停输管道介质径向传热研究

论文摘要

管道停输后,管内含蜡原油温度随着停输的时间增加而逐渐降低,管道内部逐渐有石蜡晶体析出。随着停输时间的进一步增加,固态蜡晶在原油中的含量逐渐增加并形成网状结构。当固态蜡晶的含量增加到一定值时,停输管道可能发生凝管事故,造成巨大的经济损失。由此可见,停输热油管道发生凝管事故的根本原因是热力方面。目前关于热油管道热力计算的研究主要集中在管道正常运行时温度场的模拟和管道停输后油品的轴向温降计算方面,对停输管道介质径向温度场研究较少。因此,本文主要对停输管道的介质径向传热问题进行研究。本文主要工作如下：1、对原油凝固的机理、条件和影响因素等进行研究,介绍了测定原油析蜡点和选取析蜡潜热的方法,通过比热容实测值与计算值的对比分析研究了原油的结蜡过程。2、分别用分区法、焓法、显热容法建立了停输管道径向传热数学模型。其中显热容法较为简单实用、易于进行多维推广,在处理多维问题时优势明显,适用于求解发生在某一温度范围的相变传热问题,因此本文采用显热容法求解热油停输管道介质相变传热问题。3、应用FLUENT软件对停输管道的径向温度场进行数值模拟,分析了温度场的分布情况。通过改变原油的各种物性参数模拟停输管道的径向温度场,并对每个参数对允许停输时间的影响进行了分析,其中析蜡潜热对热油管道允许停输时间的影响最大。考虑析蜡潜热影响的停输热油管道介质温度随停输时间的变化曲线在析蜡点和凝固点之间的变化较不考虑析蜡潜热影响的曲线平缓。这是由于停输管道温降过程中介质凝固放出的热量(凝固潜热)比较大,该热量能够弥补管道保温结构外表面与外界环境的换热量。因此,在相同的工况下停输维修,考虑析蜡潜热的热油管道允许停输时间远远大于不考虑析蜡潜热的热油管道允许停输时间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 前言
• 1.1 本文研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 原油相变过程的研究
• 2.1 原油的化学组成
• 2.2 原油蜡质固相生成机理
• 2.2.1 相平衡理论
• 2.2.2 溶解度理论
• 2.2.3 结晶理论
• 2.2.4 扩散理论
• 2.3 析蜡点的测定方法
• 2.3.1 偏光显微镜法
• 2.3.2 激光法
• 2.3.3 粘度法
• 2.3.4 超声波法
• 2.3.5 差示扫描量热法
• 2.3.6 其它方法
• 2.4 原油析蜡潜热的选取
• 2.5 含蜡原油的比热容
• 2.6 本章小结
• 第三章 热油管道停输介质径向相变传热模型研究
• 3.1 伴有相变的导热模型概述
• 3.2 架空热油管道物理模型
• 3.3 架空热油管道分区法的数学模型及模型分析
• 3.4 架空热油管道焓法数学模型及模型分析
• 3.5 架空热油管道显热容法数学模型及模型分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 停输管道介质径向温度场数值模拟
• 4.1 研究对象物理模型
• 4.1.1 物理模型的建立
• 4.1.2 物理模型的简化
• 4.2 数值模拟处理过程
• 4.2.1 网格划分
• 4.2.2 模拟条件设置
• 4.2.3 热油停输管道介质温度场模拟结果及分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 论文摘要