超稠油埋地热输管道保温失效的数值模拟

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1、第41卷第1期当代化工Vo1．41，No．12012年1月ContemporaryChemicalIndustryJanuary，2012超稠油埋地热输管道保温失效的数值模拟赵虎，王为民，王雷，姚尧，孙宪航(辽宁石油化工大学，辽宁抚顺I13001)摘要：针对超稠油埋地管道高温输送的特点，建立了热输管道的稳态传热模型，考虑了自然对流换热对温度场分布的影响，利用CFD软件对管道保温失效前后的温度场进行了数值模拟并进行了对比分析，进而为管道安全检测提供一定的理论指导。关键词：超稠油；热输管道；保温失效；数值模拟中图分

2、类号：TE832．331文献标识码：A文章编号：1671—0460(2012)01—0085—03NumbericalSimulationfortheBuriedSuperHeavyOilHeatingTransportationPipelineofInvalidationofHeatInsulatorZHA0Hu，WANG耽f．min，WANGLei，D0，SUNXian—hang(LiaoningShihuaUniversity,LiaoningFushun113001，China)Abstract：Inv

3、iewofsuperheavyoilburiedpipelinehightemperaturetransportation’Scharacteristic，steadystateheattransfermodelofthehotoiltransportationpipelinewasestablished．Takingintoaccounttheinfluenceofnaturalconvectionheattransferonthetemperaturefielddistribution，thepipelin

4、etemperaturefieldbeforeandafterinvalidationofheatinsulatorwasnumericallysimulatedandanalyzedbyCFDsoftware，whichcanprovidethetheoryinstructionforthepipelinesafeexaminationincertainextent．Keywords：Superheavyoil；Heatingtransportationpipeline；Invalidationofheati

5、nsulator；Numericalcalculation辽河油田的特石管线是我国自行设计建设的一管壁厚8mm，保温层厚度为40mm。土壤导热系数条超稠油长输管道，于2004年10月建成投产使用为1．58W／(m·K)，失效前后的导热系数分别为0．04至今。管道采用高温加热输送的方式由曙光特油2W／(m·K)，0．87W／(m·K)，管内油温为85℃。号站出发至辽河石化分公司，途经鱼塘苇田等特殊2模型的建立地貌并数次穿越辽河河道，由于受周围冻土融溶沉2．1物理模型降和管道老化等诸多因素影响，在温度和压力作用根据

6、实际测量数据，距离地面一定深度处地层下产生热应力，使管道伸缩或膨胀变形导致管道外温度受外界环境干扰很小，自然温度年终变化小于保温层开裂，地下水分和盐分进入保温层造成保温1℃，可以认为是恒温层。距离输油管道截面水平层的失效以及管道壁面的腐蚀，对管道的安全运行方向一定距离处，管道热量耗散对此处影响非常小，造成严重危害，需进行沿途的检测和修复工作。可以认为是绝热边界。环境温度和土壤导热系数均目前通常利用红外成像仪进行红外成像检测，采为定值，实际大地温度场的三维模型如图1。用非接触式的检测手段对周围温度场的映射平面进行

7、扫描，在短时间内获取地面温度场信息。该检测方法要以掌握失效管道的地表温度场为前提，基于此，文中建立了超稠油热输管道二维非稳态传热模型，对埋地管道保温层失效前后土壤温度场的变化进行数值模拟分析，为安全检测提供一定的理论依据。图1土壤温度场1问题的描述Fig．1Soiltemperaturefield以辽河油田特石管线某段埋地热输管道为例，由于失效长度较小，管道内部油品轴向温降没土壤年平均地温2．4℃，冬季地表平均气温一10℃，有明显变化，可以假定在该段距离上对于管道外部地表风速4rn／s，管道中心埋深为2m，管径

8、406mm，的传热是连续的稳定的，研究管道截面温度场并简收稿日期：2011—1l-20作者简介：赵虎(1986一)，男，山东泰安人，在读研究生，辽宁石油化工大学油气储运工程专业，研究方向：超稠油加热输送。E-mail：benhaizi1986@163．com。通讯联系人：王为民(1955-)，男，教授，研究生导师。当代化工2012年1月化为二维物理模型见图2。2．2．3初始条件初始时刻