海底半埋输油管道的停输温降与冷凝过程分析

埋于海泥中的输油管道易受洋流、风暴潮等恶劣环境的影响而被冲刷直至裸露在海床上,从而失去海泥的蓄热保温作用。为研究海底半埋输油管道的停输温降与冷凝过程,建立含海泥、海水、原油、管道、保温层等多要素的三维非稳态传热模型,利用停输前管道附近的温度场作为初始条件,计算停输后原油的散热和冷凝过程,分析原油温度和冷凝量随位置和停输时间的变化规律。结果表明:海底半埋管道停输后原油降温先快后慢,80 h降温超25℃,此过程管道中心油温始终高于壁面处温度,两者之间的温差先增大后减小,最大温差出现在停输20 h时,为26.8℃。半埋管道停输20 h后,原油开始从壁面处凝固并逐渐向管道中心扩展,凝固量不断增加,停输80 h,原油凝固量达到30%。半埋管道原油温度下降比全埋管道更快,相同时刻下温度平均低1.8℃,凝固量平均高2个百分点。不同地区的原油冷凝时间和冷凝量存在较大差异,应加以区分。研究结果可为海底半埋输油管道的停输和再启动作业提供参考。

热油管道温度场模拟研究

在热油管道输送过程中,常遇到管道停输、环境温度降低等使得管道内油品冷却的工况,当油品温度低于临界值后,其物性将发生变化,从牛顿流体转变为非牛顿流体,流动性骤然下降,甚至引发油品在管道内凝结的凝管事故。凝管事故严重时会导致整条热油管道无法使用,不仅影响了输油系统的正常运行,还可能引发火灾、爆炸等安全事故,对环境和人员安全构成威胁。热油管道水热力数值模拟是查明原油管道运行规律、安全运行边界及进行可靠性评价的重要手段,而管道径向温度场的计算模型构建是数值模拟的关键。通过构建热油管道流动和停输状态下径向温度场的精细数值仿真模型,实现热油管道内部和外部径向温度场的统一求解。与国内某热油管道现场停输数据对比,该仿真模型的误差范围小于±0.5℃;经与商业软件FLUENT对比,验证了仿真模型的准确性。

复杂工况下热油管道泄漏识别与定位方法研究

针对复杂工况下热原油管道泄漏难以准确识别的难题,提出采用基于多元支持向量机的管道泄漏诊断方法,并建立了识别模型,可以在小样本情形下完成模型的训练工作,实现多种工况下对压力波动信号的分类识别,从而提高评判泄漏的有效性和准确性。针对热油管道负压波波速受油品及温度等因素影响较大所导致的定位误差,分析了管道沿程轴向温降以修正负压波波速,并采用牛顿-柯特斯积分方法对传统泄漏定位公式进行了改进。现场实验表明,基于多元支持向量机的检测方法能有效地识别管道运行异常状态,改进的漏点定位算法使得定位精度从原来的2.5%提高到1.0%。

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。

水下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十分重要的意义。利用FLUENT软件对水下热油管道停输温降过程进行了模拟,分析了不同时刻管内油温及速度的变化,停输后10 h内管内存在自然对流作用,随后逐渐减弱至消失,之后管内油温逐渐下降,至80 h后全管凝结。通过模拟,得到了管内油品的温降过程,为实际工程设计提供一定的参考依据。

埋地原油管道在线修复时站间温降的计算

针对我国已超役运营多年的输油管道在防腐大修时因管道开挖传热系数增大,使管道站间的温降增大的问题,提出了采用分段法计算埋地热输含蜡原油管道在线修复时站间的温降。在求解埋地管段单元段上的传热系数时,采用弦截法确定管内壁温度；在求解挖开管段单元段上的传热系数时,采用二分法与弦截法相结合的方法确定管外壁温度和管内壁温度。用C语言编制了计算程序,对两种修复条件下的原油分布进行了实例计算。

热油管道温度场的数值模拟

建立了埋地热油管道稳态时的物理模型和数学模型;应用CFD通用软件Fluent,模拟计算管道沿程温降,与理论公式进行了对比,结果证实与苏霍夫公式的理论解基本吻合,从而验证了Fluent在计算传热方面的可行性和准确性;而后通过Fluent软件模拟管道埋深、管道半径、管道流量、保温层以及非稳态对管道传热的影响,并通过后处理软件Tecplot对模拟结果做了数据处理,从而为工业生产中常见的此类问题的研究提供了理论依据和分析方法。

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。

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 。

埋地热油管道沿程温降的数值模拟

运用fluent软件在三维笛卡尔直角坐标系下建立埋地热油管道的物理模型,分别对不同传热系数和不同流速的热油管道以及非稳态环境下的热油管道进行数值模拟,得到热油管道轴向温度的分布图,通过改变管道总传热系数和流速分析其温度的变化规律并对其进行比较分析。计算结果很好地反映出埋地热油管道沿程温降的基本特征,可为实际生产管理提供科学的依据,对于指导油田的输油生产、管道安全运行和节能降耗具有重要意义。

基于SPS软件的埋地热油管道停输温降分析

为了进一步认识埋地热油管道的停输再启动过程,首先利用管道仿真软件SPS进行管道分析。在软件中建立了1个埋地热油管道模型,结合软件自身功能实现管道的停输再启动过程的仿真,记录分析停输温降数据,对影响停输温降的一些因素进行了探讨。另外,使用软件TLNET和公式法对该管道进行了停输温降分析,并将其结果与SPS软件得到的结果进行比较。3种方法计算结果有差别。文中分析了造成差别的原因。

基于ANSYS软件的热油管路保温的数值模拟

应用ANSYS软件对埋地热油管道沿径向温度进行了数值模拟,得到了不同保温层厚度时管道径向温度及热流量的变化。分析了含蜡层的径向温度变化,随着保温层厚度的增加,保温层内部温降变化减小,管道向外传递的热流密度逐渐减小,保温效果更好。热流量减小的速度随着保温层厚度的增加变得缓慢,模拟结果与编制计算机程序计算结果相吻合。

寒区输油管道正反输温降规律分析

采用SPS仿真软件建立寒区埋地热油管道的正反输仿真模型,对正反输送工艺的温降变化进行仿真。分析正反输运行时沿线油温随时间变化规律,首站油温随时间变化规律及不同时刻加热后的油头在管道中流动时的温降变化规律。仿真结果分析表明,反输开始后,反输首站油温先迅速降低后升高,最后达到稳定,且反输运行温降变化在20h左右达到稳定;对于保温管道,反输最低温度出现在冷油头到达首站时,在制定正反输运行方案时需特别注意。通过运用SPS软件对埋地热油管道正反输温降分析,可对以后制定正反输运行方案具有一定指导意义。

油库输油管道原油温降规律测试

分析原油储运油库输油管道原油温度巡回监测系统的温度测试数据,得到油库输油管道原油降温规律:不同输油管道的温降速率与平均温差的关系不同,同一输油管道不同位置(轴向)处的温降速率与平均温差的关系也不同;随着平均温差的增大,位于中心右侧的输油管道的温降速率增大,位于中心左侧的输油管道的温降速率则减小;温降速率与平均温差并不呈线性关系.

输油管道停输期间温度场数值模拟

对于高凝点原油,管线停输后很容易出现凝管现象,确定安全停输时间是保证安全启动的重要条件。原油的储热能力、管道系统向周围土壤传热能力及土壤的温度场分布决定着管线安全停输时间,研究热油管线停输期间温降规律显得尤为重要。利用CFD软件,在非稳态传热条件下,模拟出不同停输时刻管道温度场分布及温降曲线。结果表明:停输初期管内原油自然对流传热强烈,温度下降较快,后期下降缓慢,这种变化趋势和传热方式的变化相对应。当停输21 h时,原油温度降为38℃(高于凝点3℃),即安全停输时间为21 h。

保温层失效比例对热油管道安全停输时间的影响

针对热油管道的保温层由于特定原因而出现部分失效,进而导致在维修过程中安全停输时间难以控制的问题,结合有限容积法,建立了热油管道二维、非稳态模型。该模型考虑了凝固潜热的影响,对比分析了热油管在5种情况(即保温层未失效、1/8失效、1/4失效、1/2失效及全部失效)下的温降规律。在此基础上,运用SPSS软件,拟合了停输时间与热油的平均温度的关系曲线,最终确定了上述5种情况下的安全停输时间。研究结果表明,5种情况下管内热油温降规律基本相似,且安全停输时间分别为205、148、118、99和74h;由于凝固潜热弥补了部分散热损失,因此1/4失效和1/2失效情况下的安全停输时间差仅为19h。

含蜡热油管道稳态与瞬态的温降计算

含蜡热油管道在设计及实际运行过程中,油品密度、粘度、比热容沿程随温度变化,沿线流型与流态也不断变化,这些都是计算管道温降必须考虑的因素。从能量方程出发,计入析蜡潜热的影响,推导出管道沿线流量变化不大时的瞬态温度方程,并利用三特征线方法进行求解,提高了含蜡热油管道的计算精度,并为其设计计算及仿真软件的开发提供了理论依据。

用预测-校正法计算热油管道的轴向温降

针对长输埋地热油管道轴向温降计算误差大的问题,在充分考虑影响热油管道轴向温降各种因素的基础上,研究了油品物性(密度、比热容、粘度)和总传热系数与温度变化的关系,建立了热油管道稳定运行时轴向温降的数学模型,并采用预测-校正法求解数学模型。该模型较适用于有进出油点的管道,与常规的计算方法比较,该模型更接近实测值,精度较高。

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。

埋地热油管道温降及土壤温度场

埋地热油管道输送过程中,需要准确预测管道的运行工况。本文主要分析油流沿管道的轴向温降及管道周围土壤温度分布,得出了埋地热油管道的温降曲线和其周围土壤温度分布曲线。