埋地输油管道升温对冻土融沉影响研究

发布时间：2020-10-22 08:11

　　 作为我国四大能源战略通道之一的中俄原油管道,为我国能源供应提供了保障。中俄原油管道穿越了我国多年冻土地带,目前的运行温度远高于原始设计油温,预计之后还会上升到将近30oC。管道运行油温的升高会使周围土壤发生融沉,管道的安全性面临着极大考验。本文通过数值模拟的方法,利用FLUENT软件建立了冻土区埋地输油管道周围温度场模型,分别设定原始设计油温、目前运行油温以及预计升高油温三种条件,针对不同地表温度、管道埋深、保温层厚度以及冻土含水量分析了油温升高的影响,利用融沉变形量经验模型计算了不同含水量冻土的融沉变形量。同时利用ABAQUS软件计算了升温前后融沉作用下管道的应变,基于应变设计准则,对油温升高可能导致的管道失效进行了分析。最后对管道设计应变大于极限应变的典型工况进行热棒防治冻害模拟,分析了冻害防治技术的有效性。研究表明:油温升高对高温冻土的扰动作用更加明显;埋深越大,油温升高对周围土壤融化圈的扩展影响越大;保温层较厚的管道可以更好地应对管道运行温度升高造成的影响,较小厚度的保温层在运行后期的隔热作用有限;含水量越低,冻土层融化深度的增大越明显,油温升高对管道周围温度场的影响范围越大。针对融沉变形量超过极限融沉变形量情况,应采取一定的措施防止冻害的发生。在管道两侧布设热棒可以有效防止融化圈的扩展,对管道的安全运行提供保障。
【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】：TE973.91
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 概述
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 冻土区埋地输油管道周围土壤温度场研究
        1.2.2 冻土区融沉特征及冻害防治研究
    1.3 本文主要研究内容及技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 技术路线
第2章 冻土区埋地输油管道周围土壤温度场模型
    2.1 管道周围冻土温度场模型的建立
        2.1.1 管道周围冻土温度场的几何模型
        2.1.2 非稳态温度场控制方程
        2.1.3 温度场模型基本参数
        2.1.4 温度场模型边界条件
    2.2 温度场模型的初场
    2.3 温度场模型的验证
    2.4 小结
第3章 冻土区埋地输油管道温度场影响因素分析
    3.1 地表温度对温度场的影响
    3.2 管道埋深对温度场的影响
    3.3 保温层厚度对温度场的影响
    3.4 冻土含水量对温度场的影响
    3.5 小结
第4章 埋地输油管道油温升高对冻土融沉影响分析
    4.1 不同地表温度情况下油温升高的影响
    4.2 不同管道埋深情况下油温升高的影响
    4.3 不同管道保温层厚度下油温升高的影响
    4.4 不同含水量地段油温升高的影响
    4.5 融沉变形量的计算
    4.6 小结
第5章 冻土区埋地输油管道升温的融沉风险分析及防治措施
    5.1 融沉作用下管道应力应变有限元分析模型
    5.2 基于应变设计准则的融沉位移作用下管道的安全评价
    5.3 冻土区埋地管道融沉冻害防治措施
    5.4 热棒技术对降低管道融沉风险的有效性分析
        5.4.1 带有热棒的管道周围土壤温度场模型
        5.4.2 热棒技术对防治冻害的有效性分析
    5.5 小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：2851340