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埋地油气管道通过潮湿地区或永冻地带时，由于管内介质与周围土壤相互热力作用，使管道周围土壤中水分汽化或冰土解冻，出现干燥圈或融化圈现象，进而使得土壤和管道发生不均匀的下沉，使管道受力发生变化，有时甚至会破坏管道结构的完整性；同时，在干燥圈或融化圈内的土壤热物理性质也将发生变化，若不考虑这种变化，必然会影响热力计算的合理性。因此分析管道周围土壤干燥圈或融化圈变化对管道系统的设计、施工和管理是十分必要的。中考虑油气管道对其周围土壤的影响和半无穷大土壤的传热，提出了描述土壤传热的数学模型。由于该模型涉及到相交及相交界面的变化，属于斯特凡(Stefan)问题。通过一定的数学处理得到了计算干燥圈或融化圈的特征线方程，并采用差分法进行求解特征线方程，获得了满意的结果。表明该计算方法是可行的。     

寒区多相混输原油管道停输过程数值模拟

为避免凝管事故发生,需要对管道停输过程周围土壤温度场以及原油进行热力计算,确定管道允许停输的安全时间。建立寒区多相混输管道的停输模型,该模型不仅考虑水分结冰和原油凝固相变对传热过程的影响,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。通过分析寒区埋地管道停输传热建立的埋地管道停输过程数学模型,使用数值方法模拟了多种混输工况对停输安全时间的影响。     

季节冻土区直埋供热管道非稳态热损失计算

对季节冻土区直埋供热管道热工参量的计算，归结为土壤的非稳态相变热传导问题。建立了计算供热管道热工参数的数学模型，并在土壤非稳态相变传热方程的基础上，用有限差分数值方法建立了数值模型。对管道周围的非稳态温度场和管道的散热量进行了数值计算，其结果表明，比常用的热汇法更符合实际情况。     

多年冻土地带等温原油管道周边土壤温度场浅析

为预测多年冻土地区原油管道对周边土壤温度场变化的影响,用ANSYS有限元软件模拟分析原始地层、无保温层、不同厚度保温层敷设方式下管道周围土壤温度场未来30年的变化规律.结果表明:模拟的原始地层土壤温度分布规律与现场测量数据吻合较好;季节性活动层深度为2.28m,与当地资料2.2～2.4m一致;地表以下8m处土壤温度冬季达到峰值,表现出温度传递延时性.无保温层状态下,管道埋地敷设后第一年周边土壤融化速率最大,随后3年逐年减小,第十五年达到平衡;无保温层时最大融化深度为管道下方4.5m;管道侧面影响范围为12m;施加保温措施后,管道周边土壤平均温度降低,季节性升降幅度增大,管道周边冻土的融化圈减小.     

热油管道停输后周围土壤温度场变化规律研究

针对埋地含蜡原油管道停输后温降的变化过程,建立直角坐标系下埋地热油管道及其周围土壤传热的物理模型;考虑原油物性、土壤温度随深度和时间的变化规律,建立原油、管道和土壤耦合传热的数学模型。模拟管道在不同土壤导热系数、不同环境温度和不同初始油温情况下停输后的土壤温度场分布变化情况。模拟结果表明:不同季节停输后土壤的温度场分布呈现不同的趋势,且越靠近管道的土壤区域,温度场分布受管道影响越大。     

严寒地区土壤导温系数对土壤温度场的影响分析

严寒地区埋地管道内油品温降主要受周围土壤温度场的影响,而土壤导温系数是土壤主要热物性之一。本文给出土壤导温系数测试原理,并研究严寒地区土壤导温系数对土壤自然温度场、土壤冻结天数、冻结深度、土壤温度延迟等物性的影响,为埋地管道的热力研究提供了理论基础。     

埋地输油管道非稳态热力计算模型研究

埋地输油管道在运行中不可避免地会遇到停输问题，油管内原油与土壤中的热力平衡状态被破坏，油温及土壤温度将重新分布，这直接影响管内原油温降情况，需研究这一非稳态热力过程，针对新疆塔中油田埋地输油管道，分析非稳态热力过程，建立了埋地管道传热计算模型，此数学模型与传统模型相比，充分考虑到大地本身恒温层对埋地输油管道传热的影响，把半无界域化为有界域，大大提高了计算结果的精确度，经过实例比较，该数学模型建立基本正确，符合实际工况，精确性较高，可直接应用于工程计算中。     

基于有限元的冻土区埋地管线力学性能分析

基于AnsysWorkbench有限元分析软件,利用稳态热和静力学模块对冻土区埋地管道及其周围土壤温度场进行分析.分析发现:管道应力主要集中在弯头处,且埋地处的弯头应力较大;位移量则是在管道出土后的最前端出现最大值;土壤的温度场受低温管道的影响,在管道的四周形成了一个低温区,且温度以逐渐递增的形式向四周扩散.     

中俄二线多年冻土区热棒应用效果的数值模拟分析

在寒区埋设热油管道需考虑管道传热对多年冻土地基的侵蚀,采用热棒技术主动降温能有效保护多年冻土地基并使其稳定。通过对管道传热、热棒散热进行基本假设及边界条件的约定,建立热棒-多年冻土-热油管道模型,采用中俄原油管道运行参数,模拟双管并行运行3年管底融化圈变化情况,结果表明1组4根热棒布置方案能将融化圈半径控制在2.2 m范围内,数值模拟分析结果可为中俄二线设计提供参考。     

埋地集油管道周围径向土壤温度场数值模拟

对埋地集油管线进行传热分析，并建立管线周围土壤的温度场模型，采用有限元法编制程序，对裸管和保温管线进行了模拟计算，并且绘制了土壤温度场的等温线和彩云图。模拟计算结果表明，接要求进行保温后，集油管道对土壤温度场影响很小。     

保护冻土层的真空隔热套管性能试验与数值模拟研究

针对冻土层钻井过程中可能引发的冻土融沉和井口下沉等问题，研究采用真空隔热套管保护冻土层，并采用试验和数值模拟方法研究了真空隔热套管的保温性能。试验结果显示:真空隔热套管能在限制径向传热的同时限制表面的轴向传热，减小套管表面的升温幅度和升温范围；其视导热系数远小于传统套管，在不同环境温度和钻井液温度下都具有保温性能；降低真空度可以提高其保温性能，强化其对冻土层的保护。数值模拟结果表明，真空隔热套管可以减小冻土层融化区域，降低冻土融沉和井口下沉的可能性。在此基础上，提出了降低真空度、加大套管总成内的隔热套管段长度和接箍处包裹隔热泡沫等提高真空隔热套管保温性能的工程措施。研究结果验证了真空隔热套管对冻土层保护的有效性和稳定性，对开发极地油气资源具有一定的指导作用。      

国外多年冻土区管道建设的经验与启示

在冻土地区铺设油气输送管道,将遇到很多技术难题和挑战,一方面,土体的冻胀和融沉会对管壁产生额外应力,在适当的条件下引起应力集中和塑性变形,甚至造成管道破坏;另一方面,埋设于冻土地带的管道会对周围环境产生扰动,造成冻土退化,反过来又影响管道安全。罗曼井(NormanWells)管道和阿拉斯加管道工程,针对各自冻土地区的特点进行设计和施工,有效解决了以上难题,并形成了一套现场观测和监控程序,确保了管道和环境的安全。文章详细介绍了罗曼井管道和阿拉斯加管道的设计特点和成功经验,总结了冻土管道在运行中的主要工程技术难题和相应对策,并根据国内实际,提出了几点可供借鉴的启示。     

考虑总传热系数沿程变化时原油管道计算模型

为了提高计算精度，在管道计算模型中考虑了总传热系数的沿程变化，提出用插值法将土壤导热系数和管线理深表示成距离的函数，然后在每一个分段上分别计算总传热系数、热容、粘度、水力坡降等参数。根据有流型流态改变的原油管道流动特征，建立了计算模型并用数值方法求解。     

埋地输油管道非稳态传热数值研究

埋地热油管道预热启动过程是一个三维非稳定传热过程,通过分析埋地热油管道几何特性,考虑沿管道轴向预热介质温降对土壤温度变化的影响,建立了有限区域内热油管道预热过程耦合的数学模型,并借助于PHOENICS软件对该模型进行了求解,能够求解出土壤中的任意点在预热过程中任意时刻的温度变化情况和任意时刻的管道周围土壤温度场的分布.这些问题的求解可为管道安全、经济启输投产提供保障.     

X70级管线钢焊接热裂纹模拟研究

采用模拟焊接热循环及热塑性拉伸试验研究了X70级管线钢的焊接裂纹敏感性参数，评判了X70级管线钢的焊接热裂纹敏感性。结果表明，X70级管线钢的热塑性良好，焊接热裂纹倾向为稍敏感（其脆性温度区间为60℃），特别是在焊接正火区的热裂倾向相对较大。最后指出，在现场焊接时，应尽量采用小的热输入量，并控制焊接热影响区的峰值温度过高，避免焊接热影响区裂纹的产生。     

停输状态下相变材料夹层管道保温性能分析

在低温高压的深海环境下,油气管道内油液温度的降低极易引起管道内蜡结晶及生成水合物,造成管道堵塞,故流动保障是确保深海油气管道安全运行的重要前提。鉴于此,以相变材料夹层管道为研究对象,提出了几种相变材料夹层管道结构设计方案,通过理论分析与数值仿真相结合的方法,研究了停输状态下深水相变材料夹层管道的传热特性,分析了相变材料与聚丙烯保温性能的差异,对比了保温层中相变材料不同占比和不同布局等对保温性能的影响,优化了保温材料的配置和布局方案。分析结果表明:石蜡相变材料夹层管道的有效保温时间可达非相变材料保温管的1.4倍;夹层管中相变材料占比越大,保温效果越好;相变材料位置越靠近管道内部,保温效果越好。研究结果为相变材料夹层管道的实际应用奠定了技术基础。     

地面蒸汽管道热力计算模型及影响因素分析

稠油注蒸汽开采过程中地面蒸汽管道的能量损失直接影响着注汽热采效果,合理的地面蒸汽管道能量计算模型十分重要.目前已有一些关于地面蒸汽管道能量损失的计算模型,但是应用于现场实际工程计算还存在不足之处.为了能更好地与现场工程实际相结合,基于地面蒸汽管道传热特点,建立了管道的热损失、压降、干度工程计算模型,编制了计算程序,并分析了影响管内蒸汽干度的因素.研究结果表明,编程计算数据与现场数据吻合较好.     

集气站经加热炉至外输首站热力计算

对加热炉加热温度的优化是集气站经加热炉至外输首站之间的节能降耗的重要方法之一。应用传热学、热力学、计算流体动力学等相关理论,综合考虑管线节流,天然气在管内的对流换热,天然气、管壁、保温层、土壤、大气之间的传热,建立热力分析计算模型。对加热炉至外输首站之间的温降进行计算,分析管内径、输气量、地表温度等因素对加热炉加热温度的影响。根据外输首站预期要达到的天然气温度,优化出最优加热炉的加热温度。