热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时,通常将热力非稳态工况近似按稳态处理,这使得计算结果与实际情况偏差很大,不能客观地反映实际工况。在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上,提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型。采用双特征线法求解管内油流参数,用有限单元法求解管外土壤温度场,并编制了相应的计算程序。利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TLNET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算。结果表明,该模型比较合理,可用于热油管道非稳态工况的计算。     

冷热原油顺序输送过程的热力分析

建立冷热原油顺序输送过程的数学模型,将该过程中的水力系统视为准稳态,考察非稳态的热力系统。采用有限差分法求解热力特征方程从而求得管内非稳态的油流温度,用有限元法与有限差分法求解导热方程从而求得管外非稳态温度场。模拟冷热原油顺序输送过程并对模拟结果进行分析。结果表明:对周期性的冷热油顺序输送,其热力表现也呈周期性;一个输送周期中,两种油品相互取代过程的热力表现相反;交替输送冷热原油时,热油头首次到达下站进站口时的温度是该输送方式的安全临界温度,须保证其高于热油的凝点。     

埋地热含蜡原油管道的非稳态传热问题

我国生产的原油大多为含蜡原油，加热输送是含蜡原油的主要输送方式。埋地热含蜡原油管道的运行中涉及若干复杂的非稳态传热问题。从管内原油传热（内部传热）和管道与外部环境的传热（外部传热）两方面，分析和总结了含蜡原油管道非稳态传热问题的研究现状，介绍了管道在土壤中传热的影响因素，比较了其各种解析和数值解法，阐述了管道停输状态下管内含蜡原油相变传热的规律及研究方法，讨论了非稳定流动状态下管内油流的水力—热力耦合问题及求解方法，指出了埋地热含蜡原油管道的非稳态传热方面需进一步研究的问题。     

原油差温顺序输送管道温度场的数值模拟研究

原油差温顺序输送管道的温度场不同于输送单种原油的热油管道,探明其规律有助于管道的设计和运行方案的制定.建立了非稳态传热的数学模型,采用有限容积法和热力特征线法相结合的数值算法进行了求解.用国内某差温顺序输送原油管道的现场实测数据对编制的计算程序进行了检验.受原油种类和出站温度交替变化的影响,油流温度场和土壤温度场均呈现出周期性变化的特点;不同位置温度的变化周期相同,但可能存在滞后时间;停输时机不同,管道的安全停输时间可能不同.     

埋地热油管道稳定运行条件下热力影响区的确定

建立了埋地热油管道热力影响区的数学模型，并用有限元法进行了求解。在此基础上，对地温、管内油温、管道直径、管道埋深和土壤导热系数等参数与管道水平方向热力影响范围的关系进行了定量分析，分别计算了直径为426，720mm的管道在地温为22，15，8℃条件下水平方向的热力影响范围。结果表明，在其他条件相同时，地温越低、管道直径越大或者油温越高，管道水平方向热力影响范围越大。在热油管道通常的埋深范围(1．2～1．8m)内，埋深变化时，水平方向热力影响范围差别不大。计算结果与现场实测结果吻合，从而验证了所建模型的合理性。     

热油管道停输过程中土壤温度变化规律研究

由于热油管道的计划检修和事故抢修都在管线停输情况下进行，停输后，管内存油油温不断下降，存油黏度随油温下降而增大，存油黏度上升到一定值后，会给管道再启动带来极大的困难，甚至会造成凝管事故。为此，为了确保安全经济地输油，研究了管路停输后的管内油品及周围土壤温度场的变化规律，确定允许停输时间。根据热油管道停输后油品和管道周围土壤的热力变化工况，提出了土壤温度场传热定解问题，并通过运用数学分析法（保角变换、拉普拉斯变换）对其进行数学求解，得出土壤温度场的解析式。该解析式的计算值比由源汇法及当量环法所得到的解析式的计算值更接近于实际测量值。编制了相应的软件，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。     

集中供热管网的非稳态水力建模与动态响应分析

建立了单个供热管段的非稳态水力模型,导出了该非稳态水力模型的解析解,分析了管道长度、管径、进出口压差变化时管道流体的动态响应特性.当单个管道的进出口压差变化相同,管道的长度越长、管径越大时,管道的流量响应时间越慢;对于相同规格的管道,当管道的进出口压差变化越大时,管道流体的动态响应速度越快.在单个管段的非稳态水力模型的基础上,结合图论的方法建立了集中供热管网的非稳态水力模型,并构建了该模型的数值求解方法.该模型考虑管网运行调节时阀门开度或水泵转速改变等影响动态响应时间的因素,提出的非稳态水力模型和求解方法为热网进行频繁、大范围水力工况调节过程中各热力站流量的动态响应分析提供了支持.对一个实际热网的动态水力进行了分析,结果表明:当热网中的阀门开度不变、热源泵转速发生变化时,距离热源越远的热力站的流量动态响应时间越长;同样地,当热网中热源泵的转速不变、改变某一热力站的阀门开度时,距离热源越远的热力站的流量动态响应时间越长.     

埋地热油管道稳定运行条件下热力影响区的确定

建立了埋地热油管道热力影响区的数学模型 ,并用有限元法进行了求解。在此基础上 ,对地温、管内油温、管道直径、管道埋深和土壤导热系数等参数与管道水平方向热力影响范围的关系进行了定量分析 ,分别计算了直径为 4 2 6 ,72 0mm的管道在地温为 2 2 ,15 ,8℃条件下水平方向的热力影响范围。结果表明 ,在其他条件相同时 ,地温越低、管道直径越大或者油温越高 ,管道水平方向热力影响范围越大。在热油管道通常的埋深范围 (1.2～ 1.8m)内 ,埋深变化时 ,水平方向热力影响范围差别不大。计算结果与现场实测结果吻合 ,从而验证了所建模型的合理性     

热油管道停输过程中土壤温度变化规律研究

由于热油管道的计划检修和事故抢修都在管线停输情况下进行 ,停输后 ,管内存油油温不断下降 ,存油黏度随油温下降而增大 ,存油黏度上升到一定值后 ,会给管道再启动带来极大的困难 ,甚至会造成凝管事故 .为此 ,为了确保安全经济地输油 ,研究了管路停输后的管内油品及周围土壤温度场的变化规律 ,确定允许停输时间 .根据热油管道停输后油品和管道周围土壤的热力变化工况 ,提出了土壤温度场传热定解问题 ,并通过运用数学分析法 (保角变换、拉普拉斯变换 )对其进行数学求解 ,得出土壤温度场的解析式 .该解析式的计算值比由源汇法及当量环法所得到的解析式的计算值更接近于实际测量值 .编制了相应的软件 ,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     

基于大数据挖掘的热油管道闭环安全生产体系

长输加热原油管道运行工艺复杂,安全生产与优化相互矛盾,且存在管道沿线油温理论计算误差大,管壁结蜡评估难度大等问题。本研究利用管道实际生产数据,基于数据挖掘算法从热力和水力两个方面,构建了热油管道闭环安全生产体系。其中热力系统是利用BP神经网络,ARMA和Seq2Seq算法模型,建立稳态和非稳态油温预测模型,预测误差小于0.5℃。水力系统则是通过分析管道清管后一定时间内管道摩阻,利用MEA-BP神经网络建立管道标准摩阻预测模型,可对高含蜡热油管道管壁结蜡情况进行有效评估。建立摩阻数据库,利用高斯公式,对历史摩阻数据进行分析,设置历史摩阻数据的90%、95%为预警值和报警值,有效监控由于管道结蜡等引起的长周期摩阻变化。将研究成果应用于指导HY热油管道工艺调整,实现节能达92.4%。基于生产数据建立的油温预测模型,构建的热油管道闭环安全生产体系,具有很好的适用性,为未来管道智能化控制奠定了基础。