一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法技术

本发明专利技术公开了一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构；基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程和边界条件转换为计算平面上的计算传热方程和计算边界条件；对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式；采用交替方向迭代法求解所述离散方程式，获取热力系统方程式；将热水参数代入所述热力系统方程式，获取与所述原油长输管道对应的土壤对应的土壤蓄热量；在所述土壤蓄热量不小于预设蓄热量时，确定与所述土壤蓄热量对应的时间为投油时间。

【技术实现步骤摘要】
一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法
本专利技术涉及原油管道预热领域，具体涉及一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法。
技术介绍
现有的含蜡原油，主要采用加热输送的工艺方式，对于输送含蜡原油的长输管道投产问题，如果将原油直接投入冷管中，由于原油在流动过程中温降太快，会导致沿程摩阻急剧升高而输送困难，甚至导致凝管的严重事故，如此，为了避免这种情况的发生，在实际生产中，绝大多数含蜡原油长输管道通常都是先用高热容、低粘度介质(一般采用热水)预热管道，待管道周围土壤温度场得到充分预热、温度场基本达到要求、使得预热流体进站温度足够高后，再适时投入原油实现正常输送。现有技术中，含蜡原油长输管道预热投产通常采用水力系统和热力系统进行耦合计算，使用的是非结构化网格，其对边界处尤其是管道处的拟合性不好，需要进行分段计算，使得计算量较大，计算速度也较慢，进而存在计算时间较长的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，能够有效降低计算量，使得计算时间得以缩短，精度能够满足实际投产需要，具有较高的工程应用价值。本申请实施例提供了一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，包括：基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构；基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程转换为计算平面上的计算传热方程，以及将所述预热投产数学模型中的边界条件转换为计算平面上的计算边界条件；对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式；采用交替方向迭代法求解所述离散方程式，获取热力系统方程式；将热水参数代入所述热力系统方程式，获取与所述原油长输管道对应的土壤对应的土壤蓄热量；在所述土壤蓄热量不小于预设蓄热量时，确定与所述土壤蓄热量对应的时间为投油时间，其中，所述预设蓄热量为原油在所述原油长输管道中进行运输时的最低蓄热量。可选的，所述基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构，具体包括：基于TTM方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构。可选的，所述基于TTM方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构，具体包括；基于TTM中的Laplace方程和Possion方程，获取偏微分方程式；采用有限差分法对所述偏微方程式进行离散，获取所述贴体网格结构，其中；所述Laplace方程为：▽2ξ＝ξxx+ξyy＝0▽2η＝ηxx+ηyy＝0所述Possion方程：ξxx+ξyy＝P(ξ,η)ηxx+ηyy＝Q(ξ,η)其中P,Q为控制方程源函数；所述偏微分方程式具体为：αxξξ-2βxξη+γxηη＝0；αyξξ-2βyξη+γyηη＝0；其中，可选的，所述对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式，具体包括：采用有限容积法对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到所述离散方程式。可选的，所述基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程转换为计算平面上的计算传热方程，具体包括：对所述土壤传热方程中的扩散项和源项进行转换，获取计算土壤传热方程，其中；所述土壤传热方程为：所述扩散项的转换为：所述源项的转换为：R(x,y)＝S(ξ,η)所述计算土壤传热方程为：其中，可选的，所述离散方程式具体为：AP＝AE+AW+AN+AS+ρcpJΔξΔη/Δτ其中，本专利技术的有益效果如下：基于上述技术方案，本专利技术实施例中，基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构，再基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程转换为计算平面上的计算传热方程，以及将所述预热投产数学模型中的边界条件转换为计算平面上的计算边界条件，再对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式，再对所述离散方程式进行相应的处理，获取与所述原油长输管道对应的土壤对应的土壤蓄热量，以根据所述土壤蓄热量，确定投油时间，由于本申请是基于微分方程法的贴体网格方法进行离散化的，使得所述贴体网格结构能够更接近所述原油长输管道的实际参数，而且再对所述贴体网格结构进行离散化，能够更好的拟合边界条件，能够有效降低计算量，使得计算时间得以缩短，精度能够满足实际投产需要，具有较高的工程应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例中含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法的流程图；图2为本专利技术实施例中原油长输管道在物理平面上的控制容积图；图3为本专利技术实施例中原油长输管道在计算平面上的控制容积图；图4为本专利技术实施例中针对原油长输管道在计算平面上的控制容积图进行迭代处理的结构图。具体实施方式本专利技术提供了一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，能够有效降低计算量，使得计算时间得以缩短，精度能够满足实际投产需要，具有较高的工程应用价值。现有的含蜡原油长输管道预热投产数学模型的实现过程具体如下所述：从理论上讲，管道非稳态运行时管内介质及周围土壤的温度变化过程是沿管道横断面(径向和切向)和轴向的三维不稳定传热问题。但在工程应用中根据不同的需要也常简化为二维或一维的传热问题进行数值模拟，综合考虑预热介质、管道、管道覆盖层以及半无穷大土壤，所述预热投产热力模型表述为：其中，传热方程包括介质传热方程、管壁等的传热方程和土壤的传热方程，其中，介质传热方程为：公式(1-1)管壁等的传热方程：公式(1-2)土壤的传热方程：公式(1-3)连接条件：公式(1-4)公式(1-5)边界条件：T|z＝0＝φ(t)公式(1-6)公式(1-7)初始条件：T|t＝0＝f(z)公式(1-8)Tn|t＝0＝fn(r,θ)，n＝1,2,…,N－1公式(1-9)Ts|t＝0＝fs(x,y)公式(1-10)水力计算是在热力计算基础上分段进行的，根据输送温度的不同，把被输流体分为牛顿流体、幂律流体，计算水力模型如下：对于牛顿流体：公式(1-11)幂律流体状态时的压降计算公式为：公式(1-12)幂律流体紊流摩阻系数计算：公式(1-13)如此，根据所述传热方程、水力计算是在热力计算基础上分段计算不同流体的热力传导数据，在计算出每一段的热力传导数据之后，通过对每一段的热力传导数据进行分析之后，从而建立预热投产热力模型，再根据所述预热投产热力模型来确定土壤蓄热量及其投油时间，使得现有技术在建立预热投产热力模型时，使用非结构化网格，其对边界处尤其是管道处的拟合性不好，需要进行分段计算，使得计算量较大，计算速度也较慢，进而存在计算时间较长的问题。下面结合附图对本专利技术优选的实施方式进行详细说明。如图1所示，本专利技术一实施例提供了一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，所述方法包括：步骤101：基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构；步骤102：基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程转换为计算平面上的计算传热方程，以及将所述预热投产数学模型中的边界条件转换为计算平面上的计算边界条件；步骤103：对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式；步骤104：采用交替方向迭代法求解所述离散方程式，获取热力系统方程式；步骤105：将热水参数代入所述热力系统方程式，获取与所述原油长输管道对应的土壤获取的土壤蓄热量；步骤106：在所述土壤蓄热量不小于预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，其特征在于，包括：基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构；基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程转换为计算平面上的计算传热方程，以及将所述预热投产数学模型中的边界条件转换为计算平面上的计算边界条件；对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式；采用交替方向迭代法求解所述离散方程式，获取热力系统方程式；将热水参数代入所述热力系统方程式，获取与所述原油长输管道对应的土壤对应的土壤蓄热量；在所述土壤蓄热量不小于预设蓄热量时，确定与所述土壤蓄热量对应的时间为投油时间，其中，所述预设蓄热量为原油在所述原油长输管道中进行运输时的最低蓄热量。

【技术特征摘要】
1.一种含蜡原油长输管道预热投产非稳态预测方法，其特征在于，包括：基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构；基于所述贴体网格结构，将预热投产数学模型中的传热方程转换为计算平面上的计算传热方程，以及将所述预热投产数学模型中的边界条件转换为计算平面上的计算边界条件；对所述计算传热方程和所述计算边界条件进行离散，得到离散方程式；采用交替方向迭代法求解所述离散方程式，获取热力系统方程式；将热水参数代入所述热力系统方程式，获取与所述原油长输管道对应的土壤对应的土壤蓄热量；在所述土壤蓄热量不小于预设蓄热量时，确定与所述土壤蓄热量对应的时间为投油时间，其中，所述预设蓄热量为原油在所述原油长输管道中进行运输时的最低蓄热量；所述基于微分方程式的贴体网格方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构，具体包括：基于TTM方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构；所述基于TTM方法，获取与所述原油长输管道对应的贴体网格结构，具体包括；基于TTM中的Laplace方程和Possion方程，获取偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国群，柳建军，彭士垚，郑建国，马文华，阎涛，赵佳丽，康阳，朱峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11