不同倾角下成品油顺序输送混油数值模拟.pdf

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1、162016年12月不同倾角下成品油顺序输送混油数值模拟何显荣1张引弟1杨建平2伍丽娟11．长江大学石油工程学院，湖北武汉430100；2．中国石油辽河油田公司SAGD开发项目管理部，辽宁盘锦124010摘要：为了能更好地认识管道成品油顺序输送停输时混油段变化特性，应用Fluent软件组分输送模型，对不同倾角下的成品油顺序输送停输进行了数值模拟，并对模拟结果和导出数据进行分析。研究结果表明：停输时，重力和油品间的密度差是造成混油段特性变化的主要因素，管道倾角越大，柴油在重力势能高处时产生的自然对流使混油段长度明显增大且所需时间

2、更短，汽油在重力势能高处时，管道倾角的增大对混油段的增加有抑制作用且混油段浓度分层与管道倾角一致。研究结果对减少和预防停输时混油段的产生和增加有一定借鉴作用。关键词：顺序输送；停输；不同倾角；混油特性；数值模拟DOI：10．3969／j．issn．1006—5539．2016．06．0040前言成品油顺序输送过程中由于种种原因会造成管道停输¨‘2o，而输送管道常经过地形复杂有较大落差的地段日。，一般为减少混油段产生，管道会在紊流状态下运行，其雷诺数一般大于104。4。5。。而当管道停输时，管道内油品容易出现层流。61，管道中心

3、区域与管壁附近流速差增加，使混油段增加川，如苏联的古比雪夫一勃克斯克成品油管段，停输几小时的混油量比连续输送216h形成的混油量还要多1倍‘8J。而在不同倾角和输送顺序下，油品间由于物性参数不同会使混油特性发生怎样变化。在前人研究中，对管道顺序输送模拟大多采用VOF模型一‘1“，此模型多适用于两种不同相态流体存在自由分界面的流动情况模拟，对两种相同相态油品间混油特性的模拟效果并不理想‘1⋯。针对以上问题，本文采用Fluent软件组分输送(SpeciesTransport)模型，建立了成品油顺序输送控制方程，就不同倾角和输送顺序

4、下管道停输对混油段特性进行模拟分析，对管道停输时混油段的控制提供理论指导。模型建立1．1数学模型管道中混油浓度分布随时间而变化，故对管道紊流计算采用雷诺时均法¨3

5、，通过Boussinesq假设，引入脉动造成的Reynolds应力和质量输送流率。选用物质扩散模型，在考虑重力条件下，建立管道输送与停输的时均控制方程组求得。1．1．1连续性方程业+∑塑盟=o(1)Ot‘一Ox、71．1．2Reynolds方程型+Y!!旦兰!兰：!ot争Ox』2触一老+莩毒[刖(垫Oxj+券)一赢可](2)1．1．3质量输送方程型Ot+莩掣Ox=莩

6、毒Ox[南Pr掣ax一丽]乍．L(c)’～‘。J(3)收稿日期：2016—05—27基金项目：中国石油科技创新基金(2015D一5006—0603)；长江青年科技创新团队基金(2015cqt叭)作者简介：何显荣(1992一)，男，湖北荆州人，硕士研究生，主要从事多相输送及流体传质传热。第34卷第6期OlLANDGASTRANSPORTATlONANDSTORAGE式中：戈i、菇，为空间坐标；ui、“，为空间时均速度变量，m／s；M：、U；为脉动速度分量，m／s；p为密度，kg／m3；g。为质量力矢量，m／s2；P为压力，Pa；

7、弘为层流动力黏度，Pa·s；c’为前行油品脉动浓度，％；c为前行油品的体积时均浓度，％；Prj(c)为层流Schmidt数。1．1．4物质扩散模型Fluent中对物质扩散守恒方程求解i组分的质量扩散速率Z的方程¨41为：^一(pD。+告)wi(4)～t式中：肛。为紊流黏度，Pa·s；D油为物质i的扩散系数；．sc。为紊流Schmidt数，默认值取0．7；7。为物质i的质量分数，％。式(1)～(4)应用于Fluent软件中，对不同倾角下管道混油停输工况进行模拟计算。1．2物理模型本文主要讨论在不同倾角下停输管道中混油段变化特性的

8、影响，以管径为0．5m，管长为10m的管道作为研究对象，在倾角下管道内油品的重力分解图见图1。图1倾角下管道内油品重力分解图1．3油品参数以常见的0#柴油和90#汽油作为输送油品”，其物性参数见表l二表1油品物性参数2数值模拟利用Fluent软件模拟组分为成品汽油和柴油的顺序输送，应用PISO算法实现对压力速度耦合数值计算求解，选择双方程湍流模型及标准固壁无滑移边界条件，默认操作压力，忽略温度影响。管道进口条件设为速度进口，速度均设为1m／s；管道出口条件设为自由出口。不同倾角下重力因素的影响由戈、Y轴的重力分量替代。在前行油

9、品充满管道的情况下，输送后行油品。油品初始速度均为1m／s，考虑重力因素(不同倾角下)。当混油黾储运17油段行进至管内3m时，油品停止输送(设此时t=0S)。2。1有无重力下管道停输模拟首先研究重力对混油特性在水平管内的变化情况，先输汽油后输柴油。管道充满汽油后，柴油在管道内