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。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

稠油管道安全停输时间的数值计算

针对稠油低凝点、高黏度的特点,以稠油凝点、泵提供的压力上限、规定的启动时间及管道末端的流量为约束条件,建立了稠油管道安全停输时间的数学模型。给出了其相应数值计算方法,并以辽河油田盘锦线稠油长输管线为例计算其安全停输时间。计算的安全停输时间与实际安全停输时间相对误差不超过10%,可以认为建立的稠油管道安全停输时间数学模型及数值计算方法可行。     

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。     

地下管网改造与管道的非开挖修复

本文对非开挖修复管道技术进行了归纳分类和介绍;介绍了发达国家应用管道修复技术的情况,对于国内管网的基本情况进行了分析,在此基础上结合城市的管网改造规划,阐述了非开挖管道修复技术在管网改造中的作用、意义;文章建议加强非开挖管道修复技术开发研究,规范管道修复市场、促进城市管网改造可持续发展。     

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。     

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.     

采用焓法方程计算埋地管道含蜡原油停输温降

埋地热含蜡原油管道停输后,当管内原油温度降到析蜡点以下时,原油中的蜡晶将逐渐析出。根据含蜡原油降温过程中蜡结晶放热的特点,使用焓法方程对析蜡点以下伴随有析蜡胶凝现象的原油降温过程进行了数学描述,并详细给出了使用有限元法对焓法方程进行求解的方法。将焓法方程的计算结果与Φ426mm×6mm管道实测数据进行了对比。结果表明,土壤的计算温度和实测温度最大偏差在1.4℃以内,管内平均温度的计算值与实测值的偏差为0.3℃。由此证明了使用焓法方程计算埋地热油管道停输温降具有较高的准确性。     

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。     

油气混输管道工艺计算软件研制

采用软件工程学的理论,结合国内外多相流研究成果,研制出了广泛适用于各种油气混输管道的工艺计算软件。该软件能够实现管道图形建模、物性参数计算、水力热力计算、修正计算、误差分析等功能。实例分析表明,该软件操作方便,功能完善,能够有效地对管道的生产运行进行模拟计算和分析。     

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.     

变电站软母线下料长度二分法数值计算模型

针对变电站软母线的下料长度问题,提出一种二分法的数值求解模型.首先在假设水平应力已知的条件下,由受力分析建立软母线下料长度的非线性耦合解析模型,进而设计变电站软母线下料长度二分法数值计算模型,并利用二分法得到精确的数值解.仿真与应用结果表明,数值计算模型能够得到非常准确的下料长度,安装后的软导线总弧垂误差均在-2%~+3%以内,具有良好的施工效果.     

复杂条件下煤矿巷道返修支护技术

以魏家地煤矿二号石门西下水仓返修工程为依托,通过现场勘察、理论分析、数值模拟、现场试验与监测等手段研究了复杂条件下煤矿大巷返修支护技术,提出了用于复杂条件下煤矿大巷返修的留设柔垫层让压联合支护技术.现场试验与监测研究表明,锚注以及留设柔垫层让压联合支护可限制围岩的变形,提高围岩支护体的共同承载能力,巷道返修支护方案设计合理,效果良好.     

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