埋地热油管道停输再启动计算方法研究

【摘要】： 埋地热油管道在运行过程中,不可避免地会发生自然灾害、油田停电和管线维修等情况,造成停输。当管道停输超过一定时间,原油结构强度便超过泵所能提供的启动压力或管路所能承受的压力,会造成“凝管”事故。提高出站输油温度虽能在一定程度减少发生“凝管”事故的风险,但极大地提高了输油企业的运输成本。如何使输油管道既经济又安全地运行,需准确掌握管道的停输期间温降变化情况及再启动过程的启输参数变化情况。本论文主要以下几个方面进行论述:①考虑原油结蜡、摩擦生热、原油物性参数随温度变化等因素,建立热油管道稳态工况下的热力、水力方程,求解管道内任意截面处原油的温度和压强。②根据埋地热油管道在非稳态工况中管道内热力瞬变与水力瞬变相互耦合的特点,建立非稳态工况传热与流动的双层耦合模型,采用双特征线法求解热油管道内原油的热力、水力参数;③采用焓形式的能量方程表示管道停输期间的原油温降变化,并用有限元方法求解出管道最大安全停输时间;④建立了埋地热油管道再启动过程中管内原油流动的控制方程,采用控制体积法进行离散偏微分形式的控制方程,并利用预测——校正法计算启动过程中沿程油温、流量随时间的变化关系;⑤以庆铁输油管道为例,编制计算机程序模拟分析了庆铁管道各站在各个季节中安全运行的最低出站、进站油温,出站压力等工艺参数、最大安全停输时间和再启动过程中所需提供的泵站压力、排量以及管道沿程油温随启输时间的变化关系。 【关键词】：热油管道 “凝管”事故 安全停输时间 模型 停输再启动 双特征线法 控制体积法
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 文献综述11-16
• 1、输油管道停输前热力水力研究现状11-12
• 2、热油管道停输后热力水力研究现状12-14
• 3、热油管道停输后再启动研究现状14-16
• 引言16-17
• 第一章 埋地热油管道稳态工况热力水力计算17-31
• 1.1 管道总传热系数17-24
• 1.1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K 值17-23
• 1.1.2 总传热系数的反算法23-24
• 1.2 热力计算24-27
• 1.2.1 油品比热的计算24-25
• 1.2.2 原油密度、粘度计算25
• 1.2.3 热油管道温降计算25-27
• 1.3 水力计算27-30
• 1.3.1 牛顿流体层流摩阻特性27
• 1.3.2 牛顿流体紊流摩阻特性27
• 1.3.3 假塑性流体层流摩阻特性27-28
• 1.3.4 假塑性流体紊流摩阻特性28
• 1.3.5 流体流态临界温度判定28-29
• 1.3.6 管道压降计算29-30
• 1.4 小结30-31
• 第二章 埋地热油管道非稳态工况热力水力计算31-41
• 2.1 热油管道周围的土壤温度场31-36
• 2.1.1 土壤自然温度场计算数学模型31-32
• 2.1.2 热油管道周围土壤物理数学模型32-33
• 2.1.3 数学模型求解方法33-36
• 2.2 热油管道热力、水力耦合计算分析36-38
• 2.2.1 耦合模型条件36
• 2.2.2 耦合模型控制方程36-37
• 2.2.3 特征方程组37
• 2.2.4 热流密度计算37-38
• 2.3 耦合模型求解方法38-40
• 2.4 小结40-41
• 第三章埋地热油管道安全停输时间计算41-48
• 3.1 焓法模型41-42
• 3.1.1 原油焓法控制方程41
• 3.1.2 其它方程的焓法表示41-42
• 3.2 停输后管道周围土壤温度场42-44
• 3.2.1 环形烘干区域确定42-43
• 3.2.2 停输后土壤场数学模型43-44
• 3.3 焓的有限元方程44-47
• 3.3.1 焓的有限元方程表示形式44
• 3.3.2 单元线性插值44-45
• 3.3.3 矩阵求解45-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 埋地热油管道再启动数学模型求解48-54
• 4.1 再启动过程控制方程48-50
• 4.1.1 连续性方程48
• 4.1.2 动量方程48-49
• 4.1.3 能量方程49-50
• 4.1.4 约束条件50
• 4.2 数学模型的求解50-53
• 4.2.1 控制方程的离散50-51
• 4.2.2 求解方法及步骤51-53
• 4.3 小结53-54
• 第五章 实例计算与分析54-63
• 5.1 管线、油品概况54-55
• 5.1.1 站间情况54
• 5.1.2 油品物性54
• 5.1.3 油品流变性54-55
• 5.2 正常运行模拟情况55-56
• 5.3 停输时间及沿线油温56-59
• 5.4 启动过程及沿线油温变化59-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 发表文章目录68-69
• 致谢69-70
• 详细摘要70-75

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