海底热油管道运行传热规律计算研究.pdf

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1、I伽石油／化I通用机械lGMinPeHoleHm＆chemic越htdH科w海底热油管道运行传热规律计算研究山东华鲁恒升化工股份有限公司(德州253000)刘学治【摘要】对海底输油管道的稳态及非稳态传热问题进行了数值模拟，对海底输油管道稳定运行时周围海泥温度场进行了模拟计算，在不同工况与环境的条件下，当某些参数发生变化的时候，模拟出管道周围海泥温度场的分布情况，当停输时间不同时，管道内部原油温度变化情况，绘制了原油温降随停输时间的变化曲线。【关键词】海底输油管道安全停输温度场数值模拟一、前言针对正

2、在运转中的热油管线四周海泥土壤热量散布开展研究，描绘出不同敷设条件下所要研究的模型温度热量变化分布情况，合理确定水下油气类能源的输送计划，并且为海底管道建设提供理论依据，通过对海底管道在不同环境与工况下，进行模拟计算，绘制不同条件下的停输温降曲线，并对稳态下的管道外围海泥温度场进行对比。特别选取了海水流速作为变化参数，根据海水流速换算海水与海泥的对流换热系数，针对不同海水流速，得出模拟结果，对输油管道的起点与终点进行数值模拟总结温降规律。二．输油温度对停输产生的影响仍以上述地区某热油管道为例进行计

3、算。该条管道管径D=720mm，埋地深度^仁1．5m，海底土壤下30I黑嚣鉴：呲年射期边界温度为8℃l海底土壤密度为2000kg／m3，比热为2500J／(kg·K)，海泥的热导率为7w／(m·K)，保温层热导率为0．05w／(m·K)，海水与土壤的换热系数为

4、Il=120w／(m2·℃)，土壤层设为恒温，温度为8℃，边界条件设置为温度边界。海水温度设置为4℃，初始油温50℃，后变为60℃、70℃，共三种情况，取地面下20m×10m的区域进行计算，讨论原油不同初始温度下对海底埋地管道土壤温度场分布

5、情况，如图1一图3所示。虽然提高输油温度能够使输送油品的安全停输时间增加，但是不能单一靠提高初始输油温度来使油品达到安全停输时间。如果一味地提高输油温度，就会增加能源损耗的费用和提高管道相关材料成本。由于输油温度不同，所以管道内部的油品温度也不相同，随着停输时间的增长，管内原油的温度正在逐渐降低，壁面温度下降得比较快。随着原油温度的下降，可以看出刚开始不同输油温度的管道内部油品温度的下降速率不一致，油温越高，温差越大，温度下降的速率就越大，原油到达到安全停输的时间会逐渐变短，当输油温度为70℃时，

6、管道内部温度下降最快，低输油温度的下降速度最慢，当停输时间到达一定时长，三种情况下的管道温度开始接近，50℃的原油最先开始结晶析出，凝固的界面从管道的内壁向管道中心不断推进。在这一过程原油不断地释放潜热，温度的降低也开始变得缓慢，可以根据图中曲线看出温度的下降速率，输油温度与周围环境相结合，确定出最省能耗的输油温度，预测的结果可以为360340■＼蜊320赠300GMtnPcfroleunt＆ChemicnlIndustrV图1输油温度为50。c温度场04一()20204A【a)停输H．j闾为12

7、h+输油温度为50℃图2输油温度为60℃温度场：80卜—亩—南—]卜—者—责寸停输时间，h图3不同输油温度距管道中心300mm处温度随停输时间变化曲线海底热油管道的深入研究提供理论依据。三、海底埋地管道输油起点与末端温度变化模拟计算本文以沿海某地区海底热油管道为例进行计算。该条管道管径D=720mm，埋地深度日=1．5m，海底土壤lb)停输时蚓为2411密度为2000kg／岔，比热为2500J，(kg·K)，海底土壤的热导率为7w／(m·K)，选取保温层热导率为0．04w／(m·K)，海水与土壤的

8、换热系数^=120W／(m2·℃)，海底土壤下边界温度最低温度为3．7℃；海水最低温度为一1．2℃，管道末端油温44℃，管道起点油温62℃。如图4一图7所示，可以看出冬季海底埋地管道起点和终点两处海泥温度场云图。在冬季温度较低，热油管道会向周围土壤散热，海泥属于恒温层，海泥与海水存在温差，海泥跟海水发生热量传递，向海水散失的热量大于向恒温的海泥散失的热量，所以管道上方等温线密集，下方等温线相对稀疏，相同停输时间下，冬季管道周围海底土壤的温度呈现阶梯性递减现象比夏季要明显得多。海底埋地管道冬夏两季停

9、输后管道的温度变化会出现明显不同，刚开始原油与管壁的传热方式主要为自然对流换热，管道径向截面的内部油温整体下降的速度较快。然后管内原油的温降速率变小。此温度范围内，：吣年射期僦j312018年第l期Ⅵwe蜘x．comUl2468

10、i溺滋澎獬Ⅲ粥獬潞勰臻猫獬掰滞礤一i●■圈日曰H口H口H口H日目日目■■■一2468一、伽右油／化I通用机械lGMinPenloleum＆chemic越llIdustrl}管道内部的蜡晶析出会放出热量，释放出的热量使得内部原油降温变慢。该阶段内管壁处的温度