原油管道预热投产热力过程仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种原油管道预热投产热力过程仿真方法，包括：对预热方式选择以及安全性评价进行设置；输入各站间管道参数、介质和土壤物性；导入计算网格；计算参数初始化并利用有限容积法与有限差分法计算土壤温度场、计算管流和土壤之间的换热量、热力特征线法求解管流介质相关参数；得到管段后一节点的温度、压力；确定管道沿线各节点运行参数；预热安全性评价并对结果进行输出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括：对预热方式选择以及安全性评价进行设置；输入各站间管道参数、介质和土壤物性；导入计算网格；计算参数初始化并利用有限容积法与有限差分法计算土壤温度场、计算管流和土壤之间的换热量、热力特征线法求解管流介质相关参数；得到管段后一节点的温度、压力；确定管道沿线各节点运行参数；预热安全性评价并对结果进行输出。【专利说明】
本专利技术涉及石油远程输送
，尤其涉及一种原油管道预热投产热力过程仿 真方法。
技术介绍
管道运输作为现代运输体系的重要组成部分，具有运输成本低、安全可靠性高以 及环境污染小等独特优势，尤其适于原油、成品油及天然气等易燃易爆危险品的长距离运 输。 近年来，随着世界新兴经济体经济稳步增长和发达经济体经济复苏，世界主要大 国对能源的需求日益提高，油气管道的建设步伐也因此加快。截至2008年底，世界原油管 道干线总长度已超过40X 104km。我国也迎来了新一轮的管道建设高潮，预计到"十二五" 末期，我国管道总里程将突破15X10 4km。届时，长距离输送管道将承担我国70%的原油输 送任务。 随着我国管道行业"立足国内，开拓海外"战略的实施，西部原油管道、苏丹1/2/4 区原油管道、苏丹3/7区原油管道和中俄原油管道等一系列国内外大型管道工程建成投 产。随着国家战略能源通道的建设，还将有大批原油管道工程建成并投入生产运行。这些 原油管道工程中，有很大一部分是加热输送的原油管道。这些热油管道的安全、稳定运行， 对于保障国家能源安全具有重要意义。 作为由建设施工转入生产运行的关键阶段，热油管道的投产过程对于检测管道的 设计和施工质量具有重要意义。不同于等温输送的原油管道，热油管道在投产过程中，管道 及其周围土壤温度场始终处于瞬变状态，并且这是一个涉及管内介质流动与传热耦合和管 内介质换热与管外土壤导热耦合的双耦合问题，此阶段任何事故或计划停输都将增大凝管 风险。 因此，为使管道安全、平稳地转入正常运行阶段，需要对热油管道在预热投产阶段 所涉及的热力过程进行清晰的描绘。对此，针对上述管道输送仿真软件依然是个空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以解决上述问 题。 为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的： -种，包括如下步骤： 对预热方式选择以及安全性评价进行设置； 输入各站间管道参数、介质和土壤物性； 导入计算网格； 计算参数初始化并利用有限容积法与有限差分法计算土壤温度场、计算管流和土 壤之间的换热量、热力特征线法求解管流介质相关参数；得到管段后一节点的温度、压力； 确定管道沿线各节点运行参数； 预热安全性评价并对结果进行输出。 较佳地，还包括如下步骤： 停输初始化； 管内介质区域网格划分； 判断相界面位置是否存在自然对流； 若是，则计算当量导热系数，并对管内介质温度与土壤温度耦合求解；若否，则直 接对管内介质温度与土壤温度耦合求解； 对停输时间进行判断，并输出停输的计算结果。 较佳地，还包括如下步骤： 再启动安全评价初始化； 对管内介质移动网格进行网格划分并进行水力计算； 对管道及其周围土壤固定网格进行网格划分并进行热力计算； 确定网格之间参数插值； 确定各节点运行参数，对再启动时间进行判断，并输出再启动的计算结果。 与现有技术相比，本专利技术实施例的优点在于： 本专利技术提供的一种，上述模拟方法适用于大 量数据的处理，适用于复杂地形的长距离输油管道的热力过程仿真过程模拟。埋地热油管 道在预热投产过程中，管道及周围土壤温度场始终处于瞬变状态，期间任何事故或计划停 输都会增大凝管风险。为使管道安全地转入正常生产运行，需要对预热过程中涉及的热力 过程进行精确地描绘。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术实施例一提供的的基本流程 示意图； 图2. 1为本专利技术实施例一涉及的预热过程中正常输送工况计算流程图； 图2. 2为本专利技术实施例一涉及的预热过程中停输工况计算流程图； 图2. 3为本专利技术实施例一涉及的预热过程再启动安全评价计算流程图； 图2. 4为本专利技术实施例一涉及的计算类型选择界面； 图2. 5为本专利技术实施例一涉及的基本参数设置界面； 图2. 6为本专利技术实施例一涉及的管流介质参数设置界面； 图2. 7为本专利技术实施例一涉及的站间参数设置界面； 图2. 8为本专利技术实施例一涉及的沿线介质温度分布显示界面； 图2. 9为本专利技术实施例一涉及的管道截面土壤温度场显示界面； 图2. 10为本专利技术实施例一涉及的正向预热结束时管道沿线油温分布； 图2. 11为本专利技术实施例一涉及的反向预热结束时管道沿线油温分布； 图2. 12为本专利技术实施例一涉及的管道周围土壤温度场。 【具体实施方式】 下面通过具体的实施例子并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。 实施例一 参见图1，本专利技术实施例一提供了一种，包括 如下步骤： 步骤S100、对预热方式选择以及安全性评价进行设置； 步骤S200、输入各站间管道参数、介质和土壤物性； 步骤S300、导入计算网格； 步骤S400、计算参数初始化并利用有限容积法与有限差分法计算土壤温度场、计 算管流和土壤之间的换热量、热力特征线法求解管流介质相关参数；得到管段后一节点的 温度、压力；即利用有限容积法与有限差分法等方法，可求解得到管流介质相关参数。 步骤S500、确定管道沿线各节点运行参数； 步骤S600、预热安全性评价并对结果进行输出。 较佳地，还包括如下步骤： 停输初始化； 管内介质区域网格划分； 判断相界面位置是否存在自然对流； 若是，则计算当量导热系数，并对管内介质温度与土壤温度耦合求解；若否，则直 接对管内介质温度与土壤温度耦合求解； 对停输时间进行判断，并输出停输的计算结果。 较佳地，还包括如下步骤： 再启动安全评价初始化； 对管内介质移动网格进行网格划分并进行水力计算； 对管道及其周围土壤固定网格进行网格划分并进行热力计算； 确定网格之间参数插值； 确定各节点运行参数，对再启动时间进行判断，并输出再启动的计算结果。 上述仿真方法结合工程实际需求，对管道预热投产过程进行了合理简化，建立了 描述管内介质与管道周围土壤换热的物理模型，采用非结构化四边形网格和极坐标网格对 土壤及管壁区域进行了离散，应用有限容积法得到了离散的控制方程。开发了界面友好的 原油管道预热投产热力计算软件，并应用阿贾德姆原油管道工程投产过程中的实际数据对 所编制软件的准确性和适用性进行了验证。 下面对本专利技术实施例提供的（即相关软件 开发）的具体特征做一下说明： 在对新建埋地热油管道的启输过程或在役 低凝原油管道改输高凝原油的切换过程进行热力仿真和停输再启动分析。该开发出来的软 件亦可作为辅助决策工具用于不同预热方案的比选与分析。软件采用Fortran77语言将上 述流动与传热双f禹合问题的求解过程程序化，并与Microsoft Visual Basic6.0开发的交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原油管道预热投产热力过程仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：对预热方式选择以及安全性评价进行设置；输入各站间管道参数、介质和土壤物性；导入计算网格；计算参数初始化并利用有限容积法与有限差分法计算土壤温度场、计算管流和土壤之间的换热量、热力特征线法求解管流介质相关参数；得到管段后一节点的温度、压力；确定管道沿线各节点运行参数；预热安全性评价并对结果进行输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宇波，张健，王欣然，章涛，张欣雨，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11