热油管道停输后管内流体凝固的固液界面移动规律研究

摘要

加热输送的原油管道在运行过程中，不可避免地会发生自然灾害、管线维修等情况，造成管线停输，油品逐渐胶凝使得流通截面减少，甚至管道截面完全凝固，这就需要确定管道在不同停输时期管内介质的温降情况，并且着重讨论管内原油胶凝界面逐渐推进的规律，以避免凝管事故发生。
　　 基于传热理论，建立了在热油管道停输的传热数学模型，根据管线的实际情况，该模型的建立过程同时考虑了埋地、架空和水下三种不同管段敷设方式。利用有限差分法隐式差分格式在时间上进行离散，空间上采用有限元数值解法，利用三角形对管内边界和保温层圆形区域进行网格划分，使得划分的节点与圆形边界有效重合，忽略管道停输后的轴向温降，计算管道截面的径向温度值。利用显热容法，将析蜡潜热转化成了内热源来考虑，不需要跟踪停输过程中固液相界面的移动，并以管内油品的温度降低到原油凝点温度时所处的位置作为凝油界面。
　　 编制了“热油管道停输液固界面移动计算软件”。对不同敷设方式(埋地、水下、架空)、不同保温层厚度情况下的热油管道停输过程管内径向温度等参数进行了计算，从而进一步确定凝油界面随停输时间的移动规律，计算结果可为确定热油管道停输安全停输时间，安全运行提供参考依据。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1论文研究的意义、目的

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的内容

第二章热油管道停输传热特性

2.1热油管道停输的传热特性

2.1.1热油管道停输后的传热过程

2.1.2影响热油管道的散热因素

2.2热油管道停输特性分析

2.2.1热油管道的停输温降阶段

2.2.2管内原油自然对流和析蜡潜热问题

第三章 原油物性及相关参数计算

3.1 油品密度

3.2 油品粘度

3.3油品比热容

3.4原油导热系数

3.5油品管道换热系数

3.5.1外部换热系数

3.5.2停输后管内的自然对流换热系数

第四章 有限单元解法在传热中的应用

4.1温度场积分方程的推导

4.1.1泛函变分法

4.1.2权余法

4.1.3边界条件表示

4.1.4有限元议程

4.2三角形单元的划分和温度场的离散化

4.2.1单元的划分及规则

4.2.2温度插值函数

4.2.3单元变分计算

4.3有限元法的总体合成

4.4抛物线方程的时间差分格式

4.4.1 Galerkin格式

4.4.2 向后差分格式

4.4.3 Crank-Nicolson格式

4.5有限元法中显热容法应用

第五章管道停输数学模型

5.1 自然对流问题处理

5.2原油凝固移动边界相变潜热

5.2.1焓法模型简介

5.2.2显热容法简介

5.3停输温降数学模型

5.3.1假设条件

5.3.2模型简介

5.3.3温度场数学模型的建立

5.3.4温度场数学模型的求解

第六章管道停输固液界面计算结果及分析

6.1水下管道停输固液界面计算结果及分析

6.2架空管道停输固液界面计算结果及分析

6.3埋地管道停输固液界面计算结果及分析

第七章模拟软件

7.1 软件结构

7.2软件功能

7.3计算框图

7.4软件界面及软件操作说明

7.4.1软件主界面

7.4.2参数输入模块

7.4.3网格划分模块

7.4.4软件计算模块

7.4.5结果显示模块

第八章结论及建议

8.1 结论

8.2进一步开展深入研究内容的建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录 有限元vb语言编程部分程序代码