[發明專利]針對內置式輸油管道集膚效應電伴熱的模擬方法和裝置

有效

• 申請號: 201710978529.4
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107944075B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王健;楊民瑜;付磊;王久生;崔廣學;李文彬;任金路
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;大慶石油管理局;大慶方興油田開發有限責任公司
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/23;G06F113/14;G06F119/08
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 王超群

本發明公開了一種針對內置式輸油管道集膚效應電伴熱的模擬方法，包括建立輸油管道的模型；建立所述輸油管道的模型的任一終端的所述伴熱電纜與所述輸油管道的管道壁接線聯結件模型；建立輸油管道的模型的進線端零線的接線端子模型；采用固定周期的基波離散成譜沖擊函數對所述伴熱電纜的輸入火線電壓的進行模擬；所述輸油管道的模型與數據接口模型建立連接；對所述輸油管道、所述原油介質和所述伴熱電纜的電流密度和熱流分布進行分析；對所述輸油管道、所述原油介質和所述伴熱電纜的截面進行截面電流密度和截面熱流分布分析。以及裝置。以解決伴熱管從輸油管道中穿過，影響到管道內原油的流動速度，以及增大輸油管道電伴熱的施工難度及成本的問題。

技術領域

本發明涉及內置式輸油管道集膚效應電伴熱領域，具體說是一種針對內置式輸油管道集膚效應電伴熱的模擬方法和裝置。

背景技術

集膚效應伴熱技術(SECT，Skin Effect Electrical Heat Trace Technique)作為一種有效的管道保溫及防凍技術在管道輸油領域得到廣泛應用。目前常用的集膚效應加熱方式是把伴熱管焊接到輸油管道上，伴熱電纜從伴熱管中間穿過。由于伴熱管在輸油管道之外，導致自身熱耗較大；如果將伴熱管從輸油管道中穿過，勢必會影響到管道內原油的流動速度，且增大現有輸油管道電伴熱改造的施工難度及成本。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種針對內置式輸油管道集膚效應電伴熱的模擬方法、裝置和系統，以解決伴熱管從輸油管道中穿過，影響到管道內原油的流動速度，以及增大現有輸油管道電伴熱改造的施工難度及成本的問題。

第一方面，本發明提供一種針對內置式輸油管道集膚效應電伴熱的模擬方法，包括：

建立輸油管道的模型，所述輸油管道中充滿流動的原油介質，伴熱電纜位于所述輸油管道中心軸線上或者所述伴熱電纜的局部與所述輸油管道的管壁接觸；

建立所述輸油管道的模型的任一終端的所述伴熱電纜與所述輸油管道的管道壁接線聯結件模型；建立輸油管道的模型的進線端零線的接線端子模型；

采用固定周期的基波離散成譜沖擊函數對所述伴熱電纜的輸入火線電壓的進行模擬；所述輸油管道的模型與數據接口模型建立連接；

利用所述數據接口模型，對所述輸油管道、所述原油介質和所述伴熱電纜的電流密度和熱流分布進行分析；

提高計算精度，對所述輸油管道、所述原油介質和所述伴熱電纜的截面進行截面電流密度和截面熱流分布分析；

根據所述熱流分布和所述截面熱流分布分析，利用所述電流密度、所述熱流分布，以及所述截面電流密度和所述截面熱流密度，與實驗條件環境下的熱流密度與電流密度進行校核，得出分析結論。

優選地，對所述輸油管道的管道壁接線聯結件模型以及所述接線端子模型進行簡化分析，包括：進行所述輸油管道與述伴熱電纜，以及所述輸入火線與所述伴熱電纜和所述輸油管道之間的聯結件簡化，刪除一些靜、動態特性影響很小的特征，以及刪除所述輸油管、所述輸入火線、所述伴熱電纜以及所述輸入火線之間是連接零件；所述輸油管道與所述原油介質，以及所述伴熱電纜與所述原油介質之間接觸面進行柔性連接處理；所述輸油管道與所述伴熱電纜的端子之間接觸面進行剛性連接處理。

優選地，所述提高計算精度的方法，提高網格劃分效率：利用各向同性來減少模型的網格數量，提高網格劃分效率，使徑向所述輸油管道、所述原油介質和所述伴熱電纜滿足各向同性原則，取出所述輸油管道、所述原油介質和所述伴熱電纜的任意體積單元，對所述任意體積單元進行網格劃分；設定疏密有秩的網格設定規則，對所述任意體積單元局部細化。

優選地，所述伴熱電纜的熱流分布，包括：所述伴熱電纜的的軸向和所述伴熱電纜的徑向溫度；利用傅里葉定律以及所述伴熱電纜集膚效應的基本運動方程，得到三維穩態溫度場的混合邊值方程，利用所述三維穩態溫度場的混合邊值方程求解所述伴熱電纜的的軸向和所述伴熱電纜的徑向溫度。