Numerical Feasibility Study of Electric Heating Strategies for Subsea Tie-In Flowlines Using a 1-D Mechanistic Multiphase Flow Simulator

This paper reports the outcome of a study investigating four electrical heat-tracing strategies that can be employed to avoid wax deposition in subsea flowlines transporting untreated crude oil from subsea wells to a host installation. The strategies, described in the paper, are distinct by the configuration of deploying the heat tracing along the pipe and by the activation schedule (continuous or alternating heating cycles). The study demonstrates quantitatively that the electrical power required for maintaining wax-free flow depends strongly on the employed strategy. The complex thermo-hydraulic flow was modeled using a commercial Dynamic Multiphase Flow Simulator with wax deposition option and thermal insulation as an input parameter. In conclusion, the paper ranks the strategies according to their computed energy efficiency, thus providing quantitative benchmarks for preliminary wax control assessment.

海底气液多相流混输管道电伴热的热能节省特性研究

针对海底气液混输管道面临的结蜡、胶凝、摩阻过大等流动安全保障问题,提出了热能较为节省的电伴热方式。相对于常见的平台加热方式,基于海管系统总的热平衡原理,采用微积分方法推导出了电伴热相对热耗率的数学解析式,澄清了影响电伴热热能节省效果的主要因素,证明了电伴热与平台加热在加热能耗方面的优劣,并探明了总传热系数等关键因素对电伴热热能节省特性的影响规律。结果表明:在确保质量流量、保温措施及出口温度均相同的条件下,电伴热的热耗总是小于平台加热的热耗,具体的热能节省效果仅跟总传热系数、输送距离、管径、质量流速、液相质量分数5个关键因素有关。电伴热相对热耗率与总传热系数和输送距离近似呈线性负相关关系,与管径和质量流速近似呈指数式正相关关系,与液相质量分数近似呈线性正相关关系。采用电伴热方式时,由于不需要额外掺水确保管道的“最小安全输量”,在极低输量条件下的热能节省效果将更加显著。本研究成果可为海底气液多相流混输管道电伴热的热能节省特性认知提供理论依据。

穿心电加热管道仿真和集输规律分析

随着外围油田深入开发,零散区块不断开采,穿心电加热技术得到了广泛应用。由于电线插入后管道内流体流动和传热的规律尚不明确,因此现场主要依靠保持电加热系统高功率运行来保证原油的安全输送,能耗浪费严重。针对穿心电加热管道的环空结构,基于质量、动量和能量守恒定律,分析电线插入管道后带来的摩擦和加热效应,建立了穿心电加热管道稳态温度和压力计算模型。结合智能算法校核摩阻和总传热系数,实现了不同功率下穿心电加热管道沿线水热力参数的准确计算;同时分析了含水率、输量、起点温度、功率和加热方式对电加热管道温度、压力、维温功率和维温能耗的影响情况。利用大庆油田电加热管道现场数据对模型进行了验证,结果显示:压力平均误差为7%,温度平均误差为4.16%,能够对生产起到指导作用,基本满足生产需要;此外,增大输量有助于节能降耗,全线维温是最节能的运行方式。

天然气中含蜡成分对处理装置运行的影响分析及对策

由于自然条件的原因,克拉2气田天然气处理装置冬季运行时间较长,而该气田开采出的天然气又有着含蜡量较高的特点。经过分析化验,天然气中含蜡成分完全熔化点约在32℃。当含有蜡成分的介质的温度低于32℃时,天然气中的蜡就有可能析出,成为固体或胶状物,影响处理装置安全、平稳运行和优质、高效供气。文章从天然气中含蜡成分对集气装置、脱水脱烃装置、乙二醇再生装置、管线流通等几个方面的影响进行了分析,并从脱除含蜡成分、加伴热保温、优化工艺几个方面提出解决方案。最终得出结论:伴热作为解决天然气中含蜡成分的一种方式,有着良好的效果。通过现场实践证明:在设备及管道上采用易实施的电伴热作为伴热方式,结合优化工艺、调整参数、平稳控制等方法,有效地减少了含蜡成分进入天然气处理装置,收到较好的效果,且大大降低成本。

辽河特石埋地管道电伴热管腐蚀速度灰色预测

辽河特石埋地管道所经区域的自然地表环境因素复杂多变,大部分经过水稻田地,因此有必要对该管线进行腐蚀速度的预测。从现场埋地管道的伴热管取样,经过加工做成试件,利用腐蚀速度测试仪进行测试。应用灰色系统理论的数学原理及建模过程,建立了腐蚀速率GM(1,1)模型。应用该模型对测试试件的数据进行灰色预测,采用“残差检验法”进行检验,并对预测模型的结果进行了分析讨论,预测结果表明,模型是正确的。但该模型只能反映腐蚀轻重并且由于自然腐蚀的影响,故该预测模型适合较短期的预测。

直接电加热过程含缺陷海底管道强度评价

直接电加热技术通过在管壁两端施加交流电向管道内输送热量,保持管内流体具有较高的温度,可有效地预防管道产生的冷凝现象。为保障直接电加热过程中海底管道的安全性,采用有限元软件ABAQUS对直接电加热过程中含缺陷管道进行了应力分析与强度评价,并分析了缺陷长度、宽度、深度以及温度对管道剩余强度的影响。分析结果表明:当缺陷大小一致时,相比环向缺陷,存在轴向缺陷管道的应力水平更大;缺陷深度的增加导致管道剩余强度有明显下降,缺陷长度在20~100 mm时,缺陷长度的增加导致管道剩余强度有明显下降,缺陷宽度对管道剩余强度的影响不明显;温度每升高30℃,管道剩余强度下降9.5%~28.9%。所得结论可为保障海底管道在直接电加热过程中的安全运行提供理论支持。

输油管线集肤效应电伴热的优化

在对比输油管线伴热输送方法的基础上,介绍了输油管线集肤效应电伴热(SECT)的基本构成。并通过对电伴热系统的优化设计,提出了输油管线沿线的分段等温集肤效应电伴热输送。为进一步优化设计集肤效应电伴热输油管线的伴热性能,搭建了20 m长的分段等温集肤效应电伴热输油管线实验台架,对分段等温集肤效应电伴热输油管线进行了系统测试。测试结果表明:应用分段等温集肤效应电伴热技术时集肤效应明显,可极大地提高伴热效率;在优选不同形状和尺寸的SECT加热管时,宜采用1.905 cm的圆形SECT加热管,此时阻抗值较大且穿线安装方便。分段等温SECT的不仅可以提高发热效率,减小施工难度,而且漏电压处于安全水平,能够达到节能、环保、高效、安全等目的,易于在中长距离黏油输油管线中推广应用。

考虑热网管道铺设方式影响的电热耦合系统优化调度

热网热损特性作为热力系统温度动态过程的重要驱动因素,在电热联合调度中受热网管道铺设方式的影响显著。针对不同的热网管道铺设方式,分析了热网热损特性在电热联合调度中的作用机理,以及在不同热网管道铺设方式下的特性差异,提出了一种计及热损特性影响的热网管道温度动态过程约束模型。基于此,计及风电出力与负荷的不确定性,建立了考虑热网管道铺设方式影响的多场景电热耦合系统调度模型及其信息间隙鲁棒优化求解策略。算例仿真结果表明:相比于传统管道约束模型,所提出的管道约束模型反映了热网实际结构对于热力系统运行约束的影响,提高了系统运行的经济性。

石化管线集肤效应电伴热研究

石油化工企业中的管道,常用伴热的方法以维持生产操作及停输期间管内介质的温度。管道集肤效应电伴热(加热)技术是近年来出现的一种新的金属管道加热方法,是大型石油化工等企业热输管道加热保温的新技术、新工艺。通过阐述集肤效应机理及实验方式,论证了此种加热技术在石化管线伴热的可行性及在其应用中具有效率高,使用广泛等优点。

直接电加热过程海底管道热力学特性研究

针对直接电加热引起的海底管道热力学问题,以管道停输工况为例,采用有限元软件ABAQUS建立海底管道稳态传热有限元模型,在此基础上,基于管土相互作用建立海底管道整体有限元模型,开展海底管道整体热应力与热屈曲分析。研究结果表明:在直接电加热过程中,半埋管道的温度略高于悬跨管道;直接电加热会增加管道的整体应力水平,但远小于管道屈服应力;当初始缺陷过大时,管道会在直接电加热过程中产生热屈曲现象。

余热锅炉在输气管道工程中的应用

阐述了余热利用在输气管道工程中的意义,介绍了4种余热利用途径。结合余热锅炉在西气东输二线管道工程中的应用方案,对输气站场燃气轮机的余热利用进行了环保效益及节能效益分析,对其利用前景进行了展望。

油库润滑油电伴热输送用电热带的选型

阐述了油库润滑油电伴热输送的现实意义 ,分析了目前国内生产的用于电伴热输送的常用电热带的主要类型及使用场合 ,并对不同类型电热带的性能进行了对比分析 ,实施例中给出了二种电热带的选用和使用情况 ,对电热带的选型具有指导意义。

海底原油管道电伴热相对热耗率研究

以海底热油管道平台集中加热能耗为基准,基于热平衡原理,采用微积分方法推导出了电伴热相对热耗率的函数关系式,澄清了影响电伴热相对热耗率的主要因素,论证了集中式加热和分布式伴热在热耗之间的优劣,并探明了电伴热相对热耗率对关键影响因素的敏感性规律。结果表明,分布式伴热方式的热耗总是小于集中式加热方式的热耗;其相对热耗率与总传热系数和输送距离近似呈线性负相关关系,而与管径和流速近似呈指数式正相关关系;由于电伴热方式不具有“最小输量”的限制,可以在极端工况下弥补平台加热技术不可行的不足。

集肤电伴热管路设计施工中的技术问题及处理方法

介绍了集肤电伴热管的专用元件──接线盒的材质、制作，盒内导线的连接形式、接头的绝缘处理方法及接线盒的防水处理方法。进而介绍了对耐热导线的要求与耐热导线穿越加热管的方法，以及减小或消除加热管焊接热应力措施与防腐措施。最后简要介绍了集肤电伴热方法的常规设计程序与优化设计。

热泵型热管理系统整车制冷剂充注量标定方法研究

为保证新能源汽车空调系统高效运行,提升整车续航里程,本文研究多种运行模式下新能源汽车热泵空调系统制冷剂充注量,采用实验测试与理论计算相结合的方法,通过搭建可视化的充注量测试台架,对基于某电动汽车实车的三换热器空调热泵空调系统进行了研究。在标准焓差室中基于新能源汽车空调的典型工况,通过测量不同充注量下系统关键温度压力参数,对不同工况下吸排气压力、过冷过热度等系统关键性能进行分析。实验结果表明,该系统制冷模式下制冷剂最佳充注范围为1050~1150 g,制热模式下充注范围为750~1600 g,综合考虑下得出系统的最佳制冷剂充注量为1100 g。

海底管道直接电加热温降理论研究

海底管道直接电加热是一种安全、可靠、节能、环保的流动保障技术,适用于深水油田的易凝高黏原油开发。针对直接电加热原油管道的传热特点,推导了管道沿线温降基本方程以及最短加热长度、最小加热功率、最优加热长度、最低入口温度、最低输量及最大总传热系数的数学表达式。结果表明,在考虑现场实际约束条件下,加热长度应设计得尽可能短,利于节省加热能耗;当加热功率大于临界功率时,最短加热长度与加热功率的具体数值无关。

天然气站场保温管道电伴热带运行优化

为解决天然气集输站场保温管线所需电热带负荷未经核算,导致用电负荷及生产能耗上升的问题,需优化电伴热带工艺,提高伴热效率以达到节能降耗目的。通过建立保温管道电伴热带优化MINLP模型,以降低电伴热电费和材料耗费为目标函数,考虑国标要求散热损失量、伴热带自身特性、环境影响等约束条件;对电伴热带使用功率、缠绕密度、运行时间等参数进行优化设计。结果表明:优化后实际电伴热带费用及电费分别减少2.4万元/年和6.6万元/年,电伴热带成本费用比优化前节省约6%,年用电费减少约12.2%。

管道环氧树脂涂层补口与感应加热器宽度

依据多年从事环氧树脂涂层管道外补口工艺装备的研究和施工经验，分析中频感应加热器在设计应用中的补口宽度与感应加热轴向温度场的关系，推荐整体式、开合式、无断点开合式三种典型感应加热器，可满足不同补口宽度需要，并适应管道接口的超声波探伤。

公路隧道消防管道保温措施研究

为分析隧道消防管道温度场的影响因素,探索一种节能、高效的保温措施,以金盆湾隧道为工程背景展开研究。首先,采用理论计算与三维数值模拟仿真相结合的方式,对比分析电伴热系统及微压循环定点加热系统的消防管道保温特点。然后,通过消防管道在稳态传热情况下的理论计算,分析能量消耗的影响因素和大致范围。最后,利用计算流体力学软件Fluent模拟计算了隧道内消防水管在突遇寒流后几天内的非稳态温度场。研究结果表明:1)电伴热系统与微压循环定点供热系统所需的能耗基本相同;2)外界冷空气通过消防水管管廊盖板之间的缝隙侵入消防管廊,降低了消防水管附近的温度,增加了散热损失,因此有必要减少消防管廊盖板之间的缝隙;3)理论计算能够快速简单地得到辅助加热所需的功率,而数值模拟仿真计算能够考虑非稳态传热过程及更多结构细节引起的辅助加热功率变化。

考虑管存动态特性的电-气-热综合能源系统低碳经济调度

电转气(P2G)和热电联产机组(CHP)作为综合能源系统耦合元件,是实现清洁低碳电力的重要途径。基于此,从P2G和CHP的协同机理着手,建立了考虑气管网储能特性的电-气-热互联综合能源日前调度模型。模型目标函数以日前调度成本、弃风成本和污染物治理成本之和最小,并计及了电网、气网约束条件,重点关注天然气系统管网的储气空间,以挖掘其管存动态特性。针对模型存在的非线性约束,采用二阶锥松弛和分段线性化将模型转化为混合整数凸优化问题进行求解。通过一个IEEE33节点电网和比利时20节点天然气网耦合的综合能源系统进行算例分析,结果验证了P2G和CHP的联合调度可以提升综合能源系统多项性能,管网动态特性对系统经济性具有积极作用。