Разработка и исследование индукционных установок косвенного нагрева в технологических комплексах транспортировки нефти

• Автор: Данилушкин, Василий Александрович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1. Проблема создания индукционных систем для нагрева высоковязких нефтей при перекачке трубопроводным транспортом
1.1 .Термообработка парафинистых нефтей
1.2. Специфика применения индукционных нагревателей для термообработки нефтей
1.3. Специфика применения индукционных нагревателей
для термообработки нефтей
1.4. Задача оптимизации конструкции и режимов работы теплообменных аппаратов с индукционным нагревом
2. Математическое моделирование процесса косвенного индукционного нагрева жидких нефтепродуктов в теплообменных аппаратах непрерывного действия
** 2.1. Постановка задачи и метод исследования
2.2. Конечно - элементная модель электромагнитного поля
2.3. Исследование гидродинамических процессов в потоке вязкой жидкости
2.4. Математическая модель тепломассопереноса в системе
“индуктор - металл - жидкость”
2.4. Алгоритм расчета температурных полей
3. Расчет и анализ режимных характеристик объекта и элементы оптимального проектирования индукционного нагревателя
3.1. Расчет и анализ электромагнитных и тепловых полей объекта
3.1.1 Расчет электромагнитных источников тепла
3.1.2 Расчет и анализ поля скоростей в потоке жидкости
3.1.3 Расчет и анализ температурных полей в потоке жидкости
* 3.2. Выбор и обоснование оптимальной частоты питающего тока

3.3. Оптимальное распределение удельной мощности
• по длине нагревателя
3.4 Оптимизация длины индукционной нагревательной установки
4. Синтез систем автоматического управления теплообменным аппаратом с индукционным нагревом
4.1. Исследование динамических свойств системы “индукгор-металл-жидкость” как объекта управления
4.1.1. Анализ возмущающих воздействий в системе подогрева нефти
и методика построения систем автоматического управления
4.1.2. Расчёт динамических характеристик объекта управления
по экспериментально полученной переходной функции
4.1.3. Структурная схема объекта “индукгор-металл-жидкость”
4.2. Синтез системы автоматического управления с обратной связью
по средней по сечению потока жидкости температуре
4.3. Реализация системы автоматического управления
# нагревом жидкости
Заключение
Библиографический список

Диссертация посвящена разработке и исследованию конструкции и режимов работы индукционных установок подогрева нефти перед транспортировкой по трубопроводам.
Актуальность проблемы:
Трубопроводный транспорт становится все более популярным в мире, число строящихся трансконтинентальных трубопроводов растет. В настоящее время в Европе строятся или находятся в стадии проектирования трубопроводы для транспортировки нефти и нефтепродуктов общей протяженностью 38,6 тыс. км. Большая часть данных проектов касается Каспийского региона и восточной Сибири. В середине 1999 г. началась транспортировка сырой нефти из Каспийского региона в порты Черного моря. В связи с ростом добычи нефти и увеличением объема ее транспортировки и переработки наблюдается дальнейшее увеличение диаметров трубопроводов. В топливный баланс во все больших размерах вовлекаются нефти с высоким содержанием парафина. Для их перекачки требуются совершенствование существующей и разработка новой технологии, совершенствование методов подготовки нефтей к транспортировке, эксплуатации самих трубопроводов и насосных станций.
Протяженность магистральных трубопроводов России составляет 217 тыс. км, в том числе нефтепроводных - 46,7 тыс. км, нефтепродукгопроводных - 19,3 тыс. км. Транспортировка продукции топливно-энергетического комплекса трубопроводным транспортом составляет 30 % общего объема грузооборота. По системе магистрального транспорта перемещается 99 % добываемой нефти, более 50 % производимой продукции нефтепереработки. В общем объеме транспортной работы (грузооборота) доля нефти - 40,3 %, нефтепродуктов - 4,3 у %. В состав сооружений магистральных нефтепроводов входят 387 нефтеперекачивающих станций, в состав нефтепродуктопроводов - более 100 перекачивающих станций, резервуарные парки общей вместимостью 17,43 млн м3. Надежность систем магистрального трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов является важнейшим фактором стабильности и роста экономического потенциала России. Системы трубопроводного транспорта - это тот рычаг,

= элементная матрица теплопроводности, учитывающая конвекцию элементов, находящихся на границе области;
= элементный вектор поверхностных источников
тепла в виде потока;
= элементный вектор теплового потока с поверхности элемента в окружающее пространство путем конвекции;
Ь!}=/£'№(уо/) - элементный вектор внутренних источников тепла.
Расчет выражений для матриц жесткости и демпфирования а также векторов источников можно осуществлять либо численно, либо с помощью специальной процедуры аналитического интегрирования в локальных координатах [34]. Исследования показывают, что второй путь дает очень большой выигрыш в общем времени расчета задачи. В большинстве программных продуктов используется именно этот метод.
Полученные выражения для элементных матриц объединяются в глобальную систему обыкновенных дифференциальных уравнений (2.68), решение которой осуществляется путем перехода к дискретному аналогу дифференциального уравнения.
Полученные матрицы [К], [С] и {о] с учетом замены временной производной — конечно-разностным аналогом, объединяются в систему уравнений
(схема Галеркина).
(Щ м)п.«-|м)п,+й!„ сие>
где А/ - временной шаг, п - номер шага.
Последнее выражение переписывается в виде:
№}„+> = {б} (2-70)