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含蜡原油管道流动特性研究

作　者: 张凤桐
导　师: 朱蒙生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 流体力学
关键词: 含蜡原油管道流动特性温降计算沿程摩阻最小输量
分类号: TE832
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

我国盛产高含蜡、高凝点原油,加热输送是其外输的主要方法。本文对含蜡原油管道正常运行过程进行了分析,基于流变学、传热学、流体力学等学科的基本理论,考虑到原油沿管道向前输送过程中物性参数及流动状态的变化,分析了含蜡原油在管道中的流动特性,建立了含蜡原油加热输送管道水力、热力计算模型并提出了相应的求解方法。通过对庆铁输油管道某加热站间管段的模拟计算,对其正常运行时沿程温降、摩阻损失的影响因素,以及一定工况下,保持管道安全运行的最小允许输量进行了分析。本文利用C++ Builder可视化编程语言开发了适合工程应用的热油管道水力、热力及最小输量计算软件,该软件能够通过数值模拟,得到沿程油温分布、进站油温、沿程摩阻及一定工况条件下的最小允许输量等参数。由于我国东部的大庆、辽河等油田产量不断下降,东北原油外输管道已达不到满输量运行。随着输量的减少和管道运行温度的降低,两加热站间呈现非牛顿流型和层流状态的管段越来越长。当两加热站间温降较大,管内原油有流态变化时,油流的流动状态会发生很大的变化,传统的热力、水力计算方法由于没有考虑原油物性和流态的变化,会造成较大的计算误差。准确了解含蜡原油管道的沿程温降规律、摩阻损失及一定工况条件下的允许输量,可以为含蜡原油管道在低输量运行期合理安排运行方案,保持管道稳定运行提供帮助。本文的研究可为含蜡原油管道的运行管理提供科学的依据,对于指导油田的输油生产、管道的安全运行和节能降耗具有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 本课题研究的意义  10-11
  1.3 输油管道的发展概况  11-13
    1.3.1 国外输油管道发展概况  11-12
    1.3.2 我国输油管道发展概况  12-13
  1.4 国内外研究现状  13-16
    1.4.1 含蜡原油流变性的研究现状  13-15
    1.4.2 原油管道热力计算研究现状  15
    1.4.3 原油管道水力计算及允许最小输量研究现状  15-16
  1.5 本文的主要研究内容  16-17
第2章含蜡原油管道流动特性  17-28
  2.1 流体的分类及其流变特性  17-19
    2.1.1 牛顿流体  17-18
    2.1.2 假塑性流体  18
    2.1.3 屈服假塑性流体  18-19
  2.2 含蜡原油流变特性  19-20
    2.2.1 含蜡原油的相态变化  19
    2.2.2 不同温度区间的流变特性  19-20
  2.3 原油物性参数计算  20-24
    2.3.1 密度  21
    2.3.2 比热容  21-23
    2.3.3 导热系数  23
    2.3.4 粘度  23-24
  2.4 原油流态和流型的判别方法  24-27
    2.4.1 雷诺数的计算  24-25
    2.4.2 流态转变温度的计算  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章水力热力计算模型的建立及求解  28-45
  3.1 热油管道运行过程描述  28
  3.2 热油管道散热的影响因素  28-35
    3.2.1 总传热系数  28-34
    3.2.2 管道埋深处自然地温  34-35
  3.3 水力摩阻系数  35-37
  3.4 热油管道计算模型的建立  37-41
    3.4.1 连续性方程  37-38
    3.4.2 能量守恒方程  38-39
    3.4.3 动量守恒方程  39-41
  3.5 模型求解  41-44
    3.5.1 管道沿程油温的求解  41-42
    3.5.2 管道压降求解  42-43
    3.5.3 模型的求解框图  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章含蜡原油管道的最小输量  45-52
  4.1 低输量运行的不稳定性  45-48
  4.2 临界安全输量的计算  48-49
  4.3 输油温度对最小输量的影响  49-50
    4.3.1 最高出站温度  49
    4.3.2 最低允许进站温度  49-50
  4.4 最小允许输量的计算  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章实例分析  52-71
  5.1 管道概况  52
  5.2 沿程温降模拟计算结果及讨论  52-60
    5.2.1 出站油温对沿程温降的影响  53-55
    5.2.2 输量对沿程温降的影响  55-56
    5.2.3 管道周围环境对沿程温降的影响  56-59
    5.2.4 管道结蜡对沿程温降的影响  59-60
  5.3 沿程摩阻损失模拟计算结果及讨论  60-67
    5.3.1 出站油温对沿程摩阻的影响  61-62
    5.3.2 输量对沿程摩阻的影响  62-63
    5.3.3 管道周围环境对沿程摩阻的影响  63-66
    5.3.4 管道结蜡对沿程摩阻的影响  66-67
  5.4 最小输量模拟计算结果及讨论  67-70
    5.4.1 出站油温对最小输量的影响  67-68
    5.4.2 管道周围环境对最小输量的影响  68-69
    5.4.3 管道结蜡对最小输量的影响  69-70
  5.5 本章小结  70-71
第6章软件的开发与使用  71-75
  6.1 软件的开发平台与编程语言  71-72
    6.1.1 开发平台  71
    6.1.2 计算软件的编程语言  71-72
  6.2 软件的使用  72-73
    6.2.1 参数输入  72-73
    6.2.2 计算结果的输出  73
  6.3 软件功能  73-74
  6.4 本章小节  74-75
结论  75-77
参考文献  77-81
攻读学位期间发表的学术论文  81-83
致谢  83

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