Обоснование рациональных режимов перекачки высоковязкой нефти по трубопроводу с эффектом подогрева пристеночного слоя потока

• Автор: Вишняков, Иван Александрович
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 КРАТКИЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАНЕЕ ВЫПОЛНЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1Л Методы перекачки высоковязких нефтей и их теоретические основы

1.2 Анализ существующих систем попутного обогрева труб

1.3 Анализ методов расчета электроподогрева трубопроводов

1.4 Ускоренные методы подборы мощности систем электроподогрева

1.5 Критериальные уравнения теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубах

1.6 Постановка задач исследований

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ НЕФТЕПРОВОДА, ОСНАЩЕННОГО СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА
2.1 Новый метод подбора мощности электроподогрева трубопроводов
2.2 Программа подбора мощности электроподогрева и толщины теплоизоляции трубопровода
2.3 Анализ тепловых процессов в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева, с помощью программного комплекса АНЗУЗ/БЕиЕИТ
2.3.1. Компьютерное моделирование
2.3.2 Выбор модели турбулентности
2.3.3 Анализ характера распределения температуры в потоке жидкости при электроподогреве трубы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДА, ВЫВОД
КРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА
3.1 Экспериментальные исследования
3.1.1 Общее описание экспериментальной установки
3.1.2 Определение вязкости рабочей жидкости
3.1.3 Определение плотности рабочей жидкости
3.1.4 Результаты экспериментов
3.2 Исследования компьютерной математической модели трубопровода
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Обоснование возможности упрощения компьютерной модели
3.2.3 Сравнение лабораторной и компьютерной моделей трубопровода
3.3 Вывод уравнений теплообмена при течении жидкости в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева
ГЛАВА 4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДА, ОСНАЩЕННОГО СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА
4.1 Описание предлагаемой методики
4.2 Технико-экономическое обоснование предлагаемой методики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований
Особенность транспорта высоковязких и высопарафинистых нефтей обусловлена тем, что при температурах застывания они обладают высокими значениями вязкости, при которых не могут перекачиваться по трубопроводам. Поэтому перекачка таких жидкостей без принятия специальных мер, направленных на снижение вязкости, затруднена вследствие возникающего большого гидравлического сопротивления.
Существует ряд способов, позволяющих перекачивать высоковязкие нефти и нефтепродукты. Среди них наибольшее распространение получил метод транспортировки нефти с предварительным ее подогревом. Недостатком этого метода являются значительные энергетические затраты, т.к. приходится повышать температуру всего объема транспортируемой нефти. Поэтому существует необходимость:
- совершенствования известных способов транспортировки высоковязких нефтей;
- разработки новых способов расчета эксплуатационных режимов транспорта нефти по неизотермическим трубопроводам, учитывающих зависимости между реологическими свойствами, скоростью движения и температурой нефти, а также тепловые процессы, возникающие при подогреве пристеночного слоя трубы в случае попутного электроподогрева.
Целью диссертационной работы является снижение энергетических потерь при транспортировке нефти на основе выбора рациональных режимов подогрева пристеночного слоя нефти в трубе, что позволит повысить эффективность эксплуатации систем транспорта высоковязкой и высокопарафинистой нефти.
Основные задачи исследования:
1. Выявить зависимости, позволяющие определить значения требуемой мощности системы электроподогрева и соответствующей ей толщины тепловой

мощности на поправочный коэффициент, зависящий от толщины теплоизоляции, что вносит определенную долю ошибки.
1.5 Критериальные уравнения теплообмена при вынужденном движении
жидкости в трубах
Из-за ограниченных возможностей аналитического решения дифференциальных уравнений большое значение приобретает эксперимент. Однако, число экспериментальных данных как правило, велико, и появляется необходимость в использовании методов обобщения опытных данных. Одно из средств решения этой задачи - теория подобия, которая по существу является теорией эксперимента.
В основе теории подобия лежит тот факт, что подобие двух физических явлений означает подобие всех величин, характеризующих рассматриваемые явления, т.е. любая величина первого явления (р' пропорциональна однородной с ней величине (р" второго явления:
<р’ = су, (1.33)
где Су - коэффициент пропорциональности, константа подобия величины (р.
На основе теории подобия разрабатываются критериальные уравнения, состоящие из чисел (критериев) подобия - безразмерных комплексов, составленных из величин, характеризующих то или иное физическое явление.
Существует множество работ [27, 49, 53, 59, 91, 104-106, 108, 110], посвященных описанию критериальных уравнений конвективного теплообмена для различных случаев движения жидкости, в том числе для вынужденного движения жидкости в трубопроводе.
М.А. Михеевым [24, 52, 59, 77, 83] на основе обработки большого объема экспериментальных данных предложены критериальные уравнения теплообмена при течении жидкости в трубах:
- для ламинарного потока (11е < 2000)