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.     

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。     

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。     

热含蜡原油管内停输温降计算

利用Fluent计算流体动力学软件模拟热油管道内停输温降过程.计算过程不须跟踪固液相界面,同时将析蜡潜热转化为附加原油比热容,反映出降温过程中自然对流的变化和固液相界面的移动,并进行试验验证.试验数据与模拟计算结果非常吻合,而且求解更加简洁;在此基础上,研究初始油温、管径等因素对水下管道内停输降温过程的影响.结果表明:在其他条件相同时,增大管径和提高初始油温均可延长降温时间,且增大管径比提高初始油温更有效.     

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。     

应用混合微粒群算法优化设计热油管道

考虑到年输量随油田产量和市场需求的影响而随机变化的实际,采用最佳平方逼近法确定热油管道的设计输量,在此基础上建立了包含年输量模型和参数优化模型的热油管道优化设计两级递阶模型。用微粒群算法和混合离散变量随机搜索法构成的混合微粒群算法解热油管道的参数优化模型,实现了热油管道的整体优化设计。算例表明,该综合算法优化设计热油管道得到的方案比单一采用离散变量随机搜索法、离散变量复合型法和基本的微粒群算法计算得到的方案更能节约年费用,且考虑年输量随机变化的管道设计方案更符合热油管道运行的工程实际。     

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.     

热油管道中原油等温运行温度的确定

目前，原油多采用加热输送，能耗巨大，若能实现原油的等温输送，可大大降低油品的输送成本．从实例出发，分析了热油管道利用摩擦热实现不加热输送的可能性．从能量方程出发，推导出了等温运行温度的表达式；通过编制程序求出了该温度值；分析得到影响热油管道等温点温度值的因素很多，主要与原油输量、环境温度以及管径有关．最后通过实例分析计算得出：对于新建大管径、高输量的原油管道，完全可以利用摩擦热实现不加热输送．     

热油管道油温波动随机数值模拟及影响因素敏感性分析

综合采用有限容积法、有限差分法、Monte Carlo算法和POD算法建立埋地热油管道沿线油温的随机数值模拟算法,使用Sobol全局敏感性指标进行敏感性分析,综合评价出站油温、流量、压力、埋深、埋深处自然地温、土壤导热系数、油品黏度和密度的随机波动对管道沿线油温波动的影响。计算结果表明:进站油温模拟结果与现场油温均值偏差在0.1℃以内,标准差的偏差为0.006~0.023℃;出站油温、流量、埋深处地温和油品黏度4个参数的不确定性对四堡进站油温波动的敏感性指标之和为77.44%,河西站的该指标为80.86%,进站温度的随机数值模拟中主要考虑这4个参数的不确定性即可。     

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。     

顺序输送成品油管道混油的分析

综述了顺序输送成品油管道混油的形成、混油量的计算、混油的处理方法,对顺序输送成品油管道中如何减少混油量,如何处理混油,确保油品质量,提高管输经济效益提供一种思路和方法。     

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.