基于深海油气混输管道停输温降进行FLUENT数值模拟

孔德晶，张凯丽，曹云芳

（1.东北石油大学流体力学实验室，黑龙江大庆 163318；2.黄岛石油国家储备库，山东黄岛 266000；3.新兴重工邯郸天然气发展有限公司，河北邯郸 056046）

基于深海油气混输管道停输温降进行FLUENT数值模拟

孔德晶1，张凯丽2，曹云芳3

（1.东北石油大学流体力学实验室，黑龙江大庆 163318；2.黄岛石油国家储备库，山东黄岛 266000；3.新兴重工邯郸天然气发展有限公司，河北邯郸 056046）

海底管道在投产或运行的过程中，由于计划检修或突发事故等都会导致停输。基于深海油气混输管道停输温降进行FLUENT数值模拟的研究对保证海上油气田管道集输系统的安全生产有重要的指导意义。

混输管道；FLUENT；停输温降；数值模拟；分析

近年来，随着陆地油气田资源的过度开采，许多大型油气田都已进入三期开采阶段，陆地油气资源面临着产能不足等严峻挑战。海底管线停输后，随着原油温度降低，原油中溶解的蜡由于聚结稳定性下降而析出，并逐渐形成连续的三维结晶网络结构，导致原油胶凝。为保证海上油气田管道集输系统的安全生产，须对海底管道停输再启动进行相应研究。

1 停输温降模型的建立及计算过程

1.1 停输传热数学模型

海底热油管道正常工况下内部原油温度远高于外界环境温度，管道停输后会不断地向外界环境传递热量。管道与外界环境间的温差随停输时间的增加而减小，其热流量也逐步减小，当油温下降到与周围介质温度一致时降温过程即终止。

（1）液态原油传热方程

式中：ρo—原油液相密度，kg/m3；

Co—原油液相比热容，J/（kg·℃）；

To—原油液相温度，℃；

λe—当量导热系数，W/（m·℃）。

引入当量导热系数

凝油层中的传热方程：

式中：ρg—原油液相密度，kg/m3；

Cg—原油液相比热容，J/（kg·℃）；

Tg—原油液相温度，℃；

λg—当量导热系数，W/（m·℃）。

边界条件：液相与固相交界面（设交接面半径R）：

靠近管壁处原油为液相时：

式中：T1—管壁温度，℃；

式中：ρn—管道第n层材料密度，kg/m3；

Cn—管道第n层材比热容，J/（kg·℃）；

边界条件：

（3）海底湿泥传热方程

式中：ρs—海底湿泥密度，kg/m；

Cs—海底湿泥比热容，J/（kg·℃）。

边界条件：

当 x=0，且0≤y≤H-RN或H+RN≤y≤Yd，当x=Xd时：

1.2 停输温降计算

停输温降计算程序分为两个部分：稳态有限元程序和瞬态有限元程序。通过稳态有限元程序求得各截面的温度场分布，作为停输初始条件代入瞬态有限元程序中，可得到任意停输时刻下的温度分布。

利用MATLAB编程计算，海底埋深管道停输温降，MATLAB计算结果如表1所示。

表1 埋深管道停输温降计算结果

2 结束语

从FLUENT 中模拟混输管道停输后，管道温降变化可看出，停输后，混输管道的温度随着停输时间的延长，管道内流体温度不断降低。停输80h后，温度已基本处于凝点以下。在停输200h后，管道内流体温度与管壁平衡，几乎不存在温差，也不存在热交换。建议深海油气混输管道应在停输80h内采取措施，恢复正常工作。

[1] 刘晓燕，庞丽萍，王振.庆哈埋地管道允许停输时间的计算[J].油气储运，2003，（5）.

FLUENT Numerical Simulation Based on the Temperature Drop of Deep-sea Oil and Gas Pipelines

Kong De-jing，Zhang Kai-li，Cao Yun-fang

In the process of commissioning or operation of submarine pipelines，shutdowns due to planned maintenance or unexpected accidents are caused.The study of FLUENT numerical simulation based on the temperature drop of deep-sea oil-gas mixture pipeline has important guiding significance for ensuring the safe production of pipeline gathering and transportation system in offshore oil and gas field.

mixed transport pipeline；FLUENT；stop the temperature drop；numerical simulation；analysis

TE86

B

1003-6490（2017）01-0028-02

2017-01-06

孔德晶（1990—），女，山东东营人，研究生在读，主要研究方向为石油与天然气工程。