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    積分方法計算埋地熱油管道的軸向溫降

    2019-03-27   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港小編獲悉:使得管網節點壓力或管道流量實測值與計算值之間的平方和所構成的目標函數值為最小卜但是在實際的應用過程中,這些方法都會帶來較大的誤差值,特別是在較大的管網校核中,即便是經過對優化算法的改進,也不能有很好的效果。
      
      校核模型的建立常用模型用來校核摩阻系數的常用模型是以節點壓力的實測值與模型計算值之間的差值平方和為目標函數堂斟,緲一式中外,盧節點相連的各管道模型預測流量凡為流量影響因子為與節點相連的各管道實測流量月為與節點有關的管道集合。
      
      在熱油管道的熱力、水力計算中,以往大多采用平均溫度法,油品的物性參數及總傳熱系數的計算總是在一個平均溫度的基礎之上進行,此種計算方法的精確性很大程度上依賴于計算段的劃分。而熱油管道在實際運行過程中,油品的物性和總傳熱系數是隨溫度的變化而變化的,為了使熱油管道的熱力、水力計算更接近于實際,本文在建立熱油管道軸向溫降的數學模型中,充分考慮了油品物性、總傳熱系數的變化規律及摩擦生熱的影響,且用臨界溫度來判別油品流態的變化,采用變步長辛普生求積法進行了求解。
      
      1加熱站間流態和流型的判別對于熱含蠟原油管道,一個加熱站間的管道可分為三段:無結蠟牛頓流段、結蠟牛頓流段、結蠟非牛頓流段。
      
      因粘度、密度、稠度系數、流變指數都是溫度的函數,因此,雷諾數和綜合雷諾數也是溫度的函數,(第二邊界雷諾數)時對應的溫度為(第一邊界雷諾數)時對應的溫度為hun,當Re = 2 000時對應的溫度為t時對應的溫度為t稱為臨界溫度,可按下面的方法計算。
      
      1. 1假塑性流體從紊流向層流過渡的臨界溫度t假塑性流體的綜合雷諾數為式中Q )油品的體積流量)結蠟非牛頓流段流通直徑為0e時的油品的密度, kg/m n)流變指數,與原油溫度t的關系一般可表示為: n = A Bt,其中的A、B是與t無關的常數。
      
      m, X)流變方程中的稠度系數表達式中的系數。稠度系數k可表示為k Xt,其臨界雷諾數為2000,所以,其臨界溫度就是下列方程的根這是一個關于t的超越方程,其求根區域為[ t為油品的反常點, t為加熱站的進站溫度。可采用二分法求解,若有根,其值為t為從紊流向層流過渡的臨界溫度,若無根,說明流態無改變,都為西南石油學院學報紊流。
      
      1. 2牛頓流體臨界溫度在牛頓流體內,雷諾數為其中所以令用二分法求解上面三個方程,其求根區域為[ t ],若有解,則說明有流態改變,其解分別為t cu,若無解,則說明無流態改變。
      
      其中M )油品溫度為te時的粘度)油品的反常點、析蠟溫度)從光滑區向層流過度時的臨界溫度)從混合區向光滑區過渡時的臨界溫度)從粗糙區向混合區過渡的臨界溫度。
      
      則一個加熱站之間管道的流態可按下面的方法劃分:( 1)在無結蠟牛頓流段( t時,流態為水力光滑區時,流態為混合摩擦區應分為兩段:在( t)內為混合摩擦區,在( t)內為水力光滑區。
      
      ( 2)在結蠟牛頓流段( t時時,流態為層流時,流態為水力光滑區應分為兩段:在( t)內為水力光滑區,在( t)內為層流。
      
      時,在L)為混合摩擦區。對其余的區間,可按以下方法劃分時,流態為水力光滑區的其余區間應分為兩)內為水力光滑區,在( t)內為層流。
      
      ( 3)在結蠟非牛頓流段( t時,流態為層流時,流態為紊流段應分為兩段:在( t)內為紊流,在( t)內為層流。
      
      2熱油管道正常運行時的軸向溫降數學模型當考慮摩擦生熱和油品的熱容、密度、粘度、總傳熱系數隨油溫不同而發生變化時,取管路中的一微元段dx,可建立其熱平衡方程為整理后分別對方程兩邊積分令則式中 e )。對一個加熱站間,隨著溫度的降低,使得油品的密度和粘度發生變化,進而油品的流態和流型要發生變化,則在不同的流態、流型及不同溫度下的總傳熱系數不同,總傳熱系數可以表示成溫度的函數。
      
      D )管道外徑, m) dx微元段內油品的溫度、管道周圍介質G)油品的質量流量, kg /s L )加熱站間距, m謝英等:用數值積分方法計算埋地熱油管道的軸向溫降)油流出站溫度、進站溫度, e 時原油的相對密度 A, n, B, m )回歸系數,隨原油組成而不同。
      
      i )油流水力坡降, m /m,水力坡降i是隨溫度而變化的,對一個加熱站間的輸油管道,隨著輸油溫度的降低,原油從牛頓流體過渡到非牛頓流體,可能的流動狀態有牛頓流體紊流和層流、非牛頓流體紊流和層流。
      
      ( 1)對牛頓流體,水力坡降可表示為式中, B、m)隨流態不同的系數 d )管道內( 2)非牛頓層流狀態,其水力坡降i可表示為式中, V)原油平均流速 g)重力加速度,對冪律流體近似得流體稠度系數和流變指數可表示成溫度的函數2,所以( 3)對非牛頓紊流狀態,其水力坡降為式中a、b是決定流變指數n的系數f為范寧摩阻系數, f =假塑性體的雷諾數Re可近似為則在非牛頓紊流時,其水力坡降為3軸向溫降數學模型的求解該模型是一個求數值積分問題,數值積分的方法有很多種,考慮到方法的計算速度和精度,本文選用變步長辛普生求積法進行求解。具體步驟為( 1)利用梯形公式計算式中( 2)利用變步長梯形法計算( 3)利用辛普生求積公式計算即為積分近似值,否則令n = 2n, T( 3)的計算,直至達到精度為止。
      
      中國鋼管信息港小編獲悉:在方程( 1)中,若已知加熱站的進站溫度t、加熱站間距及其相關參數的條件下,只有一個未知數R,可以求得其解,但它是關于t的隱函數,并且油流在管道中流動的過程中,隨著溫度的降低,其流態、流型要發生變化,從而使得所選用的公式要發生變化,介于以上情況,考慮采用分段試算法求解。具體步驟如下。
      
      3. 1計算結蠟非牛頓流段的長度L( 1)求非牛頓流體從紊流向層流過渡的臨界溫度t f ei,并判斷流態若臨界溫度存在,則在t溫度范圍內,流體的流態為非牛頓紊流在t溫度范圍內,流體的流態為非牛頓層流若臨界溫度不存在,則在t溫度范圍內,流體的流態為非牛頓紊流西南石油學院學報( 2)用變步長辛普生求積法求油品溫度從t降至t時,所對應的管段長度L若在非牛頓流體范圍內有流態改變,則在t溫度范圍內,所對應的管道長度為L此時L若在非牛頓流體范圍內無流態改變,則在t溫度范圍內,所對應的管段長度為L 3. 2計算結蠟牛頓流段的長度L( 1)計算牛頓流體臨界溫度,分別為t( 2)判斷結蠟牛頓流段中油品的流態( 3)用變步長辛普生求積法求結蠟牛頓流段油品溫度從t降至t時所對應的管段長度L 3. 3計算加熱站的出站溫度t( 1)根據計算出的牛頓流體臨界溫度,判斷非結蠟牛頓流段中油品的流態( 2)根據流態的變化情況,將非結蠟牛頓流段分成幾段( 3)用變步長辛普生求積法計算非結蠟牛頓流段油品溫度從t降至t時所對應的管段長度L( 4)計算油品溫度從t降至t時,所對應的管段長度L為( 5)用試算法和變步長辛普生求積法相結合計算加熱站的出站溫度t 1假設一個加熱站的出站溫度t R,即取初值t o用變步長辛普生求積法求積分dt的值,若為y y F ESP,是否滿足精度要求,若不滿足,令: t t,返回步驟o繼續計算,直到滿足精度要求為止,此時對應的t R,就是所求的加熱站的出站溫度。
      
      反過來,已知加熱站的出站溫度,用類似的計算步驟,也可計算出下一個加熱站的進站溫度。
      
      4計算實例某管道總長為33 km,管徑為5 426 7 mm,全線采用埋地保溫敷設方式,埋深為1. 8 m,采用硬質聚氨泡沫塑料保溫,厚度50 mm.沿途地區為戈壁沙粘土。輸送稀油,任務輸量為4 000 t/d天。軸向溫降計算結果如表1所示。
      
      計算方法本文方法平均溫度法實際測量平均法與實測值的相對誤差/本文方法與實測值的相對誤差/出站溫度t進站溫度t 5結論從計算實例的結果表中可看出:由于平均溫度計算法沒有考慮油品物性隨溫度的變化,而且忽略了摩擦熱對油品溫降的影響,因此計算結果與實測值相比誤差較大,而本文介紹的方法不僅考慮了油品物性隨溫度的變化和摩擦熱對油品溫降的影響,而且用高精度的數值方法進行計算,其結果具有較高的計算精度,與實測值的結果更接近。中國鋼管信息港小編獲悉
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