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直接电加热技术在停井时管道瞬态传热分析

石油机械 2019年第8期47卷 132-139页

作者：黄鑫段梦兰安晨王浩中国石油大学(北京)海洋工程研究院中国石油大学(北京)机械与储运工程学院

随着油气开采进入深海模式,深水低温高压环境更容易形成水合物并使蜡结晶。如何更好地保障油气运输安全是油气开采以来不断探索的学科与工程问题。目前,国外正在大量使用直接电加热(DEH)技术来解决管道保温问题。鉴于此,从传热学的角度... 详细信息

随着油气开采进入深海模式,深水低温高压环境更容易形成水合物并使蜡结晶。如何更好地保障油气运输安全是油气开采以来不断探索的学科与工程问题。目前,国外正在大量使用直接电加热(DEH)技术来解决管道保温问题。鉴于此,从传热学的角度出发,研究了在电磁、热、流三大物理场共同作用下的DEH技术。通过建立电磁热耦合模型,研究了DEH技术应用于瞬态停井工况下整个管道温度的变化规律,得到了加热电流、加热时间和温度三者之间的相互关系。计算结果表明:DEH的加热效率先慢后快,升温效果显著;加热电流越大,油液升温效果越明显,但加热时间过短,过高的加热电流对加热效果影响不大;对比自然温降曲线,在36 h之后会达到水合物和蜡结晶生成的临界温度,而采用了1 000 A电流的DEH技术后,整条管道始终维持正常工作的温度状态。研究结果为DEH的实际工程设计提供了重要参考依据。

关键词：深水直接电加热电磁热效应沿程温降瞬态传热耦合

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直接电加热过程含缺陷海底管道强度评价

石油机械 2019年第5期47卷 125-128页

作者：陈景皓张健王凯高辉陈家庆北京石油化工学院机械工程学院深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室中国石油技术开发有限公司

直接电加热技术通过在管壁两端施加交流电向管道内输送热量,保持管内流体具有较高的温度,可有效地预防管道产生的冷凝现象。为保障直接电加热过程中海底管道的安全性,采用有限元软件ABAQUS对直接电加热过程中含缺陷管道进行了应力分析... 详细信息

直接电加热技术通过在管壁两端施加交流电向管道内输送热量,保持管内流体具有较高的温度,可有效地预防管道产生的冷凝现象。为保障直接电加热过程中海底管道的安全性,采用有限元软件ABAQUS对直接电加热过程中含缺陷管道进行了应力分析与强度评价,并分析了缺陷长度、宽度、深度以及温度对管道剩余强度的影响。分析结果表明:当缺陷大小一致时,相比环向缺陷,存在轴向缺陷管道的应力水平更大;缺陷深度的增加导致管道剩余强度有明显下降,缺陷长度在20~100 mm时,缺陷长度的增加导致管道剩余强度有明显下降,缺陷宽度对管道剩余强度的影响不明显;温度每升高30℃,管道剩余强度下降9.5%~28.9%。所得结论可为保障海底管道在直接电加热过程中的安全运行提供理论支持。

关键词：直接电加热海底管道剩余强度失效压力缺陷温度 ABAQUS

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Q235钢的直接电加热快速渗铝研究

煤矿机械 2003年第2期24卷 16-18页

作者：訾树燕胡世勃辽宁工程技术大学辽宁阜新123000

通过对Q2 35钢的直接电加热快速渗铝工艺试验 ,研究了渗铝层的生长规律、组织组成、渗层深度分布和硬度分布状态 ,并与电阻炉加热渗铝作了比较。结果表明 :在直接电加热快速渗铝过程中 ,电场对渗层的作用显著 ,此工艺能大大缩短渗铝周... 详细信息

通过对Q2 35钢的直接电加热快速渗铝工艺试验 ,研究了渗铝层的生长规律、组织组成、渗层深度分布和硬度分布状态 ,并与电阻炉加热渗铝作了比较。结果表明 :在直接电加热快速渗铝过程中 ,电场对渗层的作用显著 ,此工艺能大大缩短渗铝周期 ,具有高效节能的效果。

关键词： Q235钢直接电加热渗铝渗铝周期电阻炉电场节能

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俄罗斯油井直接电加热清蜡装置

石油机械 2002年第12期30卷 51-52页

作者：冯耀忠王云亭王备战吕俊胜利油田有限公司纯梁采油厂胜利油田有限公司临盘采油厂

井下油管结蜡严重地影响油井的正常生产 ,并会导致油井减产和停产。目前普遍采用的化学、机械、热力和电磁等各种清蜡方法 ,都不同程度地存在着使用不可靠、适用性差、污染地面环境和油层及清蜡成本高等缺点。针对这种情况 ,俄罗斯研制... 详细信息

井下油管结蜡严重地影响油井的正常生产 ,并会导致油井减产和停产。目前普遍采用的化学、机械、热力和电磁等各种清蜡方法 ,都不同程度地存在着使用不可靠、适用性差、污染地面环境和油层及清蜡成本高等缺点。针对这种情况 ,俄罗斯研制成功一种油井清蜡新装置 ,即油井直接电加热清蜡装置。该装置以油套管柱作为电路中的发热元件 ,对油井直接进行电加热清蜡。

关键词：俄罗斯油井直接电加热清蜡装置

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直接电加热过程海底管道热力学特性研究

油气田地面工程 2019年第4期38卷 6-11页

作者：陈景皓张健王凯高辉陈家庆北京石油化工学院机械工程学院深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室中国石油技术开发有限公司

针对直接电加热引起的海底管道热力学问题,以管道停输工况为例,采用有限元软件ABAQUS建立海底管道稳态传热有限元模型,在此基础上,基于管土相互作用建立海底管道整体有限元模型,开展海底管道整体热应力与热屈曲分析。研究结果表明:在直... 详细信息

针对直接电加热引起的海底管道热力学问题,以管道停输工况为例,采用有限元软件ABAQUS建立海底管道稳态传热有限元模型,在此基础上,基于管土相互作用建立海底管道整体有限元模型,开展海底管道整体热应力与热屈曲分析。研究结果表明:在直接电加热过程中,半埋管道的温度略高于悬跨管道;直接电加热会增加管道的整体应力水平,但远小于管道屈服应力;当初始缺陷过大时,管道会在直接电加热过程中产生热屈曲现象。

关键词：海底管道直接电加热稳态传热热应力热屈曲

海底含蜡原油管道直接电加热应急解堵热力瞬变过程研究

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海底含蜡原油管道直接电加热应急解堵热力瞬变过程研究

作者：姚子璇北京石油化工学院

学位级别：硕士

我国海洋油田所产原油多为含蜡原油,海底管道在正常生产停输或清管作业中面临较高的堵塞风险。相比开孔、注剂等传统解堵方式,直接电加热(Direct Electrical Heating,DEH)技术可大幅节省解堵时间和成本,有望成为处理海底管道蜡堵事故的... 详细信息

我国海洋油田所产原油多为含蜡原油,海底管道在正常生产停输或清管作业中面临较高的堵塞风险。相比开孔、注剂等传统解堵方式,直接电加热(Direct Electrical Heating,DEH)技术可大幅节省解堵时间和成本,有望成为处理海底管道蜡堵事故的高效、便捷的应急手段。本文对海底管道在DEH应急解堵中的相变过程及传热规律进行了较全面的研究,论证了DEH方法用于疏通海底蜡堵管道的可行性、高效性与经济性,可为我国海底管道蜡堵事故的应急抢险提供理论参照。设计、搭建了海底含蜡原油管道DEH解堵实验平台,开展了1300A电流下含蜡量分别为20%、35%、50%和100%含蜡量下电流分别为1300A、1100A和900A共6组实验。结果表明蜡堵熔化中液相分率的上升速率近似与含蜡量成反比、与加热电流成正比,同时由于固液界面的下降,测温热电偶不能很好的捕捉相变过程中的温度不变现象,温度反而出现突跃。冷却凝固时间远长于加热熔化时间,使DEH技术具备用于海管多段接力解堵的可行性。6组实验整体规律性良好,验证了DEH解堵原理和本实验平台的科学性。建立了海底含蜡原油管道DEH解堵过程的物理模型和数学模型,利用FLUENT软件模拟了管内蜡堵的流动传热过程,根据实验数据从液相分率变化、蜡堵形态变化两方面对该数值模型进行了验证。基于钢管壁最高安全温度的限制,从提高海上作业时效性和经济性的角度,研究了直接电加热解堵的最大安全功率、高效解堵分率、高效解堵时间、最低解堵费用等工程关注的安全经济问题,并与常用管道直径(152.4mm13mm)之间建立了数学关联。以文昌8-3油田海底管道局部蜡堵事故为例,完成了DEH解堵的工程方案研究。结果表明,电源输出功率在2000kW时,1.1km长度单程管段高效解堵时间约3.33h,解堵成本约47.93万元,整条海底管道解堵总成本约为240万元。

关键词：海底管道含蜡原油直接电加热实验研究数值模拟

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海底长输管道直接电加热传热特性研究

海底长输管道直接电加热传热特性研究

作者：汤庆顺中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随着油气开采向深海进军,管道回接距离进一步增长,深海的高压低温环境使长输管道内部容易出现水合物和结蜡堵塞等流动保障问题。由于固体物质的生成主要受温度的影响,因此本文提出使用直接电加热的方式对管道进行主动伴热。为减小立管... 详细信息

随着油气开采向深海进军,管道回接距离进一步增长,深海的高压低温环境使长输管道内部容易出现水合物和结蜡堵塞等流动保障问题。由于固体物质的生成主要受温度的影响,因此本文提出使用直接电加热的方式对管道进行主动伴热。为减小立管电缆功率损耗,提出了电加热海底设计方案。基于焦耳定律得到了单位长度管道最优加热功率和电源输出功率的数学表达式。基于FLUENT建立了电加热管道热流固耦合数值模型,进行网格独立性分析,优选网格数量,研究了加热功率和流体流速对管道温度分布的影响。基于热平衡原理和导热微分方程建立了电加热管道轴向和径向稳态温度分布理论模型。将数值计算结果和理论计算结果进行对比,验证了稳态模型的准确性。通过引入平均温度的定义并结合两点Hermite近似,建立了直接电加热管道瞬态传热过程的改进集总参数模型,利用有限差分法对管道各层的改进集总参数模型和内部流体的瞬态能量方程进行求解。研究了网格数量对计算结果的影响,结果发现不同网格数量下流体的平均温差和管道各层的平均温差均较小,证明模型收敛性较好。通过理论值和模拟值的对比验证了瞬态模型的准确性。将模型应用到启动和停井工况中,得到了电加热管道的瞬态温度响应,开展了加热功率、流体流速、加热时间等对管道温度分布规律的敏感性分析。通过大量计算数据,拟合得到了正常输送和停输工况下流体平均温度的预测公式。基于温度分布规律,对长输管道进行分区间加热分析,建立了开始加热位置和加热功率计算模型,研究了初始温度、流体流速、管道长度对加热区间大小和节能效率的影响。结果表明,对于长度超过15km的管道,采用分区间加热的方式可节约能耗20%以上。

关键词：海底长输管道直接电加热传热分析集总参数模型

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薄钢板直接电加热熔覆工艺的研究

电加工与模具 2004年第1期 51-53页

作者：陈建华张黔南京工程学院电力工程系江苏南京211100 武汉大学工学部湖北武汉430072

在自制的电加热设备上对薄钢板的熔覆工艺进行了初步的试验 ,并对试验材料进行了组织分析和性能分析。

关键词：薄钢板直接电加热表面处理熔覆工艺热处理

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海底管道直接电加热温降理论研究

北京石油化工学院学报 2018年第3期26卷 42-45页

作者：王凯王飞王运王立佳郑利军北京石油化工学院深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617 中国海洋石油南海东部石油管理局广东深圳518054 海油石油工程股份有限公司设计公司天津300451 中海油研究总院深水工程重点实验室北京100028

海底管道直接电加热是一种安全、可靠、节能、环保的流动保障技术,适用于深水油田的易凝高黏原油开发。针对直接电加热原油管道的传热特点,推导了管道沿线温降基本方程以及最短加热长度、最小加热功率、最优加热长度、最低入口温度、最... 详细信息

海底管道直接电加热是一种安全、可靠、节能、环保的流动保障技术,适用于深水油田的易凝高黏原油开发。针对直接电加热原油管道的传热特点,推导了管道沿线温降基本方程以及最短加热长度、最小加热功率、最优加热长度、最低入口温度、最低输量及最大总传热系数的数学表达式。结果表明,在考虑现场实际约束条件下,加热长度应设计得尽可能短,利于节省加热能耗;当加热功率大于临界功率时,最短加热长度与加热功率的具体数值无关。

关键词：海底管道易凝高黏原油直接电加热温降流动安全优化设计