用数值积分方法计算埋地热油管道的轴向温降

研究了埋地热油管道中油品流态变化时所对应的临界温度的求解方法,提出用临界温度来判断埋地热油管道中流态和流型的变化情况。在考虑原油物性和总传热系数随温度变化以及摩擦生热的基础上建立了埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型,并研究了数学模型的求解方法,提出了求解埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型的步骤,由于模型中考虑了原油物性和总传热系数随温度的变化,因此,利用此方法的计算结果更接近于实际。     

大气温度年周期性变化对集油管道温降的影响研究

油田集油管道的温降计算是否准确直接影响到油田能耗的高低及油田集输管道的安全性。建立了土壤自然温度场模型,并与实测数据进行了比较,结果表明,按大气温度年周期性变化计算土壤温度场方法是可行的,误差在工程允许范围内。同时,分析了油田集输管道温降的影响因素,得出了大气温度年周期性变化对集油管道温降的影响,结果表明:同一埋深管道的温降随大气温度年周期性变化而变化,埋深变化时,集油管道的温降随大气温度年周期性变化时延迟时间不同。     

寒区隧道轴向及径向温度分布理论解

考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件,建立寒区圆形隧道传热模型,利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开定理,得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解.利用能量守恒法及经验公式法求得寒区隧道洞内气体年平均气温及年温度振幅沿隧道轴向随时间变化的解析表达式,并得出年平均温度在隧道轴线方向呈指数增长,而年温度振幅呈负指数增长.将隧道围岩轴向和径向温度场理论计算结果与实测值进行比较,两者吻合得非常好.在确定洞口外气温分布规律、风速及围岩的热物性参数后,通过围岩轴向及径向温度场理论解便可计算隧道洞内及围岩温度分布规律,并确定寒区隧道防寒保暖段的设防长度.同时,该解析法可用于验证其他数值方法的计算结果,也便于工程设计人员和施工人员对同类寒区隧道温度场的计算,因而具有一定的工程应用价值.     

油田油气集输管道信息化管理的必要性分析

本文阐述了油田油气集输管道现有管理方式存在的弊端,提出了油田油气集输管道信息化管理的必要性,分析了油田油气集输管道信息化管理平台组建的可行性,为促进油田油气集输管道信息化管理机制的建设提供了科学合理的建议与思路。     

热油管道稳定运行过程热力模型

在考虑了恒温层及大气温度年周期变化影响的基础上,分别给出不同敷设方式下热油管道稳定运行时热力计算数学模型,介绍了验证的方法,测试管道首末站温度进行模型验证。通过模拟计算数据与测试数据的对比,误差均小于3%,满足工程要求,证明了模型正确。     

水平管内高含水油水乳状液黏度计算方法研究

油田集输系统水平管道内液相是油水混合物形成的乳状液,随着含水率的提高,乳状液处于水包油(O/W)状态.准确预测高含水期油水乳状液黏度,将为油田中后期的开发,以及油气水混合物在管道中的流动计算提供科学依据.以高含水期油气水混输管道压降计算公式为基础,反推油水乳状液黏度计算公式,得到的公式综合考虑了温度、压力、速率等因素的影响,因而适用于预测高含水期水平管内液相黏度.运用MATLAB软件对计算结果进行最小二乘拟合,得到适合于高含水油水乳状液黏度计算的Vand关联式.     

油田环状集输流程埋地管道温降计算方法研究

以工程热力学、传热学、油气集输、多相流等学科知识为依据,根据能量守恒定律建立油田环状集输流程埋地管道的温降计算模型,找出油田环状集输流程埋地管道的温降计算方法.同时,对油田生产现场的温降进行测试,通过试验数据验证建立的温降计算方法满足工程应用.     

季节性寒区隧道保温隔热层厚度计算方法

为了解决冻结锋面移动可能带来的保温层厚度不足的问题。以河北延崇高速棋盘梁隧道为研究对象,采用现场监测、数值模拟以及理论推导等研究方法对季节性寒区隧道冻结锋面的移动规律进行探究,并结合移动规律研究结果得出考虑冻结锋面移动规律的保温隔热层计算公式。结果表明：（1）在同一断面内,由于较厚的仰拱填充对温度的传递起到了一定的阻碍作用,冻结锋面在拱顶处的深度大于边墙处的深度。（2）季节性寒区隧道的冻结锋面随着时间的推移,冻融循环的反复进行,其深度会逐渐加深,最终趋近于某一稳定值。（3）不同断面的冻结锋面最终稳定深度与断面处年平均温度呈现线性相关关系,而与温度振幅呈现非线性相关的关系。（4）对所推导的保温隔热层厚度计算公式中的冻深参数进行了基于冻结锋面移动规律的修正,保证了保温层长期的有效服役。     

黄瓜片冻结过程的数值计算及实验研究

在考虑热物性变化的条件下,用计算机模拟了黄瓜片的速冻过程,讨论了介质温度、传热系数和食品厚度对冻结时间的影响,并且与不考虑热物性变化的情况进行了比较。结果显示,考虑了热物性变化的计算结果更接近实验数据。     

基于多极理论传热模型的垂直U型地埋管传热特性研究

地埋管循环介质出口温度不仅仅反映了地埋管的换热能力,同时极大地影响着热泵主机的运行效率,是地埋管换热过程的一个重要能效特性参数,可通过引入能效系数来反映.文基于地埋管轴向流动多极理论传热模型对不同的回填材料物性、支管间距、地埋管埋设深度、土壤物性、管内循环介质流速条件下地埋管传热过程进行动态模拟和分析,得出了各重要特性参数的变化对U型地埋管传热能效的影响规律,可为土壤源热泵地埋管换热器的设计提供参考.     

滑坡对纵向埋地管道的变形特征与减灾对策研究

纵向布置作为埋地管道跨越山区地形的主要方式之一,滑坡对其致灾模式与横向布置埋地管道存在显著差异,横向布置埋地管道的变形机制和减灾对策并不适用于纵向布置的埋地管道。本文采用ABAQUS有限元软件研究埋地管道承载纵向滑坡作用的变形破坏规律,分析滑坡几何形态对管道变形破坏规律的影响,探讨改变管道径厚比、埋深、内压值对减小埋地管道受滑坡作用变形破坏的效果。研究结果表明：①埋地管道遭受滑坡作用最大的应变发生在滑坡坡脚管段;②埋地管道应变随滑坡坡度、厚度、长度增大而增大,其中滑坡厚度对管道遭受滑坡作用变形破坏影响程度最大,其次是滑坡长度,最后是滑坡坡度;③减小管道径厚比、埋深、内压都能有效增强管道的抗灾能力,从管道施工难易程度、成本、减灾效果以及运营管理四个方面考虑,最佳方案是减小管道的径厚比,其次是改变管道内压,最后是改变管道的埋深。     

采坑区冲沟演变影响下管道埋深预测

管道埋深是水毁灾害风险评价、防治决策的关键指标之一。基于洪积扇采坑区冲沟发育特征、几何形态及其对油气管道的影响方式,将冲沟演变过程简化为溯源侵蚀和沟床回淤两个阶段,在此基础上构建管道埋深预测模型。利用15处水毁点管道埋深实测值对模型预测值进行验证,偏差小于15%的比例达73%,预测结果基本可信。模型中管道埋深与冲刷比降、回淤比降、设计埋深、水平距离、沉积厚度呈线性正相关,与采坑深度、原始坡面坡降、采坑边坡坡降呈负相关。该模型能快速预测出不同沟床比降下的管道埋深,可为采坑区穿越段管道风险评价、灾害防治、选线等提供技术支撑。     

埋地热油管道停输后周围土壤温度场的数值模拟

为精确模拟管道周围土壤温度场,建立了埋地热油管道周围土壤温度场数学模型.在模型中,根据管外不同位置处土壤受热油管道散热影响的大小,将管外热影响区域简化为矩形并分为两部分,其中第一部分为距管外壁0.5 m内的环形烘干区域.针对该模型,编制了有限元程序计算管道周围土壤温度分布.计算结果表明,管外径426 mm、管内油温65.0℃、管道埋深处自然地温9.0℃时,矩形热影响区域的水平边界距管中心距离在13 m左右;若管道停输40 h,仅管道周围1.1 m内的土壤温度发生变化,为管道停输再启动的安全性评价提供了科学依据.     

埋地管道不均匀沉降的应力及影响因素分析

为保障天然气埋地管道的安全运行,需要对其在不均匀沉降状态下的应力水平及其影响因素进行研究。选取该管道系统易发生应力集中的3个关键部位进行现场应力测试,得到系统运行时管道的应力值。应用ANSYS软件建立了管土非线性接触模型,通过对其进行分析,得到管道应力水平并建立了沉降差量与最大Von-Mises应力之间的映射关系。在该模型的基础上,探讨了管径、壁厚、埋深、埋土弹性模量、埋土泊松比对管道应力状态的影响。增大壁厚和埋土弹性模量以及减小埋深和管径均可降低不均匀沉降时管道的最大Von-Mises应力。研究结果为目前大量在建及在役天然气埋地管道的安全运行提供了理论支持,并提出了针对性的改进措施。     

采动影响下浅埋输气管道与土体耦合作用机理

针对地下煤炭开采对采空沉陷区内浅埋输气管道变形破坏的采动影响,根据采动过程中埋地管道与土体相互作用的基本特征,将采动过程中管土相互作用划分为管土协同变形、管土暗悬空和管道明悬空3个阶段。根据各阶段中埋地管道的力学特征,分别采用弹性地基梁、均布载荷作用下的弹性梁和纵横弯曲弹性梁模型对非沉陷区的管道、沉陷区内处于协同变形的管道和沉陷区内处于悬空状态的管道进行力学分析,建立各阶段下埋地管道的分段弹性梁力学模型;并结合各分段弹性梁的边界条件,分析各阶段下管土相互作用的极限状态,得到埋地管道失效的临界判据,进而建立采动影响下浅埋输气管道与土体作用机理分析方法。     

海底埋地管道启输计算模型的建立

目前的海底埋地输油管道启输计算模型没有具体分析海水本身自然对流换热对管道启输的影响,启输计算模型能否应用于海底埋地输油管道启输计算需要实际投产来验证.因此急需研究海底输油管道预热计算模型满足海上油田开发的需求.对海底埋地输油管道进行了传热分析,建立了海底埋地输油管道三维物理模型,分析了海水本身自然对流换热对管道启输的影响情况.通过处理物理模型将管道启输传热模型简化为一维圆环传热模型,并进行了模拟计算和试验验证.模拟计算和实验研究对比表明:①当海水底流流速小于1.5m/s时,在此区域内海水自然对流换热对海底输油管道传热影响可以忽略不计.②海底输油管道正常矩形散热区域转换为圆环区域后其散热量基本不变,可见海底输油管道转化为一维模型是可行的.③在验证稳定状态沿程温降的过程中,发现各个测温点的绝对误差不超过0.1℃,说明该启输计算方法具有很高的置信度.     

煤矿开采影响下浅埋输油管线变形及力学响应特性

针对输油管线穿越采动影响区时的管道变形、选型设计和安全防护等问题，以山东某煤矿3308工作面开采为背景，根据该区域地质条件、管道参数及实测数据，采用数值模拟方法分析了煤矿开采影响下管道的受力变形及区域性特征，研究了管道及土体不同物理力学参数对管道所受应力变化的影响。结果表明:受采动影响的埋地管道变形可分为无变形区段、拉压过渡区段和压缩变形区段，拉压过渡区段存在轴向应力方向变化的拐点；3308工作面开采过程中，管道中点处沉降位移最大，与模拟的管道沿线地表最大下沉值相等，管土间的变形为“管-土协同变形”,管道所受轴向应力由管道两端向中点先增大后减小再增大；不同的管道与土体物理力学参数对管道所受轴向应力的变化有着不同的影响，管线选型时需要综合考虑。研究结果可为采动影响区埋地输油管线的选型设计、施工运营和安全维护提供参考。     

饱和含水土壤埋地原油管道冬季停输温降

建立了饱和含水土壤埋地原油管道在低于冰点环境温度下的停输流动和传热模型，该模型不仅考虑土壤水分结冰和管内原油凝固相变过程与初始温度场和流场的影响，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。通过数值模拟，获得了停输期间温度场、流场以及土壤水分结冰界面和管道中原油凝固界面的分布情况。结果表明，停输期间越靠近管壁正上方的土壤，其温度梯度越大；受温度分布的影响，土壤水分和管内原油产生沿y轴对称线自下而上的自然对流；土壤水分结冰界面和管道中原油凝固界面随停输时间向埋深方向推进，管道顶部土壤中的结冰界面推进速度较远离管道土壤中的结冰界面缓慢，管内原油凝固界面也向埋深方向偏移。     

埋地热油管道停输温降的CFD模拟

针对埋地热油管道的停输温降过程,分别建立了埋地热油管道的物理模型和数学模型,并应用FLUENT软件模拟了不同土壤导热系数、不同大气温度下的温度场分布。同时在稳态的基础上模拟非稳态,得出停输后温度场、速度场的分布。并对不同油温下的温度分布进行模拟,得出了温度场在不同条件影响下的分布规律。对于优化管道建设和制定科学合理的热油输送工艺具有重要的作用。     

基于IMU数据的应变解析技术及其应用

长输埋地油气管线在严重的地灾作用下会引发管道变形,如果变形的管段存在缺陷,将极易导致管道失效,造成严重的环境污染和经济损失。准确地获取管道的变形情况并进行安全评价能够为保障管道安全稳定运行发挥重要的作用。基于IMU检测数据,通过小波变换降噪和油气管道设计规范进行特征识别的应变解析算法,能够有效地识别管线上的热偎弯管、冷弯管、弹性敷设段和重点关注段。该算法计算的管段弯曲拉伸应变值将结合ExxonMobil提出的拉伸应变容量预测模型对环焊缝进行基于应变的安全评价。在基于应变设计的高钢级油气管道已在国内油气运输行业得到广泛应用的背景下,可以参考该评价方法开展高钢级管道环焊缝的安全评价。