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。     

埋地输油管道的热力计算

在埋地热油管道中,当其输送工况变化后,管内油品及土壤中的热力平衡会遭到破坏,油温及土壤温度将重新分布。因而,研究这一非稳定热力过程就必须对非稳定温度场进行分析。通过运用数学分析法(保角变换、拉普拉斯变换等)对管道内介质和周围半无穷大土壤的不稳定传热问题进行了分析,得出土壤温度场的计算公式。同时研究了埋地热油管道的停输理论计算问题。     

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.     

并行埋地管道准周期土壤温度场的数值模拟

并行埋地管道中,常温输送的成品油管道会影响热原油管道的温度场,从而与单根输油管道的温度场不同.热油管道周围土壤温度场是管道停输再启动和管道运行的基础,只有准确掌握管道周围土壤温度场的变化规律,才能使管道安全运行,避免凝管事故发生.为了研究并行管道周围土壤温度场在准周期内的变化规律,以西部原油成品油管道四堡进站位置为例,在实测管道周围土壤物性的基础上,采用非结构化有限容积法对并行埋地管道周围土壤温度场进行模拟研究.模拟计算结果与现场实测结果基本吻合,表明提出的计算模型正确,计算结果能够为工程实际提供参考.     

热油管道停输后初始启动压力波速的计算

热油管道停输后,管内油品降温收缩,管内会产生油蒸气空间,从而使管道再启动时出现启动充装过程。启动压力波速不仅取决于管子的弹性变形和油品的弹性特征,而且与流体的降温幅度和启动流量的大小有关。考虑管子、流体的弹性变形和管内液体的降温收缩,从质量守恒的原则出发,推导了热油管道停输后启动压力波速的计算公式。对长距离热油管道进行的现场试验表明,该公式适用于工程计算。     

热油管道停输介质温度分布数学模型分析与新模型的建立

研究热油管道的停输介质的温度分布场,对确定安全停输时间具有重要的指导作用.考虑析蜡潜热将能更准确地描述热油管道的停输介质的温度分布场,介绍了现有的热油管道停输介质温度分布数学模型并进行分析,用显热容法建立了新的数学模型.新模型无需跟踪相变界面,简单实用,易于多维推广.     

热油管道停输温降过程的数值模拟

热油管道停输降温过程是输油管道中最常见的现象,掌握其降温规律对确定安全停输时间、再启动方案和停输检修安排都有着非常重要的意义。本文在传热学的基础上,分析了热油管道停输后的温降过程及其影响因素,并利用ANSYS软件对埋地输油管道停输后的原油温降过程进行了数值模拟,分别计算出了不同初温和不同管径的情况下停输温降情况,为实际工程设计提供一定的参考依据。     

埋地热油管道开挖修复停输再启动过程热力模拟

东部管网已运行30多年,使用寿命已超过设计寿命,多处出现防腐层破坏及漏油事故,急需进行停输开挖维修。热油管道开挖段停输维修时,由于开挖段的裸管与大气直接接触,向外散热量增大,温度骤降,油品黏度发生变化,影响再启动。对于整条埋地管道,温度变化幅度最大的管段为开挖段。在热油管道稳态运行的研究基础上,首次给出停输及再启动时开挖维修段内油品温度的非稳态计算模型,模拟计算出停输及再启动过程中开挖段内的油品温度变化曲线,并分析出不同的维修参数下,开挖停输段内油品温度的变化规律。     

基于Fluent的海底输油管道停输温降数值模拟

随着海上油田的大量开发,对海底输油管道停输过程传热问题的研究迫在眉睫。加热输送的原油管道在运行过程中,不可避免地会遭遇油田停电和管线维修等意外,造成停输。这时油管内原油的黏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。为避免凝管事故发生,需要准确预测海底管道管内原油的温降情况及安全停输时间,分析影响停输时间的因素。利用Fluent软件对海底输油管道停输温降进行数值模拟。计算结果表明,保温层厚度和海水温度对停输时间影响非常明显。模拟结果可指导生产实践。     

热油管道停输后初始启动压力波速的计算

热油管道停输后，管内油品降温收缩，管内会产生油蒸气空间，从而使管道再启时出现启动充装过程。启动压力波速不仅取决于管子的弹性变形和油品的弹性特征，而且与流体的降温幅度和启动流量的大小有关。     

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.     

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。     

海底热油管道悬空段停输温降过程的数值模拟

海底热油管道的悬空段由于没有周围泥沙的保温蓄热作用,停输之后管内温降比埋入海底泥沙中的管段快得多,故而其温降成为停输过程的关键。针对海底管线悬空段的热力特性,考虑原油凝固潜热对停输温降的影响,利用CFD软件,对其停输温降过程进行数值模拟。分析温降变化规律、不同海水温度对温降的影响,从而确定最佳停输时间,为海底热油管道制定再启动方案提供理论依据。     

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。     

含蜡原油经济出站温度的确定

对含蜡管输原油进行包括蜡晶析出时的结晶潜热,沿程散热的详尽的热力计算;对站间加热管道不同流型、流态的油流进行详细的摩阻计算,并考虑油品粘性对泵性能的影响;利用数学模型求解经济出站温度.结果表明,对在役热油管道优化运行参数,可大大降低其总运行费用,经济效益显著.     

塔河凝析油防蜡剂的研制及防蜡效果评价

高含蜡原油加防蜡剂是改善原油低温流动性能和防止原油在管输过程中结蜡的主要方式之一.塔河油田凝析油析蜡点较高,在冬季地温较低时管道内有大量蜡结晶析出,给管道的安全运行带来隐患.根据塔河凝析油的基本物性,研制了高分子防蜡剂SMAE18,考察了该防蜡剂的最佳加剂条件,并对其在不同条件下的防蜡效果进行了室内实验评价.实验结果表明:该防蜡剂对塔河凝析油具有较好的防蜡效果,但异常降温和短时间的高速剪切作用使其防蜡效果严重降低.加剂塔河凝析油的析蜡点从23℃降为18℃,黏度也下降了30.1%,说明SMAE18防蜡剂也有效地改变了塔河凝析油的低温流动性能.