寒区多相混输原油管道停输过程数值模拟

为避免凝管事故发生,需要对管道停输过程周围土壤温度场以及原油进行热力计算,确定管道允许停输的安全时间。建立寒区多相混输管道的停输模型,该模型不仅考虑水分结冰和原油凝固相变对传热过程的影响,而且考虑了水分在土壤多孔介质中和管内原油的自然对流。通过分析寒区埋地管道停输传热建立的埋地管道停输过程数学模型,使用数值方法模拟了多种混输工况对停输安全时间的影响。     

埋地含蜡原油管道停输后管内原油温度场变化规律研究

为准确把握埋地含蜡原油管道停输过程中管内原油温度场的分布和温降规律,建立了合理的管道-土壤-大气环境耦合的物理模型。综合考虑管内原油在停输过程中物理性质随温度的变化,以及析蜡过程中释放的析蜡潜热的影响,数值模拟埋地含蜡原油管道停输后管内原油温度场的分布以及温度变化过程,分析影响原油温降和温度场分布的因素。结果表明,管内原油初始油温越高,到达凝点时间越长,允许停输时间就越长;外界空气环境温度越高,管内原油与其温度差越小,管道散失的热量就越少,温降越缓慢;土壤的导热系数越大,热量在土壤中的传递速度越快,温降越快,保温效果越差。     

冻土区埋地热油管道停输温降数值模拟

针对多年冻土区埋地热油管道运行环境特点,建立管道停输时非稳态传热模型,利用FLUENT软件数值模拟了不同季节管道停输过程中大地温度场及管内油温随时间的变化规律,结合"焓-多孔度"技术,考虑了凝固潜热和自然对流换热对温降的影响,对管内原油凝固演化过程进行仿真。确定了合理停输时间,为管道安全启动提供理论指导。     

环境变化对热油管道运行过程的影响分析

分析了受大气温度年变化的影响,土壤自然温度场和埋地热油管道运行温度随季节的变化呈现周期性变化规律。对于东北原油长输管网,还研究了寒流对埋地热油管道周围土壤温度场的影响,并分析了寒流持续时间超过滞后时间后寒流对热油管道运行温度产生的影响。     

原油管道热损失计算

热油管道在反输、停输及启动过程中,管内原油与土壤中的热力平衡状态被破坏,油温及土壤温度将重新分布。事实上在热油管道运行时,仍然存在着这样的非稳定热损失过程。在充分考虑大地恒温层、热油管道对大地温度场影响范围的基础上,建立了管道运行时的非稳态简化物理模型及相关的数学模型,并编制了模拟计算软件。同时以大庆——哈尔滨埋地输油管道为例,计算得出了管道的单位长度热损失结果,其值基本达到工程计算的要求。     

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。     

基于有限元法的含蜡原油管道停输过程温降数值模拟

含蜡原油在管输过程中不可避免地会发生停输情况,随着管内原油温度降低至凝点以下,会出现凝油层导致凝管现象,严重影响管道安全经济运行,因此有必要研究含蜡原油管道停输过程的温降问题。在原油管道正常运行工况的基础上,考虑蜡沉积现象,建立了含蜡原油管道停输传热模型。采用温度场三角形单元格划分→离散→合成有限元这一有限元法求解思路对模型进行数值求解,讨论了在不同停输时间管道温降的变化规律。通过对管道温度场计算结果进行分析可知,管道对周围环境温度场的影响随着离管道距离的增大而逐渐减小;在不受热影响的外部区域,温度场等温线近似为一组波动的平行线。该研究成果提供了一种简单易行、准确可靠的温降模拟计算模型,为蜡质原油停输后再启动过程的方案制定提供了关键数据的采集方法。     

西北地区埋地输油管道泄漏三维数值模拟研究

以西北某热油管道为例,利用有限容积法建立三维流动传质数学模型,模拟油水在埋地管道周围土壤中的两相流;再利用CFD软件,分别模拟冬季不同位置的输油管道发生泄漏后周围土壤温度场的变化和泄漏油品在土壤中的扩散情况。模拟结果表明:在输油管道发生泄漏前,管道周围已经形成了比较稳定的温度场;管道泄漏初期,大地温度场变化迅速,并很快形成一个热影响区域;泄漏一段时间后,先锋油品移动速度减小,油品开始向管道上方和下方扩散;不同的泄漏位置,周围的大地温度场也在变化,泄漏油品在土壤中呈现形状各不相同的扩散分布。     

裸露输油管道保温层对停输温降的影响

热油管道在运输过程中不能避免停输,由于没有土壤保温,其保温层对停输至关重要。根据东北地区裸露输油管道实际运行情况,建立了输油管道停输温度场的物理模型,利用CFD软件分别对保温层失效前后的温度场进行了停输模拟,得到稳态和非稳态下温度场分布规律。模拟结果表明:保温层失效后温度变化率远大于失效前的温度变化率,失效后管道中心与管壁附近油流温差较大,安全停输时间由失效前的9 d降低到失效后的7 h。     

埋地输油管道非稳态热力计算模型研究

埋地输油管道在运行中不可避免地会遇到停输问题，油管内原油与土壤中的热力平衡状态被破坏，油温及土壤温度将重新分布，这直接影响管内原油温降情况，需研究这一非稳态热力过程，针对新疆塔中油田埋地输油管道，分析非稳态热力过程，建立了埋地管道传热计算模型，此数学模型与传统模型相比，充分考虑到大地本身恒温层对埋地输油管道传热的影响，把半无界域化为有界域，大大提高了计算结果的精确度，经过实例比较，该数学模型建立基本正确，符合实际工况，精确性较高，可直接应用于工程计算中。     

埋地液态CO_2管道沿线土壤温度场分布规律研究

对埋地液态CO_2管道沿线土壤温度场的分布规律进行了研究,分析了季节及管道输量、埋深、起点温度变化等因素对土壤温度场分布规律的影响。结果表明:埋地液态CO_2管道在其周围形成环状温度场,内层温度较低,外层温度较高;随着输送里程的增加,低温温度层的温度逐渐升高;管道周围土壤等温线在冬季表现为上疏下密,夏季表现为上密下疏;管道埋深越大,起点温度越低,管道周围低温层越厚,而远离管道的温度层受影响较小;CO_2输量变化对土壤温度场分布的影响相对较小,随输送距离的增加,可对管道周围的低温层产生一定的影响。     

埋地输油管道非稳态热力计算数值求解方法

埋地输油管道在运行中不可避免地会遇到停输问题,这时油管内原油的粘度随油温下降而升高,当油温降到一定值后,会给管道的再启动带来极大的困难,甚至造成凝管事故,所以急需研究这一非稳态热力过程。针对新疆埋地输油管道停输问题,分析非稳态热力过程,建立了埋地管道停输时的传热计算模型,给出了埋地管道传热微分方程,并采用有限差分数值法求解上述传热微分方程。经过实测比较知：该数学模型基本正确,数值求解结果与实测值符合较好,精确性较高,可直接应用于工程计算中。     

原油长输管道顺序输送动态传热特性研究

长输管道冷热原油顺序输送是为了使冷油通过后热油也能安全地通过管道输送进站,因此对于周围环境的土壤温度场具有严格的要求。以传热学和流体动力学理论为指导,建立长输管道中的流体流动与传热的基本模型,再利用数值模拟,对长输管道冷热原油顺序输送时不同轴向位置的土壤温度场和轴向油温间的对应关系进行相关拟合研究。结果表明:当管道输送的原油量较小时,输送距离超过相关值后,管道沿线不同位置的温度近似保持一定值;而当管道冷热原油顺序输送时,由于油温不断交替变化,使得管道内油温及周围环境的土壤温度场随之不断周期性变化,但会发生空间滞后性,并且在输送热油时,由于管道受之前运送冷油的温度影响,热油头进站温度达到最低值,这是在编制安全运行方案时应重点考虑的因素之一。     

裸露管线停输温降规律数值模拟

热油管道在运行过程中难免遇到停输,裸露管线因为没有土壤的保温作用,往往成为停输的关键。针对裸露管线的热力特性,利用CFD软件进行了停输模拟,为了更真实地模拟停输过程,先进行了停输前管道内的温度场计算,在此基础上进行停输模拟。分别针对环境温度不变和变化进行了两次模拟。模拟结果显示,不考虑环境温度变化时,停输时间为8d,考虑环境温度变化时,管内温度场比不变时要高,停输时间要长。研究结果为实际管道间歇输送方案提供指导依据。     

埋地热油管道周围温度场数值模拟

埋地热油管道周围的温度场是热油管道运行的重要参数之一，本文建立了埋地热油管道周围土壤温度场的物理模型，并用ANSYS软件对管道周围的温度场进行数值模拟。通过和实验结果对比表明该方法能准确的计算管道周围温度场的分布，同时也能求解出管道周围中任意点在整个运行周期中的温度变化情况。     

埋地集油管道周围径向土壤温度场数值模拟

对埋地集油管线进行传热分析，并建立管线周围土壤的温度场模型，采用有限元法编制程序，对裸管和保温管线进行了模拟计算，并且绘制了土壤温度场的等温线和彩云图。模拟计算结果表明，接要求进行保温后，集油管道对土壤温度场影响很小。     

不同季节海底输油管道运行分析

由于海水温度年周期变化,为了降低输油成本并评价不同季节管道最大允许停输时间,需要对管输原油的沿程温降曲线和管道停输时间进行数值模拟研究。本文建立了海底输油管道热力数学模型,并编制软件进行了求解,计算了管道在不同季节管输原油的沿程温降曲线和最大允许停输时间。通过计算结果分析可知,不同季节对停输降温过程有很大的影响,随着海水温度的降低,原油降温加快,因此建议管道维修在夏天进行。     

MATLAB语言在黄青热油管道输送技术中的应用

本文对黄青热油管道启输后土壤温度场的建立和末站进站油温的变化进行研究,采用MAT-LAB语言进行编程,得到相应土壤传热系数变化曲线和末站进站油温变化曲线,并确定黄青热油管道的安全停输时间。     

多年冻土地带等温原油管道周边土壤温度场浅析

为预测多年冻土地区原油管道对周边土壤温度场变化的影响,用ANSYS有限元软件模拟分析原始地层、无保温层、不同厚度保温层敷设方式下管道周围土壤温度场未来30年的变化规律.结果表明:模拟的原始地层土壤温度分布规律与现场测量数据吻合较好;季节性活动层深度为2.28m,与当地资料2.2～2.4m一致;地表以下8m处土壤温度冬季达到峰值,表现出温度传递延时性.无保温层状态下,管道埋地敷设后第一年周边土壤融化速率最大,随后3年逐年减小,第十五年达到平衡;无保温层时最大融化深度为管道下方4.5m;管道侧面影响范围为12m;施加保温措施后,管道周边土壤平均温度降低,季节性升降幅度增大,管道周边冻土的融化圈减小.     

基于胶凝原油可压缩性的含蜡原油管道停输再启动模型研究

基于胶凝原油可压缩性的影响,建立适用于含蜡原油管道的停输再启动模型,研究含蜡原油管道在停输再启动后的流动规律,对比不考虑胶凝原油可压缩性的停输再启动模型与加入了胶凝原油可压缩性影响因素的模型区别,分析了胶凝原油不同压缩性对停输再启动过程的影响。结果表明:建立含蜡原油管道停输再启动双流体驱替模型时,合理考虑胶凝原油的可压缩性因素,相较与不考虑可压缩性模型能更准确地预测含蜡原油管道的停输再启动过程;胶凝原油的可压缩性对管道停输再启动过程的影响作用不可忽略,当无量纲压缩系数为3.606×10-6时,管道完成重启需要的质量流量比不考虑可压缩性模型高17.6%,管道完成重启所需的时间缩短了12%;在注入流体(ICF)区域,管道内压力分布的斜率随着时间的增加而逐渐增大,而在胶凝原油(OGF)区域,由于随时间变化的屈服应力衰减,压力分布的斜率随着时间的增加而逐渐减小。