一点处的管壁结蜡厚度,模拟了沿管线长度管壁结蜡厚度的分布规律。此方法为确定管道的经济清蜡方案及保证管道安全运行提供了一定的理论依据。     

含蜡原油结构抑制机理研究

基于含蜡模拟油加抑制剂GY1前后的特征温度、流变参数、析蜡量及微观结构的实验分析,研究含蜡原油结构抑制机理.结果表明:①抑制剂GY1不能阻止蜡结晶与晶核的形成,反而使析蜡量有所增加;②对于含粗晶蜡的模拟油,抑制剂GY1将阻碍其蜡晶生长,使蜡晶尺寸变小、非对称性增大,进而增强蜡晶颗粒相互作用与连接趋势,宏观表现为降凝与降粘效果差;③对于含微晶蜡的模拟油,抑制剂GY1有助于其蜡晶的聚集生长,使蜡晶尺寸变大、表面结合力降低,进而抑制蜡晶颗粒相互作用与连接趋势,宏观表现为降凝降粘效果显著;④含蜡原油结构抑制的机理就是使蜡晶颗粒聚集变大、提高其对称性、降低其分散度、抑制其相互作用与连接的机理.     

含蜡原油管道化学防蜡剂研究进展

化学防蜡剂广泛应用于含蜡原油采输领域,为含蜡原油采输过程安全高效运行提供重要保障。目前已经开展了很多关于化学清蜡基础实验研究以及数值模拟研究,对化学防蜡剂的类型、作用机理及其应用范围进行了探究。常见的化学防蜡剂主要有稠环芳烃型防蜡剂、表面活性剂型防蜡剂、高分子聚合物降凝剂型防蜡剂以及新型纳米粒子防蜡剂,它们通常通过水膜理论或蜡晶改性理论防止蜡晶发生联合和沉积。其中,稠环芳烃型防蜡剂、表面活性剂型防蜡剂、高分子聚合物降凝剂型防蜡剂存在环境友好性差、环境适应性差或经济性差等缺点。今后的研究重点应该是探索绿色、高效且通用的化学防蜡剂,利用纳米粒子提高防蜡剂的性能,并且继续探索更加环保的化学防蜡剂。     

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。     

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。     

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。     

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。     

热油管道工艺的数值计算

以往热油管道的工艺计算大多采用是平均温度法。由于该方法的热力及水力计算是在一个确定的平均温度基础上进行的，且在该温度下将与油流温度相关的物性参数视为定值，与实际热油管道的温降规律不相符合。其计算结果也与工程实际存在着较大偏差。为提高计算精度，充分考虑了油流温度对物性的动态影响，同时计入了摩擦热对沿程温降的影响，并运用数值积分的方法进行了求解。计算结果表明该方法可满足一般管道工程计算的精度要求。     

不同埋深热油管道数值计算

在热油管道的输送过程中,管道埋深对其周围土壤温度场有很大影响,而且管道附加的保温层对管道自身的热力特性也产生影响。研究了不同温度、不同埋深下附加保温层的热油管道与其周围土壤温度场的关系。热油管道埋地深度越深,受地表温度影响越小。结果表明,在夏季,管道埋地越深,输油前土壤温度越低;稳定输油之后,埋地较深的管道其外壁温度比埋地较浅的管道低;在冬季,管道埋地越深,输油前土壤温度越高;稳定输油之后,埋地较深的管道其外壁温度反而比埋地较浅的管道高。因此,保温层应选取经济厚度,以期达到优化管道输送油品的温度、降低能耗、提高经济效益的目的。     

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。     

含蜡原油管道摩阻系数的辨识计算

基于反问题分析方法,以最小二乘准则为终止条件,根据原油管道不稳定过程的压力实测数据,采用Levenberg-Marquardt方法辨识含蜡原油管道站间摩阻系数。应用特征线法直接计算摩阻系数敏感度Jacobian矩阵,并通过算例比较了采用平均摩阻系数法、公式计算摩阻系数法及辨识算法计算的原油管道中间点压力值与实测值的偏差。结果表明,采用辨识方法求解的管道沿线摩阻系数能够对管道沿线压力流量值进行较好的估计。     

埋地热油管道停输三维非稳态传热过程的数值模拟

针对埋地热油管道停输过程进行研究,结合有限差分法和有限容积法建立埋地热油管道正常运行及停输过程的非稳态传热模型,考虑了管道正常运行及停输过程中管内原油粘度,密度,比热,导热系数随温度的变化关系,同时考虑了停输过程原油凝固潜热对温降的影响,地表温度采用周期性边界条件,数值模拟了埋地热油管道运行至第二年3月末停输温降过程。研究表明,随着停输时间的延长,管道沿线各截面处管内原油固化过程各异且土壤温度场变化明显,确定合理停输时间,为管道安全启动提供理论指导。     

基于雷-菲法的油气管道可靠性分析

影响管道安全可靠性的因素众多且具有随机性,因此直接求解极限状态方程比较困难。应用雷-菲法,求解过程简便且精度高。基于可靠性理论和B31G—1991标准,综合考虑腐蚀缺陷长度、径向缺陷深度、腐蚀速率、壁厚、管材屈服强度、管线内压等可靠性影响因素的随机性,应用雷-菲法建立腐蚀管道可靠性评价模型,编制了相应的计算程序。计算结果表明,缺陷深度是管道失效的主要影响因素;管道的可靠性指数随缺陷长度、缺陷深度、径向腐蚀速率的增加而降低,随着管材屈服强度的增加呈线性增加,随内压的增加迅速减小。     

基于混合BP神经网络的原油管道电耗预测研究

原油管道电耗的准确预测能够用于控制原油管道耗能水平,充分挖掘原油管道输送系统的节能潜力。实际采集到的原油管道运行数据具有波动范围大的特点,且存在严重的噪声干扰和信息冗余,对精确预测管道电耗造成不良影响。为解决上述问题,提出一种基于混合神经网络的电耗预测模型。利用自适应噪声的完备集成经验模态分解,对原油管道日运行数据进行分解;利用主成分分析对分解后数据做降维处理;利用改进粒子群算法调节神经网络结构参数;使用该模型预测某原油管道电耗,并与常见的几种预测模型展开对比。结果表明,分解算法能够提高模型预测精度;该混合神经网络模型预测精度最高,其测试集的平均绝对误差为5.394%,较使用分解算法前降低39.200%。     

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.     

数控周期增量抛物线插补方法

介绍了一种周期增量抛物线数控插补方法。该方法能够进行跨象限的抛物线加工，其插补计算误差小于半个最小插补单位，抛物线一次插补长度可达８０ｍ，插补进给速度可以自动实时调整。设计了抛物线数控插补软件，进行了试件的切削加工，证明了本插补方法的正确性和插补软件的可靠性。