高寒油气管道隧道保温技术研究

《高寒油气管道隧道保温技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、114低温建筑技术2015年第11期(总第209期)DOI：10．13905／j．cnki．awjz．2015．11．039高寒油气管道隧道保温技术研究李潇南，田雪凯，盛余飞，程旭东(中国石油大学(华东)，山东青岛266580)【摘要l采用有限元软件对中亚天然气管道D线某油气管道隧道的保温防冻问题进行分析，模拟了强冷空气入侵时隧道在不同保温设施下的温度场分布，分析其规律并结合工程实际进行隧道保温设计。结果表明：隧道保温门和仰坡保温层可以减少低温区域的发展，电热系统可以通过供热有效解决冻害问题。【关键词】油气管道隧道；保温防冻；保

2、温层；电热系统【中图分类号】TU111．1【文献标识码】A【文章编号】1001—6864(2015)11-0114-03STUDYONHEATPRESERVATlONTECHNoLoGYOFOILANDGASPⅡ’ELINETUNNELUNDERCOLDCONDITIoNLIXiao—nan，TIANXue—kai，SHENGYu-fei，CHENGXu—dong(ChinaUniv．ofPetroleum(EastChina)，ShandongQingdao266580，China)Abstract：WiththeFEAsof

3、tware，thethermalinsulationproblemoftheoilandgaspipelinetunnelinCentralAsiagaspipelineDwasstudied．Thetemperaturefieldofcoldregiontunnelwithdifferentthermalinsulationmeasurewasmodeledtoanalyzetheirlawsandtakepracticalsituationofthisprojecttodesignonthetunnelinsulationa

4、nti—freeze．Theresultsshowedthattunnelinsulationdoorandupwardslopeinsulationlayercanreducethedevelopmentoflow—temperatureregion，electricheatingsystemcaneffectivelysolvethecolddamageproblem．Keywords：oilandgaspipelinetunnel；thermalinsulation；insulationlayer；electricheat

5、ingsystem国内外大量寒区隧道的实践证明，在高寒区域隧道受低温影响常发生冻害，严重影响到隧道的结构安全。虽然隧道产生的冻害是各种各样的，但冻害问题—产生的唯一原因是隧道衬砌和围岩内存在较大面积和较长时间的负温区域。通过隧道保温防冻设计，可H、，测石r以有效减少甚至避免冻害的产生。本文以中亚天然气广管道D线某油气管道隧道为工程背景，利用有限元软IlnI件COMSOLMultiphysics对不同保温设施下的隧道温度场进行计算，分析保温层厚度等参数对温度场的影Inl围岩响，从而确定隧道保温防冻设计。1有限元模型建立201．1计

6、算原型图1隧道计算断面，m计算断面选取油气管道隧道纵剖面，隧道剖面长40m，底板厚25cm，拱顶衬砌厚45em，隧道净高4．5m，式中，c为岩体的等效体积热容，计算方法参见仰坡坡度为1：1，其余主要尺寸见图1。文献；T为温度；为时间；A。为岩体的导热系数，对已1．2低温相变围岩温度控制方程冻区取2．8W／m·K，对未冻区取3．2W／m·K；Q为在高寒地区，岩体的冻融过程是一个非线性热传已冻区和未冻区内部加热(放热)使控制体产生(消导问题，并伴随着相变，由能量守恒原理得到围岩温度耗)的热量。假定围岩饱和，孔隙率为0．2，密度为控制

7、方程为⋯：2300kg／m，比热容为840J／kg·K。其它材料的温度c}+(一A)=Q(1)控制方程形式同式(1)，各材料热力学性质见表1。李潇南等：高寒油气管道隧道保温技术研究1156表1各材料热力学系数目9．0越8．9凿8．8赠8．7爱s．6略8．5保温门厚度lena图3不同厚度保温门下最大负温区域长度从图中可以看出，在5em之后增大尺寸对保温效1．3边界条件及初始值选取果影响不大，可见保温门的主要作用是隔绝内外空气由设计资料可知，该隧道处于海拔1000—2000m流动而不是其隔热性能。选取5era作为保温材料厚之间，1月

8、平均气温为一2～5℃，强冷空气入侵时可下度，此时冻结深度为8．74m。降至一20—25℃，7月平均气温为2O～26℃。选取最2．2仰坡保温层的模拟不利温度作为计算时的边界条件，见式(2)。冻土一般可分为季节性冻土和多年冻土，对于季r9+14×sin(2仃·t／3