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埋地热油管道运行分析

作　者: 张绍杰
导　师: 袁宗明
学　校: 西南石油学院
专　业: 油气储运工程
关键词: 热油管道温降模拟压降模拟停输再启动最小输量有限差分预测-校正法控制体积法弦截法
分类号: TE832
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 3次
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内容摘要

对埋地热油管道,油品在管道中流动时,不仅存在着压力能的损失,而且存在热能的损失,并且这两方面的能量损失是相互联系和相互影响的,因此,埋地热油管道的设计、运行、管理就比常温输油管道要复杂得多。特别是在埋地热油管道运行管理中,为了使管道的运行管理费用最省,准确了解热油管道正常运行时的温降和压降情况,是非常重要的。为了热油管道的安全运行,还需要对埋地热油管道的各种运行工况进行研究。因此,本文对埋地热油管道进行了以下研究: (1) 对埋地热油管道正常运行时的工况进行了研究,分别建立了埋地热油管道径向温降数学模型、轴向温降数学模型和压降数学模型,并研究了模型的求解方法,采用有限差分法求解埋地热油管道的径向温降数学模型,可得到埋地热油管道正常运行时沿线的管壁温度,采用预测-校正法求解埋地热油管道的轴向温降数学模型,可得到埋地热油管道正常运行时沿线油品的温度,采用分段计算法求解埋地热油管道的压降数学模型,可得到埋地热油管道正常运行时沿线油品的压力。 (2) 对埋地热油管道的停输温降进行了研究,建立了埋地热油管道停输径向温降数学模型和轴向温降数学模型,同样,采用有限差分方法求解埋地热油管道停输径向温降数学模型,可得到管道停输任意时刻时管道各个截面的径向温度,采用预测校正法求解埋地热油管道停输轴向温降数学模型,可得到管道停输任意时刻管道沿线油品的温度。 (3) 对埋地热油管道停输后再启动进行了研究,建立了埋地热油管道停输后再启动的数学模型,研究了模型的求解方法,采用控制体积法将连续性方程、动量方程、能量方程进行了离散,提出了求解离散方程的计算步骤,通过计算,可得到启输后任意时刻管道的启输量、泵站扬程以及管道沿线的温度。 (4) 研究了当不考虑摩擦生热时管道的最小允许输量和考虑摩擦生热时管道的最小允许输量的计算方法,推导出了计算埋地热油管道最小允许输量的公式,并采用弦截法进行了求解。 (5) 以一条埋地热油管道为例进行了实例计算,并进行了一系列的分析,使热油管道的一些理论得到了验证。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-18
  1．1 输油管道发展概况  8-11
    1．1．1 国内输油管道发展概况  8-9
    1．1．2 国外输油管道发展概况  9-11
  1．2 埋地热油管道的热力研究现状  11-14
  1．3 本文研究的目的意义  14-16
  1．4 本文的主要研究内容  16-17
  1．5 本文的创新点  17-18
2 原油物性及相关参数计算  18-27
  2．1 油品密度  18
  2．2 油品粘度  18-19
  2．3 油品比热容  19-20
  2．4 导热系数  20-21
  2．5 总传热系数  21-26
    2．5．1 内部放热系数的计算  22-24
    2．5．2 外部放热系数的计算  24-26
  2．6 水力摩阻系数  26-27
3 埋地热油管道的流动特性  27-33
  3．1 概述  27
  3．2 油品流态和流型的判别方法  27-30
  3．3 临界温度的计算  30-32
    3．3．1 假塑性流体从紊流向层流过渡的临界温度  30
    3．3．2 牛顿流体临界温度  30-32
  3．4 小结  32-33
4 埋地热油管道正常运行工况研究  33-55
  4．1 概述  33-36
    4．1．1 影响热油管道散热的因素  33-34
    4．1．2 土壤自然温度场  34-35
    4．1．3 有热油管时的土壤温度场  35-36
  4．2 埋地热油管道的径向温降研究  36-49
    4．2．1 埋地热油管道传热物理模型  36-37
    4．2．2 埋地热油管道的导热方程  37-39
    4．2．3 确定埋地热油管道对大地温度场的影响范围  39-41
    4．2．4 埋地热油管道的径向边界条件  41-43
    4．2．5 埋地热油管道稳态径向温降数学模型  43-44
    4．2．6 埋地热油管道稳态径向温降数学模型的求解  44-49
  4．3 埋地热油管道的轴向温降研究  49-52
    4．3．1 轴向温降的数学模型  49-51
    4．3．2 轴向温降数学模型的求解  51-52
  4．4 埋地热油管道的压降研究  52-54
    4．4．1 压降数学模型  52-54
    4．4．2 数学模型的求解  54
  4．5 小结  54-55
5 埋地热油管道停输温降研究  55-63
  5．1 概述  55
  5．2 埋地热油管道停输径向温降研究  55-59
    5．2．1 埋地热油管道停输径向温降数学模型的建立  55-57
    5．2．2 埋地热油管道停输径向温降数学模型的求解  57-59
  5．3 埋地热油管道停输轴向温降研究  59-62
    5．3．1 埋地热油管道停输轴向温降数学模型的建立  59-60
    5．3．2 埋地热油管道停输轴向温降数学模型的建立  60-62
  5．4 小结  62-63
6 埋地热油管道停输后再启动研究  63-74
  6．1 概述  63-65
  6．2 埋地热油管道停输后再启动的数学模型  65-67
    6．2．1 描述原油在管道中流动的基本方程  65-67
    6．2．2 约束条件  67
  6．3 停输后再启动数学模型的求解  67-73
    6．3．1 微分方程的离散化  67-72
    6．3．2 离散方程的求解  72-73
  6．4 小结  73-74
7 热油管道的最小允许输量研究  74-78
  7．1 概述  74-75
  7．2 当不考虑摩擦生热时管道的最小允许输量  75-76
  7．3 当考虑摩擦生热时管道的最小允许输量  76-77
  7．4 小结  77-78
8 实例分析  78-102
  8．1 管道概况  78-79
  8．2 管道正常运行时的轴向温降模拟结果及讨论  79-91
    8．2．1 管道周围环境温度对轴向温降的影响  79-86
    8．2．2 管道输量对轴向温降的影响  86-89
    8．2．3 加热站出站温度对轴向温降的影响  89-91
  8．3 管道正常运行时的压降模拟结果及讨论  91-94
    8．3．1 管道周围环境温度对压降的影响  91-92
    8．3．2 管道输量对泵站出站压力的影响  92-94
  8．4 管道停输时的轴向温降模拟结果及讨论  94-99
    8．4．1 管道周围环境温度对停输的影响  94-97
    8．4．2 停输时间对管道轴向温降的影响  97-99
  8．5 管道停输后再启动时的轴向温降模拟  99-100
  8．6 管道最小输量讨论  100-102
    8．6．1 管道周围环境温度对最小输量的影响  100-101
    8．6．2 土壤导热系数对最小允许输量的影响  101-102
结论  102-104
致谢  104-105
参考文献  105-108

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