冷热原油管道顺序输送工艺高效计算研究

发布时间：2020-09-04 08:00

　　近年来我国大量进口国外原油,由于国外原油与国内原油性质差异较大,一般采用冷热原油顺序输送的输送方式。冷热原油顺序输送是一个复杂的非稳态水力和热力过程,为保证其安全运行,需要对大量工况进行计算,耗费大量时间,传统模拟计算方法速度较慢,本研究采用最佳正交分解(POD)方法,以实现对冷热原油顺序输送管道的快速热力计算。建立冷热原油顺序输送管道的几何模型和数学模型,利用贴体网格技术对计算区域进行离散,采用有限容积法(FVM)和有限差分法(FDM)相结合的方法建立冷热原油顺序输送高阶模型,实现了顺序输送管道的水力热力计算,利用计算程序对某冷热原油管道的输送过程进行模拟计算,分析其热力规律。通过具体算例,分析了POD低阶模型的应用过程,并将POD方法和FVM计算结果进行对比分析,发现两种方法所得温度场的最大误差不超过0.05℃,POD低阶模型的平均计算速度是FVM的700多倍,POD低阶模型具有较高的精度和计算速度。将POD低阶模型应用于东临复线冷热原油顺序输送管道的热力模拟计算,对3种运行工况进行计算和分析,通过对POD低阶模型与FVM进行比较,发现POD模型具有较高的精度,管道末站出站温度的平均误差为0.16℃,计算速度是FVM的100多倍。通过与现场数据进行对比,发现POD方法的模拟结果具有较高的准确性,冷油和热油进站油温的平均偏差分别小于1.27℃和1.37℃。POD低阶模型具有明显的的计算优势,可以为热油管道需要进行大量工况计算的情况提供便利,有必要将其推广到其他原油管道。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE832
【部分图文】：

示意图,贴体网格生成,示意图

体坐标坐标系是一种网格坐标系统，它能够使网格边界与复杂计算区域的7]。贴体坐标的基本思想是，将一个复杂的不规则的待求计算域通过成规则的计算区域，并且将控制方程也转换到计算平面上，然后在算得到结果之后，再将计算结果转换回物理平面上。它的优点是，的复杂计算区域，生成速度快，适应性好。基于这些优点，虽然贴制方程和数值方法复杂化，但是依然被广泛应用。体坐标的生成 2.1 所示，在左图的直角坐标系中，有一个不规则的求解区域，沿该立贴体坐标轴，形成贴体坐标系。直角坐标系所在的平面为物理平系所在的平面为计算平面。在贴体坐标系中，物理平面上的不规则转换成了计算平面上规则的矩形区域。计算平面上的每个点(ξ, η)在有一个对应的点(x, y)，求解出这种对应关系便可以生成贴体网格[48]

直角坐标,计算结果,分格式,均匀递减

2 22 2( ) ( )n e n es w s wT T Tdxdyd dxdydx y 1 11 11 0( ) ( )e wn sT T T Ty x T T x x y y 分格式，对上式进行化简，整理成代数方程的形式P P E E W W N N S SA T A T A T A T A T B+W N Sx yA A A ，E WyA Ax ，N SxA Ay 结果及分析图 3.7 所示，从图中可以看出，计算得到的温度场从℃均匀递减到 0℃，与预期结果相符，说明计算程序

物理平面,控制体积,计算区域,贴体网格

于左边界100wT ℃于右边界0wT ℃于上边界和下边界0T TJ 2）计算区域的离散过求解 Laplace 方程，即可对计算区域生成贴体网格。生成的贴体生成的网格相同。3）控制方程的离散理平面和计算平面上的控制容积如图 3.8 所示。

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