埋地热油管道停输温降的CFD模拟

２ 基本假设
对埋 地输 油管 道 周 围温 度 场 的研 究 ， 多 是 在 大 简化 条件 下得 到 的 。通 常 假 设传 热为 稳 定 过 程 ， 大 多 只进行 二 维 计 算 。本 文 在 进 行 模 拟 时也 是 在 二 维条 件下 进 行 模 拟 。但 是 为 了 能 便 于 理 论 分 析 和 顺 利求 解 ， 必 要 在 合 理 、 单 的 情 况 下 作 如 下 有 简
假设 ：
１ 物理模 型的建立
埋 地原 油 管 道 停 输 温 降 过 程 一 般 采 用 简 单 二
维模型 。同时把管道周 围土壤看做半无 限大介质。
另外 ， 于停 输 过 程 中 ， 道 轴 向 温 降 比径 向 温 降 鉴 管
２ １ 年 ４月 １ 日收 到 ０１ ８ ．
（） １ 在停输初始时刻， 整个计算 区域 的温度为
正 常输 送 时 原 油 的温 度 ， ； 为管 道各 层 （ 蜡 ℃ 结 层、 钢管 层 、 青 防腐 层 ） 输初 始 时 刻 的 温度 ， 沥 停 ｏ Ｃ； 为停输 初始 时刻 土壤 的温度 ， 。 ℃
３ 数学模型
根 据前 面所 建立 的物 理 模 型 ， 建立 数 学 模 型 现
一
小得 多 ， 本文 只求 解管道横截 面上温度 场的分 布。从 而使模型得到 简化 。如 图 １ 所示 ， 为埋地管 道建立 物 理模型 。其 中 ， 深 Ｈ＝１５ｍ， 埋 ． 内径 ｄ＝ ６ ｍ， ４０ｍ 壁
厚 ６＝ ． ｉ。 ３５ｔｎ ｈ
地 面
直 是 管道安 全 运 行 的核 心 技 术 问题 。究 其 原 因 ，
摘
要
针对埋地热油 管道 的停 输温降过程 ， 分别建 立 了埋地 热油管道 的物理模 型和 数学模 型， 并应用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件模拟 了
不 同土壤导热 系数 、 同大气温度下 的温度场 分布 。同 时在 稳 态 的基 础上模 拟 非稳 态， 出停 输后 温度场 、 不 得 速度 场 的分布。
了热 油管 道 停 输 再 启 动 过 程 中温 度 和 压 力 等 参 数 的变 化规 律 ＿ 。本 文 中 主要 考 虑 在 停 输 过 程 中环 ４ Ｊ
图 １ 埋 地 管 道 的物 理 模 型
境 因素 的变 化 对 热 油 管 道 温 度 场 和 土 壤 温 度 场 的 影响 ， 并模 拟停 输后 的速 度场 分布 。
文献标志码
我 国所 产 原 油 ８％ 以上 为 凝 点 较 高 的 含 蜡 原 ０ 油 。 目前 含蜡 原 油 多 采 用 加 热 管 输 的 方 式 ｌ 。在 ＿ １ 』
热油 管 道运行 过 程 中 ， 可 避 免 地会 因计 划 性 或 事 不 故性 的原 因而发 生 停 输 。原 油 管 道 的停 输 再 启 动 ，
如下 。
４ 软件模拟及结果分析
算 例 ： 热 油管道 内径 ５ ０ ｍｉ， 厚 ３ ５ ｍ 取 ０ Ｔ 壁 ｌ ． ｍ， 埋 深 １ ５ １。 原 油 密 度 ９ ７ ｋ／ 原 油 比热 容 ． Ｔ Ｉ ７ ｇ ｍ ，
（ ）埋管 与 土壤 完好接 触 ， ２ 忽略接 触热 阻 ； （ ）认 为土 壤是均 质 的 ； ３
数 ， （ｎ・ ） ｗ／ Ｉ ℃ 。
３ ３ 初始 条件 ．
＝
（ ）假设 在距 离埋 管 ５１处不 存在 水平 方 向的 ４ １ １
热流；
０时 ， ＝ 正 常； ＝７ 常； ：７ 常。 １ ｒ 征 １ ｆ
并对不 同油温下 的温度分布进行模拟 ， 出了温度场 在不 同条件 影响下 的分布规律 。对于优 化管道 建设 和制定科 学合理 的 得
热 油 输 送 工 艺 具 有 重 要 的作 用 。
关键词
热油管道
温数值模拟
中图法分类号
Ｔ ８２ ３ ； Ｅ ３ ．４
一
是 热 油 管 道 大 部 分 都 采 用 埋 地 敷 设 ， 实 际 生 在
产 、 行 中对 于停 输后 热油 管道 以及 土 壤 温 度 场 分 运 布 的研究 ， 具有 重 要 的意义 和作 用 Ｊ 。邢 晓 凯 和 张 国忠 使用 有 限元 法 模 拟 了长 距 离 埋 地 热 油 管 道 的 停 输 与再 启动 过程 ， 分析 了环 境 变 化 对 停 输 与再 启 动过 程 的影 响 Ｊ 。刘 晓燕 、 扬 以试 验 的 形 式 测得 刘
（ ）假 设在 地 面下 ５１ 深度处 地 温是恒 定 的 ； ５ １ ＂ Ｉ
式 中
为 停 输 初 始 时 刻 原 油 的 温 度 ， ； 常为 ℃
（ ）因为 管 道 周 围左 右 十 五 米 为 无 热 力 影 响 ６
区， 在误 差 范 围内可 以假 设 矩 形 土 壤介 质 竖 直 方 向 的右边 界为绝 热 边界条 件 。
第 ｌ卷 ｌ
第２ ２期 ２ １ 年 ８月 ０１
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． １ Ｎ ． ２ Ａｕ ． ０ １ １１ ｏ ２ ｇ２ １
１７ — １ １ （０ １ ２ —２ １０ ６ １ ８５ ２ １ ）２ ５ ８ －４
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｎ
该 截 面正 常输送 时各 点 的温度 ；
第 一作者简 介 ： 王 敏 （９ ８ ） 女 ， １ ８一 ， 东北 石油大 学油气储 运专业
研究生。Ｅｍａ ： ａｇ ｎ ｉ２ ０ ＠ｓ ａ ｃｒ。 — ｉ ｗ ｎｍｉｍ ｎ０ ６ ｉ ．ｏ ｌ ｎ ｎ
５ ８ ２２
科
学
技
术
与
工
程
１ 卷 １
⑥
２ １ Ｓ ｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ｃ Ｔ ｃ ． ｎ ｎ． １ ．
埋 地 热 油 管 道 停 输 温 降 的 Ｃ Ｄ模 拟 Ｆ
王 敏 于 远 洋
（ 东北石油大学石油工程学院 大庆 １３ １ ； ， ６ ３ ８ 大庆市红 岗区人 民政府办公室 ， 大庆 １３ １ ） ６ ５ １