【摘 要】
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极区蕴含丰富的石油和天然气资源,随着各国油气资源的不断消耗,对于极区的开发迫在眉睫,其中漂浮软管是油气开发运输过程中的重要装备。但在极低的自然环境温度下,漂浮软管中的油气流动性变差,甚至会发生结蜡堵塞的现象,因此本文结合漂浮软管及管道电加热技术,提出采用电加热漂浮软管解决极区油气流动安全保障的新思路。本文进行了满足极区条件下的新型电加热漂浮软管初步设计,在不改变漂浮软管几何特性的前提下,针对漂浮软
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极区蕴含丰富的石油和天然气资源,随着各国油气资源的不断消耗,对于极区的开发迫在眉睫,其中漂浮软管是油气开发运输过程中的重要装备。但在极低的自然环境温度下,漂浮软管中的油气流动性变差,甚至会发生结蜡堵塞的现象,因此本文结合漂浮软管及管道电加热技术,提出采用电加热漂浮软管解决极区油气流动安全保障的新思路。本文进行了满足极区条件下的新型电加热漂浮软管初步设计,在不改变漂浮软管几何特性的前提下,针对漂浮软管传热性能进行初步设计。基于改进的集总参数法,建立了停输工况下漂浮软管瞬态传热理论模型,研究了不同初始温度和不同边界条件下各层管道温度的分布情况。基于FLUENT建立了漂浮软管停输工况下温度分布数值模型,开展了网格无关性分析,并将仿真结果与理论模型进行了对比。经过对比发现,两者之间的误差仅为0.27℃,证明了模型的准确性。基于两点Hermite近似的积分方法,建立了正常输送工况下具有主动加热的漂浮软管道瞬态传热的改进集总参数模型。采用有限差分法求解了复合管道传热的改进集总模型和采出流体的瞬态能量方程。研究了不同网格数量对计算结果的影响,结果发现不同网格数量下流体的平均温度相差不大,证明模型具有良好的收敛性。开展了不同初始温度、不同流体流速和不同加热功率下的漂浮软管温度分布规律的敏感性分析,对电加热漂浮软管最优加热功率进行了优选。通过大量计算数据,拟合得到了正常输送工况和停输工况下漂浮软管平均温度预测公式。本文采用电加热漂浮软管技术来满足极寒环境下油气的流动安全保障,得到了不同参数下漂浮软管温度分布规律,对于漂浮软管结构设计具有一定的工程实际意义,对于电-热-流耦合情况下管道温度计算具有一定科学意义,对极区油气高效开发具有重要价值。
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