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新大线同沟敷设热力分析.pdf
中国工程热物理学会 传热传质学
学术会议论文 编号:073013
新大线同沟敷设热力分析
王艺凌霄宇波+张劲军王凯
(中国石油大学石油天然气工程学院,城市油气输配技术北京市重点实验室,北京102249)
电话:01089733849
E哪ail:Y进地Q薹@曼塑:曼鱼婪:鲤
摘要针对新大线新线和老线拟采取同沟敷设的大连新港一小松岚段,进行了数值模拟研究。采用非结
构化有限容积法,分析了不同的物性条件下,常温输送原油对加热输送原油的热力影响,进而为确定
该管段同沟敷设的安全运行条件提供参考,也为设计施工提供支持。
关键词同沟敦设;新大线;热力分析;数值模拟;有限容积法
引言
大连新港一大连石化输油管道简称“新大线”,分为新大线老线和新大线新线两条输
油管道,其中用新线系统常温输送含硫原油,老线系统加热输送石蜡基原油。新线和老
线在大连新港一小松岚段为新建管道,采用同沟敷设方式。由于这是新大线首次采用全
新的敷设方式,缺乏经验,又因为同沟敷设的是两根原油管道,且小管加热输送,冷油
输量大于热油输量,不同于西部管道原油成品油同沟敷设的特点,不能照搬西部管道同
沟敷设研究的经验…。面设计时需要快速、准确地预估同沟敷设不同输送条件下,常温
输送原油管道对加热输送原油管道的热力影响,以提前排除实际敷设时可能出现的不安
全因素,避免给实际运行带来不必要的损失。无疑数值模拟方法以其快速、准确、廉价
的优点成为我们的首选研究手段。本文采用非结构化有限容积法嵋1,借鉴西部管道同沟
敷设的研究经验,基于新大线管道工程基本数据,进行了同沟敷设数值模拟研究,为该
管道的设计提供支持。
1数学模型及计算方法
对于运行的埋地输油管道,管内的油品、土壤和大气车勾成了~个热力系统,因而对
其热力问题的完整描述,应包括管内油品的传热和管外土壤中的导热两部分。计算的方
法是应用特征线法推导出描述管内流动及油流温度分布的特征线方程,并通过差分法求
出管道各节点温度的表达式。对于管内油流的传热与土壤中导热的耦合,可利用管道内
流体换热量与土壤中导热量的平衡关系在两者之间建立联系。最后在非结构化网格上,
运用有限容积法求解这些方程。所采用的计算模型作如下假定:
(1)认为管内原油的温度在同一截面上是均匀的,即管内原油温度只是时间和管道
轴向位置的函数;
(2)将管道周围各向异性的土壤介质简化为各向同性的均匀介质;
(3)忽略土壤轴向温降,将三维不稳定传热问题简化为二维不稳定传热问题;
(4)引入热力影响区,认为受原油管道影响的二}二壤区域在10m以内¨3。
基于上述假设,综合考虑管道横截面上原油、结蜡层、钢管壁、.防腐层、土壤和大
气之问的相互影响,得到数学模型,见图2,其中小管为加热输送原油管道。为对比起
1055
见,我们还研冗了单管敷设加热原油管道的情形(如图l不),以查明常温输送原油管道
对加热原油管道的影响。
对两根原油管道分别有如下描述管流的连续性方程、动量方程和能量方程:
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由式(1)、式(2)和式(3)得到油流的换热方程:
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