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    积分方法计算埋地热油管道的轴向温降

    2019-03-27   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港小编获悉:使得管网节点压力或管道流量实测值与计算值之间的平方和所构成的目标函数值为最小卜但是在实际的应用过程中,这些方法都会带来较大的误差值,特别是在较大的管网校核中,即便是经过对优化算法的改进,也不能有很好的效果。
      
      校核模型的建立常用模型用来校核摩阻系数的常用模型是以节点压力的实测值与模型计算值之间的差值平方和为目标函数堂斟,缈一式中外,卢节点相连的各管道模型预测流量凡为流量影响因子为与节点相连的各管道实测流量月为与节点有关的管道集合。
      
      在热油管道的热力、水力计算中,以往大多采用平均温度法,油品的物性参数及总传热系数的计算总是在一个平均温度的基础之上进行,此种计算方法的精确性很大程度上依赖于计算段的划分。而热油管道在实际运行过程中,油品的物性和总传热系数是随温度的变化而变化的,为了使热油管道的热力、水力计算更接近于实际,本文在建立热油管道轴向温降的数学模型中,充分考虑了油品物性、总传热系数的变化规律及摩擦生热的影响,且用临界温度来判别油品流态的变化,采用变步长辛普生求积法进行了求解。
      
      1加热站间流态和流型的判别对于热含蜡原油管道,一个加热站间的管道可分为三段:无结蜡牛顿流段、结蜡牛顿流段、结蜡非牛顿流段。
      
      因粘度、密度、稠度系数、流变指数都是温度的函数,因此,雷诺数和综合雷诺数也是温度的函数,(第二边界雷诺数)时对应的温度为(第一边界雷诺数)时对应的温度为hun,当Re = 2 000时对应的温度为t时对应的温度为t称为临界温度,可按下面的方法计算。
      
      1. 1假塑性流体从紊流向层流过渡的临界温度t假塑性流体的综合雷诺数为式中Q )油品的体积流量)结蜡非牛顿流段流通直径为0e时的油品的密度, kg/m n)流变指数,与原油温度t的关系一般可表示为: n = A Bt,其中的A、B是与t无关的常数。
      
      m, X)流变方程中的稠度系数表达式中的系数。稠度系数k可表示为k Xt,其临界雷诺数为2000,所以,其临界温度就是下列方程的根这是一个关于t的超越方程,其求根区域为[ t为油品的反常点, t为加热站的进站温度。可采用二分法求解,若有根,其值为t为从紊流向层流过渡的临界温度,若无根,说明流态无改变,都为西南石油学院学报紊流。
      
      1. 2牛顿流体临界温度在牛顿流体内,雷诺数为其中所以令用二分法求解上面三个方程,其求根区域为[ t ],若有解,则说明有流态改变,其解分别为t cu,若无解,则说明无流态改变。
      
      其中M )油品温度为te时的粘度)油品的反常点、析蜡温度)从光滑区向层流过度时的临界温度)从混合区向光滑区过渡时的临界温度)从粗糙区向混合区过渡的临界温度。
      
      则一个加热站之间管道的流态可按下面的方法划分:( 1)在无结蜡牛顿流段( t时,流态为水力光滑区时,流态为混合摩擦区应分为两段:在( t)内为混合摩擦区,在( t)内为水力光滑区。
      
      ( 2)在结蜡牛顿流段( t时时,流态为层流时,流态为水力光滑区应分为两段:在( t)内为水力光滑区,在( t)内为层流。
      
      时,在L)为混合摩擦区。对其余的区间,可按以下方法划分时,流态为水力光滑区的其余区间应分为两)内为水力光滑区,在( t)内为层流。
      
      ( 3)在结蜡非牛顿流段( t时,流态为层流时,流态为紊流段应分为两段:在( t)内为紊流,在( t)内为层流。
      
      2热油管道正常运行时的轴向温降数学模型当考虑摩擦生热和油品的热容、密度、粘度、总传热系数随油温不同而发生变化时,取管路中的一微元段dx,可建立其热平衡方程为整理后分别对方程两边积分令则式中 e )。对一个加热站间,随着温度的降低,使得油品的密度和粘度发生变化,进而油品的流态和流型要发生变化,则在不同的流态、流型及不同温度下的总传热系数不同,总传热系数可以表示成温度的函数。
      
      D )管道外径, m) dx微元段内油品的温度、管道周围介质G)油品的质量流量, kg /s L )加热站间距, m谢英等:用数值积分方法计算埋地热油管道的轴向温降)油流出站温度、进站温度, e 时原油的相对密度 A, n, B, m )回归系数,随原油组成而不同。
      
      i )油流水力坡降, m /m,水力坡降i是随温度而变化的,对一个加热站间的输油管道,随着输油温度的降低,原油从牛顿流体过渡到非牛顿流体,可能的流动状态有牛顿流体紊流和层流、非牛顿流体紊流和层流。
      
      ( 1)对牛顿流体,水力坡降可表示为式中, B、m)随流态不同的系数 d )管道内( 2)非牛顿层流状态,其水力坡降i可表示为式中, V)原油平均流速 g)重力加速度,对幂律流体近似得流体稠度系数和流变指数可表示成温度的函数2,所以( 3)对非牛顿紊流状态,其水力坡降为式中a、b是决定流变指数n的系数f为范宁摩阻系数, f =假塑性体的雷诺数Re可近似为则在非牛顿紊流时,其水力坡降为3轴向温降数学模型的求解该模型是一个求数值积分问题,数值积分的方法有很多种,考虑到方法的计算速度和精度,本文选用变步长辛普生求积法进行求解。具体步骤为( 1)利用梯形公式计算式中( 2)利用变步长梯形法计算( 3)利用辛普生求积公式计算即为积分近似值,否则令n = 2n, T( 3)的计算,直至达到精度为止。
      
      中国钢管信息港小编获悉:在方程( 1)中,若已知加热站的进站温度t、加热站间距及其相关参数的条件下,只有一个未知数R,可以求得其解,但它是关于t的隐函数,并且油流在管道中流动的过程中,随着温度的降低,其流态、流型要发生变化,从而使得所选用的公式要发生变化,介于以上情况,考虑采用分段试算法求解。具体步骤如下。
      
      3. 1计算结蜡非牛顿流段的长度L( 1)求非牛顿流体从紊流向层流过渡的临界温度t f ei,并判断流态若临界温度存在,则在t温度范围内,流体的流态为非牛顿紊流在t温度范围内,流体的流态为非牛顿层流若临界温度不存在,则在t温度范围内,流体的流态为非牛顿紊流西南石油学院学报( 2)用变步长辛普生求积法求油品温度从t降至t时,所对应的管段长度L若在非牛顿流体范围内有流态改变,则在t温度范围内,所对应的管道长度为L此时L若在非牛顿流体范围内无流态改变,则在t温度范围内,所对应的管段长度为L 3. 2计算结蜡牛顿流段的长度L( 1)计算牛顿流体临界温度,分别为t( 2)判断结蜡牛顿流段中油品的流态( 3)用变步长辛普生求积法求结蜡牛顿流段油品温度从t降至t时所对应的管段长度L 3. 3计算加热站的出站温度t( 1)根据计算出的牛顿流体临界温度,判断非结蜡牛顿流段中油品的流态( 2)根据流态的变化情况,将非结蜡牛顿流段分成几段( 3)用变步长辛普生求积法计算非结蜡牛顿流段油品温度从t降至t时所对应的管段长度L( 4)计算油品温度从t降至t时,所对应的管段长度L为( 5)用试算法和变步长辛普生求积法相结合计算加热站的出站温度t 1假设一个加热站的出站温度t R,即取初值t o用变步长辛普生求积法求积分dt的值,若为y y F ESP,是否满足精度要求,若不满足,令: t t,返回步骤o继续计算,直到满足精度要求为止,此时对应的t R,就是所求的加热站的出站温度。
      
      反过来,已知加热站的出站温度,用类似的计算步骤,也可计算出下一个加热站的进站温度。
      
      4计算实例某管道总长为33 km,管径为5 426 7 mm,全线采用埋地保温敷设方式,埋深为1. 8 m,采用硬质聚氨泡沫塑料保温,厚度50 mm.沿途地区为戈壁沙粘土。输送稀油,任务输量为4 000 t/d天。轴向温降计算结果如表1所示。
      
      计算方法本文方法平均温度法实际测量平均法与实测值的相对误差/本文方法与实测值的相对误差/出站温度t进站温度t 5结论从计算实例的结果表中可看出:由于平均温度计算法没有考虑油品物性随温度的变化,而且忽略了摩擦热对油品温降的影响,因此计算结果与实测值相比误差较大,而本文介绍的方法不仅考虑了油品物性随温度的变化和摩擦热对油品温降的影响,而且用高精度的数值方法进行计算,其结果具有较高的计算精度,与实测值的结果更接近。中国钢管信息港小编获悉
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