埋地热油管道修复过程热力分析及模拟计算

【摘要】： 东部热油管网已运行30多年,使用寿命已超过设计寿命,多处出现防腐层破损及漏油事故。根据安全运行及增压输送俄罗斯原油的需求和改造后安全平稳运行20年的战略规划,东北管网急需进行维修。管道维修过程中热力状况发生变化,油品特性改变,对修复后再启动能否顺利进行产生影响,因此有必要对热油管道不同修复工况及修复后的再启动过程进行热力研究。 在考虑大气年周期变化及温度突变对埋地管道周围土壤温度场影响的基础上,计入摩擦生热及结蜡热阻对传热系数的影响,建立了埋地含蜡热油管道运行热力水力模型,此模型的建立为热油管道修复热力研究提供了初始条件;利用液相中的当量导热系数,建立了热油管道开挖停输过程非稳态热力模型;建立了停输工况及运行工况下的热力允许最大开挖长度计算方法,利用二分法进行求解;给出了允许停输时间及危险截面的确定方法;考虑在役修复期间开挖段的存在,建立了热油管道修复的停输再启动热力水力计算数学模型,采用修正后的苏霍夫公式求得最小启输量,并利用压力波模型及摩阻模型计算再启动压力;通过模拟计算,研究了不同维修参数下,开挖停输段内油品温度的变化规律;利用模拟数据与庆哈埋地输油管道的运行测试数据对比,验证了稳态运行模型的准确性;在大庆油气田地面工程试验基地进行了管道停输及再启动模拟试验,验证了模型的正确性。开发了“热油管道修复计算”软件,该软件能对未开挖和开挖后停输再启动过程的轴向温度、径向温度、启动压力、允许停输时间、最危险截面等参数进行计算。 以林源至太阳升站热油输送管道为例,进行修复模拟计算,给出相关修复建议。东北管网停输开挖维修的最佳季节为5月份,运行开挖维修的最佳季节为10月份。若5月份维修,当开挖起点与林源站距离大于6.8km时,不能直接停输开挖维修,需要提高出站处的油温。若在林源站开挖,允许停输维修时间为10h;距林源站40km处开挖,允许停输时间为6.7h。 【关键词】：热力分析 模拟计算 热油管道 修复 停输时间 开挖长度 试验
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE832.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 前言11-17
• 1、研究目的与意义11-12
• 2、国内外研究现状12-16
• 3、本文主要研究内容16-17
• 第一章 埋地热油管道稳态运行模型建立17-34
• 1.1 埋地热油管道稳态运行热力模型17-30
• 1.1.1 埋地热油管道径向温度场计算模型17-19
• 1.1.2 热油管道稳态轴向热力模型19-20
• 1.1.3 温度突变对运行管道的影响20-25
• 1.1.4 相关参数计算25-30
• 1.2 热油管道运行水力计算30-33
• 1.3 本章小结33-34
• 第二章 热油管道修复模型建立34-46
• 2.1 热油管道开挖修复非稳态热力计算方法34-36
• 2.1.1 运行开挖非稳态热力计算模型34-35
• 2.1.2 相关参数计算方法35-36
• 2.2 热油管道停输非稳态热力计算模型36-42
• 2.2.1 埋地管道停输热力计算数学模型36-40
• 2.2.2 管道开挖段停输热力计算数学模型40-41
• 2.2.3 管道穿越河流河床段停输热力计算数学模型41-42
• 2.3 主要维修指标参数的计算模型42-45
• 2.3.1 开挖长度的确定42-43
• 2.3.2 允许停输时间的确定43-44
• 2.3.3 危险截面的确定44-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 管道修复后再启动模型建立46-54
• 3.1 管道再启动模型建立46-48
• 3.1.1 启动过程热力模型46-47
• 3.1.2 启动过程水力模型47-48
• 3.2 埋地热油管道油品流态判别48-50
• 3.2.1 牛顿型油品流态的判别49
• 3.2.2 非牛顿型油品流态的判别49-50
• 3.3 启动输量的确定50-51
• 3.4 启动压力的确定51-53
• 3.4.1 启动初压力波速计算公式51-52
• 3.4.2 压力波模型52-53
• 3.4.3 摩阻模型53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 模型计算方法研究54-66
• 4.1 轴向温度的求解54-55
• 4.2 导热问题的有限元格式55-61
• 4.3 径向温度的求解61-62
• 4.4 径向求解区域的网格划分62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 试验研究及模型验证66-77
• 5.1 管道正常运行实测及数值模拟结果对比分析66-67
• 5.2 开挖段管道停输再启动模拟试验67-76
• 5.2.1 试验装置及流程介绍67-68
• 5.2.2 试验过程及结果分析68-72
• 5.2.3 试验结果与模拟结果对比72-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 热油管道修复计算软件开发及模拟计算77-103
• 6.1 软件运行环境77
• 6.1.1 硬件环境77
• 6.1.2 支持软件77
• 6.1.3 维护77
• 6.2 软件功能77-79
• 6.3 软件的程序框图79-83
• 6.3.1 软件程序总框图79
• 6.3.2 稳态轴向温度、压力计算框图79-80
• 6.3.3 非稳态轴向温度、压力计算框图80-82
• 6.3.4 停输计算框图82
• 6.3.5 再启动计算框图82-83
• 6.4 模拟计算及分析83-101
• 6.4.1 正常运行工况模拟计算84-85
• 6.4.2 不开挖工况模拟计算85-90
• 6.4.3 开挖工况模拟计算90-92
• 6.4.4 主要维修指标参数的影响因素分析92-101
• 6.5 本章小结101-103
• 结论103-104
• 参考文献104-110
• 发表文章目录110-111
• 致谢111-113
• 详细摘要113-125

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