Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

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

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Обоснование рациональных режимов перекачки высоковязкой нефти по трубопроводу с эффектом подогрева пристеночного слоя потока"

На правах рукописи

ВИШНЯКОВ Иван Александрович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ

ПЕРЕКАЧКИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ С ЭФФЕКТОМ ПОДОГРЕВА ПРИСТЕНОЧНОГО СЛОЯ ПОТОКА

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Г-' лЗ

Санкт-Петербург - 2013

005061831

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Крапивский Евгений Исаакович

Официальные оппоненты:

Поляков Вадим Алексеевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкипа», кафедра проектирования и эксплуатации газонефтепроводов, профессор

Михалюк Дмитрий Сергеевич каидидат технических наук, филиал ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», директор филиала в Северо-Западном федеральном округе

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Защита состоится 20 июня 2013 г. в 13 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.10 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 17 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ^МнИКОЛАЕВ диссертационного совета ^ / Александр Константинович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследовании

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.

Цель диссертационной работы

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 высокопарафини-стой нефти.

Основные задачи исследования

1. Выявить зависимости, позволяющие определить значения требуемой мощности системы электроподогрева и соответствующей ей толщины тепловой изоляции для поддержания стационарного теплового режима работы неизотермического трубопровода.

2. Выполнить анализ тепловых процессов при перекачке вязкой жидкости по трубопроводу, оснащенному системой электроподогрева стенки трубы.

3 Провести анализ работы компьютерной модели трубопровода оснащенного системой электроподогрева пристеночного слоя нефти в программном комплексе вычислительной гидродинамики АМЗУБ и обосновать возможность применения данной модели при

инженерных расчетах.

4 Получить зависимости, описывающие теплообмен при ламинарном и турбулентном режимах перекачки высоковязкой нефти по трубопроводу, оснащенному системой электроподогрева его стенки, и разработать методику теплового и гидравлического расчета трубопровода.

5 Выполнить технико-экономическии анализ применимости

разработанной методики теплового и гидравлического расчета трубопровода, оснащенного системой электроподогрева.

Идея работы _

Расчет тепловых и гидравлических режимов трубопроводов,

оснащенных системой электроподогрева их стенок, следует осуществлять с учетом формирования теплового пристеночного слоя потока высоковязкой нефти.

Научная новизна работы

1 Обоснована возможность снижения энергетических затрат при транспортировке высоковязкой нефти по трубопроводу путем применения электроподогрева пристеночного слоя потока.

2 Получены формулы подбора требуемой мощности системы электроподогрева и минимальной толщины теплоизоляции в зависимости от разности температур перекачиваемой жидкости и окружающей среды и диаметра трубопровода.

3 Получены зависимости, описывающие тепловые процессы в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева и перекачивающем высоковязкую нефть при ламинарном и турбулентном режимах.

Научные положения, выносимые на защиту

1 Равномерный электроподогрев стенки трубопровода способствует формированию теплового пристеночного слоя нефти с вязкостью, меньшей вязкости ядра потока, что приводит к снижению гидравлических потерь при перекачке нефти.

2 При установившемся тепловом режиме трубопровода в зависимости от средней температуры нефти мощность электроподогрева стенки трубы стандартного наружного диаметра определяется с помощью функций линейного или степенного вида со среднеквад-

ратичной погрешностью не более 5%.

3. Теплообменные процессы в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева, описываются критериальным уравнением, связывающим числа Нуссельта Ыиж, Рейнольдса Кеж и Прандтля Ргж и уравнением, связывающим отношение температуры стенки трубопровода (с к средней температуре потока /нср с числом Рейнольдса Яеж, мощностью системы электроподогрева Рь, потраченной на нагрев нефти, и внутренним диаметром трубы с1ви.

Методика исследований

При проведении исследований применялся комплексный подход, объединяющий теоретические и экспериментальные методы исследований: планирование экспериментов, проведение испытаний на специализированных лабораторных установках, проведение численных экспериментов на компьютерной модели трубопровода, построенной с использованием современных компьютерных программ, статистическая обработка результатов экспериментов.

Достоверность научных положений подтверждена теоретическими исследованиями, результатами лабораторных экспериментов, достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, доказанной с помощью методов математической статистики и регрессионного анализа.

Практическая ценность работы

1. Разработаны номограммы и получены формулы, позволяющие осуществить оценку требуемой мощности системы электроподогрева.

2. Разработана компьютерная программа, позволяющая рассчитать мощность электроподогрева и соответствующую ей толщину тепловой изоляции при стационарном тепловом режиме работы трубопровода.

3. На основе новых уравнений теплообмена разработана методика, позволяющая осуществлять тепловой расчет трубопровода, оснащенного системой электроподогрева стенки трубы.

4. Предложена установка для индукционного нагрева нефтепродуктов в трубе (заявка на изобретение №2012125704).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (г. Ухта, 2010 г.), межрегиональ-

ном семинаре «Рассохинские чтения» (г. Ухта, 2011 г.).

Подтеме3диссертации опубликовано десять научных работ, две из которых в издании, входящем в перечень научных издании, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Личный вклад соискателя

Личный вклад соискании!

Автором разработана и обоснована методика создания компьютерной модели трубопровода, оснащенного системои элекфо подогрева пристеночного слоя потока жидкости, в программном комплексе ANSYS/FLUENT; разработана схема экспериментальном установки и проведены лабораторные испытания; получены уравнения те^обмена для ламинарного и турбулентного режимов течения JeZ в ^Убопроводе, оснащенном системой элекгроподогрева; нГоснове ношх уравнений разработана методика теплового расчета ™Убопровода, оснащенного системой элекгроподогрева; получены шмошаммы и формулы для определения мощности системы элек-тооподогрева и толщины тепловой изоляции трубопровода; написа-та компьютерная программа, позволяющая рассчитать мощность элекгроподогрева и Соответствующую ей толщину тепловой изоляциипри стационарном тепловом режиме работы трубопровода.

Реализация результатов работы

Разработанная методика теплового расчета трубопровода, оснащенного системой электроподогрева пристеночного слоя, а таюке номограммы и формулы для определения мощности элекгро-Подогрёва моРгут быть использованы на предприятиях нефтегазовой ™и осуществляющих транспорт высоковязких нефтеи по маги-

^ ным,УмЩеж- и внутрипромысловым трубопроводам. На^ные и

тактические результаты исследований могут быть внедрены в ^е^ый процесс подготовки студентов, обучающихся по программам бакдакой и магистерской подготовки, а также могут быть ис по л ьзотаныас пир антам и при исследовании физических процессов ™убопроводного транспорта нефти и инженерно-техническими ратниками при проектировании и эксплуатации трубопроводного

транспорта нефти.

Стпуктупа и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложена на 150 страницах текста, содер-жТзГрисунков, Ы таблиц, список использованных источников из 112 наименований, 3 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Крапивскому Е.И., сотрудникам кафедры ПЭМГ Ухтинского государственного технического университета (г. Ухта), а также сотрудникам кафедры ТХНГ Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за обсуждение и помощь в подготовке диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, определены цель, идея, задачи работы, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В главе 1 проводится анализ особенностей перекачки высоковязкой нефти по трубопроводу с предварительным и попутным подогревом.

Научными исследованиями по проблемам трубопроводного транспорта высоковязких жидкостей с предварительным их подогревом в разное время занимались многие исследователи. Среди трудов, посвященных этому направлению, следует выделить работы JI.C. Абрамзона, В.М. Агапкина, P.A. Алиева, В.Е. Влюшина,

A.К. Галлямова, H.A. Гаррис, В.Е. Губина, Ф. Джила,

B.Н. Дегтярева, A.A. Коршака, JI.C Лейбензона, М.В.Лурье, В.И. Марона, А.Х. Мирзаджанзаде, В.Ф. Новоселова, П.И. Тугунова, В.И. Харламенко, В.И. Черникина, В.Г.Шухова, В.АЮфина, B.C. Яблонского и др.

Особенным видом подогрева высоковязких нефтей является попутный подогрев с помощью электронагревательных элементов, закрепленных на внешней поверхности стенки трубопровода. Среди научных трудов, посвященных использованию попутного подогрева, следует выделить работы П.М. Бондаренко, И.И. Еремина, Г.И.Иванова, В.В.Логинова, В.И. Марона, З.И. Фонарева, А.Ф. Юкина и др.

Выявлены особенности систем попутного электроподогрева по сравнению с традиционными системами предварительного подогрева нефти. Дана классификация известных систем электроподогрева трубопроводов с выделением преимуществ и недостатков каждой из них. Даны рекомендации по области применения каждой из рассмотренных систем электроподогрева.

Проведен анализ представленных в отечественной литературе методов теплового расчета трубопроводов, оснащенных системой электроподогрева. Рассмотрены основные преимущества каждого из

методов. -

Рассмотрены методы оценочного определения требуемой

мощности системы электроподогрева при стационарном тепловом

режиме и в случае разогрева трубопровода на заданную величину.

Сделано заключение о необходимости совершенствования данных

методов расчета. „

Проведен анализ встречающихся в зарубежной и отечественной литературе критериальных уравнений теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубах. Указано, что критерии Нуссельта, вычисленный при одних и тех же исходных данных по обобщенным зависимостям, приводимым разными исследователями, может различаться в десятки раз. Кроме того, анализ показал, что все рассмотренные критериальные зависимости имеют свои границы применимости. Во многих научных работах вышеперечисленных исследователей, занимающихся вопросами попутного электроподогрева, предлагается использовать данные обобщенные критериальные зависимости. Таким образом, существует необходимость вывода критериальных уравнений применительно в поставленной задаче: описание тепловых процессов при течении высоковязкои нефти в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева его стенки. Также существует необходимость создания методики теплового расчета трубопровода на основе полученных критериальных уравнений

' Во второй главе представлены теоретические исследования тепловых процессов, проходящих в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева.

На основе фундаментальных формул теплообмена, а также с

использованием данных из ряда нормативных документов, были построены номограммы (рисунок 1), позволяющие осуществить расчет требуемой мощности системы электроподогрева пристеночного слоя •шубы в случае стационарного теплового режима работы трубопровода и перекачке нефти при максимально возможной температуре (70 °С) Номограммы построены для трубопроводов со следующими, наиболее часто встречаемыми, наружными диаметрами: 32 мм 57 мм 83 мм, 108 мм, 133 мм, 159 мм, 219 мм, 245 мм, 273 мм, 325 мм, 426 мм, 530 мм, 630 мм, 720 мм, 820 мм, 1020 мм.

........................................Разность температур перекачиваемой жидкости и окружающей среда, "С

Рисунок 1 - Номограмма подбора мощности элекфоподог-рева трубопровода с наружным

диаметром 219 мм

На номограммах штриховая линия описывает закон изменения величины требуемой линейной мощности электроподогрева при максимальной разнице температур между нефтепродуктом и окружающей средой. Сплошные прямые определяют режим работы системы электроподогрева трубопровода, для которого известны максимальная разница температур нефтепродукта и окружающей среды, и помогают определить линейную мощность электроподогрева в случае повышения температуры окружающей среды. Каждому из режимов, описываемых сплошными прямыми, соответствует определенная минимальная толщина тепловой изоляции трубопровода (указана в верхней части графика).

На основе методики, разработанной в процессе создания вышеописанных номограмм, были получены зависимости линейного и степенного вида требуемой линейной мощности электроподогрева Ра (Вт/м) от средней температуры нефти гнхр (°С). Формулы получены для трубопроводов с вышеперечисленными наружными диаметрами. Например, для труб наружным диаметром 219 и 245 мм зависимости имеют вид:

Р2{9 = 0,602 • гнср +6,992, (1)

Р245 = 1,8 1 7.*»£5. (2)

Среднеквадратичная погрешность расчета по данным формулам не превышает 5%.

В рамках данного анализа и на основании того же алгоритма расчета требуемой мощности электроподогрева и толщины теплоизоляционного слоя трубопровода было создано компьютерное приложение, позволяющее получить данные значения без необходимости обращения к нормативным документам и номограммам. В основе программы кроме известных формул теплообмена заложена выведенная с помощью метода асимптотических координат зависимость нормы теплового потока ц от наружного диаметра трубы йн и средней температуры нефти:

д = (0,0055^нср - 0,0997)-(-3,41-10-5 ¿/^ +0,2306^н + ^ + 31,953) - 2,6 • 10'6 + 0,0507^ + 3,087.

Необходимость вывода данной формулы была продиктована сложностью и большой трудоемкостью ввода исходных табличных дашшх нормы теплового потока в программный код. Проведенный анализ показал, что погрешность расчета с использованием приложения не превышает 7%.

Вышеприведенные приложение, номограммы и формулы предназначены для расчета установившегося теплового режима работы трубопровода, когда вся выделяемая системой элекгроподо-грева мощность идет на компенсацию тепловых потерь в окружаюЩУЮ СРПга исследовании тепловых режимов трубопровода, оснащенного системой электроподогрева его стенки, была доставлена промежуточная задача: анализ особенностей формирования пограничного теплового слоя в трубе. Ввиду отсутствия возможности проведения натурного эксперимента решение поставленной задачи осуществлялось с помощью анализа компьютерной модели трубопровода. Была разработана методика создания в программном комплексе АШУБ компьютерной модели трубопровода, оснащенного

системой электроподогрева.

Проведен теоретический анализ наиболее распространенных В вычислительной гидродинамике моделей турбулентности с выделением особенностей и областей применения каждой из них. На основе анализа сделан вывод о необходимости применения для решения поставленной задачи к-е модели турбулентности.

При создании компьютерной модели трубопровода учет изменения реологических и теплофизических свойств нефти от температуры осуществлялся путем ввода в ее модель обобщенных зави-

Рисунок 2

Temperature Contour 3

Temperature Contour 3

5.1 4

™ -6.104е-006 1С]

- Поле температур для линейных нагревательных элементов

8 871

8.1

Temperature Contour 4 ІГ 6 406Є+001

-1.587e-004

[С]

Temperature Contour 5

5.143Є+001 4 989Є+001 4.835Є+001 4 681e+001 4.527Є+001 4 374Є+001 4.220e+001 4.066Є+001 3.912Є+001 3.759e+001 3.605Є+001 З 451e+001

Рисунок 3 - Поля температур для спирально расположенного нагревательного элемента

симостей Рейнольдса-Филонова (для вязкости), Крего-Смита (для коэффициента теплороводности), Д.И. Менделеева (для плотности) и т.д. При этом в качестве исходных данных использовались полученные сторонними исследователями усредненные реологические и теплофизические свойства высокопарафинистой нефти Ярегского месторождения (республика Коми).

В лицензионном программном комплексе ANSYS 13.0 проведен анализ характера распределения температуры в потоке высоковязкой нефти при различном количестве и расположении нагревательных элементов на поверхности трубы. Для различных способов расположения нагревательных элементов на поверхности трубы построены температурные контурные поля в поперечном сечении трубопровода (рисунок 2, рисунок 3).

Данные температурные поля позволяют оценить характер распределения температуры в поперечном сечении трубы. Также был построен график распределения температуры в тепловом пограничном слое вблизи нагревательного элемента (рисунок 4) (координата Y отсчитывается от оси трубы и до внутренней поверхности ее стенки). _ _______ _______ ________

-0,0975 Ч 30

3 -0,098 |

>-" Г

«-0,0985 -I '

Н

Я

3 -0,099

&

о -0,0995

_____________-0.1 •___________

Рисунок 4 - Распределение температуры вблизи стенки при спиральном расположении нагревательного элемента

На графике отчетливо видна граница теплового пограничного слоя: она находится в точке резкого изменения температуры. Линейный характер распределения температуры в тепловом пог раничном слое объясняется заложенным в компьютерную модель трубопровода допущением: логарифмический закон распределения температуры в тепловом пограничном слое допускается заменить на линейный ввиду малых размеров теплового пограничного слоя в масштабе всей модели. Резкое изменение температуры объясняется

температура, С

разделением потока на две зоны: зона теплового пограничного слоя, в которой тепловая энергия передается за счет теплопроводности, и зона ядра потока, в которой тепловая энергия передается за счет теплопроводности и конвективного теплообмена.

При спиральном расположении нагревательного элемента толщина теплового пограничного слоя при текущих условиях (линейная мощность электроподогрева 450 Вт/м, скорость потока нефти 0,2 м/с) составляет около 0,8 мм (рисунок 4). Построение данных графиков по всей площади поперечного сечения потока нефти показало, что при спиральном расположении нагревательного элемента тепловой пограничный слой сохраняется вдоль всего периметра сечения трубы. Происходит лишь рассеяние границы теплового пограничного слоя: увеличивается его толщина и снижается средняя температура.

Показано, что толщина теплового пограничного слоя в потоке в большей степени зависит от вязкости среды и средней скорости потока Сделан вывод, что использование спиральной намотки нагревательного элемента на поверхности трубопровода приводит к созданию теплового пограничного слоя по всему периметру сечения трубы При использовании прямолинейных нагревательных элементов для получения более равномерного нагрева жидкости рекомендуется использовать не менее трех нагревательных элементов.

В третьей главе описаны натурные и компьютерные исследования тепловых режимов трубопровода, оснащенного системой электроподогрева стенки трубы, а также вывод уравнений теплооб-

мена.

На базе кафедры проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов Ухтинского государственного технического университета (г. Ухта) были проведены экспериментальные исследования электроподогрева пристеночного слоя вязкой жидкости при ее внутритрубном течении. Эксперименты проводились в лабораторных условиях на стенде, схема которого представлена на

РИСуНКработа стенда осуществляется следующим образом: рабочая жидкость из резервуара самотеком подходит к насосу НМ, далее под напором, создаваемым насосом, движется по трубопроводу, на внешней поверхности которого спирально намотан греющии кабель марки 40ТМ032, и возвращается обратно в резервуар.

kl

та-2

Рисунок 5 - Схема экспериментальной установки: РТ-240 - регулятор температуры; НМ - насос магистральный; Р - расходомер; ТД-1, ТД-2 - температурные датчики; 40ТМОЭ -

электронагревательный кабель

Во время работы насоса осуществляется замер расхода жидкости с помощью расходомера марки ПРЭМ, а также замер температуры жидкости в начале и в конце обогреваемого участка с помощью температурных датчиков марки DALLAS 18В20.

Основные характеристики стенда: протяженность участка обогрева 10 м, наружный диаметр трубы 42 мм, мощность секции греющего кабеля 960 Вт, длина секции греющего кабеля 24 м. На рисунке 6 показан намотанный на трубу стенда нагревательный ка-

Рисунок 6 - Намотанный на трубу нагревательный кабель

Ввиду отсутствия возможности плавного регулирования выделяемой кабелем мощности, линейная мощность обогрева трубопровода варьировалась с помощью изменения шага накрутки кабеля.

В качестве рабочей жидкости использовался 25%-ный раствор глицерина в воде. При помощи стеклянного капиллярного вискозиметра ВПЖ-2 и набора ареометров общего назначения были измерены вязкость и плотность рабочей жидкости при различных температурах. Результаты измерений представлены на рисунках 7 и 8.

-220В

У ?

РТ-240

І)})})/})}))}})}!/)

WTM032

У 2,4 ¿2.2 II 2

М §1,8 к 21,6

»1,4 й 1,2 1 ,

Вязкость

20

30 40 50 Температура, °С

Плотность

36

Температура, °С

Рисунок 7 - Зависимость вязкости Рисунок 8 - Зависимость плотности

жидкости от температуры жидкости от температуры

В результате аппроксимации зависимостей измеренных значений вязкости V и плотности р рабочей жидкости от ее температуры получены следующие уравнения:

V - 0,00054 - 0,0713^ + 3,621, (4)

р = -0,0003/ж +1,082. (5)

В ходе лабораторных исследований осуществлялся замер температуры жидкости Тн на входе участка нагрева, температура жидкости Тк на выходе участка нагрева и температура окружающего воздуха Та при следующих варьируемых величинах: общая мощность электроподогрева, расход жидкости, наличие либо отсутствие тепловой изоляции трубопровода. По итогам экспериментальных исследований удалось получить данные по интенсивности нагрева перекачиваемой рабочей жидкости при следующих значениях варьируемых величин: расход жидкости 0,121,35 м3/ч, температура окружающей среды 24-28 °С, мощность электроподогрева 500-960 Вт.

Ввиду наличия ограничений в режимах работы лабораторной установки отсутствует возможность проведения на ней экспериментов в более широких пределах изменения варьируемых параметров, чем указано выше. В связи с этим, уравнения теплообмена, выведенные на основе полученных экспериментальных данных, будут обладать узкими границами применимости.

Было решено получить уравнения теплообмена на основе созданной в программном комплексе А^УБ 13.0 компьютерной модели трубопровода, оснащенного системой электроподогрева. Тепловые и гидравлические режимы работы модели трубопровода были приближены к промышленным.

Модель трубопровода создавалась согласно ранее

разработанной методике со следующим допущением: источником генерируемого тепла выступает металл стенки трубы. Возможность применения данного допущения объясняется тем, что коэффициент теплопроводности металла трубы на три порядка больше коэффициента теплопроводности теплоизоляции и на два порядка больше коэффициента теплопроводности разогреваемой нефти, поэтому вся теплота, выделяемая кабелем, поглощается материалом трубопровода. Применимость данного допущения также обоснована соответствующими расчетами. В результате время, потраченное на расчет компьютерной модели, сократилось в десятки раз без снижения точности получения конечных данных.

Был проведен сравнительный анализ данных, полученных при одних и тех же граничных условиях с помощью лабораторной установки и ее компьютерной модели. В качестве критерия соответствия тепловых процессов, возникающих при работе лабораторной установки и ее компьютерного аналога, использовалась величина нагрева жидкости при прохождении исследуемого участка трубопровода. В процессе проверки данного соответствия параметры компьютерной модели корректировались путем ввода в заданные граничные условия модели поправочных коэффициентов (коэффициенты неучтенных потерь тепла и дополнительных потерь тепла) При создании модели были учтены зависимости (4) и (5). В результате удалось получить компьютерную модель, согласующуюся с натурной экспериментальной установкой с достаточной для инженерных расчетов точностью.

При проведении экспериментов на компьютерной модели трубопровода, оснащенного системой электроподогрева, использовалась методика рационального планирования экспериментов М.М. Протодьяконова и Р.И. Тедера. Использование данной методики позволило сократить количество проводимых экспериментов в 5 раз без потери точности выводимых зависимостей.

Для вывода уравнений теплообмена в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева пристеночного слоя, использовались 71-теорема и метод получения эмпирических формул, предложенный В.М. Мордашевым, л-теорема заключается в анализе размерностей и установлении связей между физическими величинами. Метод В.М. Мордашева заключается в определении многомерной функции на основе анализа средних геометрических значений пара-

метров, от которых эта функция зависит. В результате были получены следующие уравнения для:

- турбулентного режима течения нефти

Л^=0,026Яе^5;Рг£252, (6)

^н.ср

= 1,2 Яв

-0,021

0,528/^ 100(Ш, +

ви

(7)

- ламинарного режима течения нефти

Миж= 0,283Яе^Рг£248, (8)

^МЯе"0-048

/

. '---"ж

н.ср

1.441 Р£ +1

ч10000^„

(9)

где Ыиж - критерий Нуссельта; Леж - критерий Рейнольдса при средней температуре нефти; Ргж - критерий Прандтля; /с - средняя температура стенки, °С; (11ср - средняя температура потока, °С; Рь - линейная мощность электроподогрева, идущая на нагрев нефти, Вт/м; ¿4, - внутренний диаметр трубы, м; рж - плотность нефти, кг/м3; уср -кинематическая вязкость нефти при средней температуре потока, м2/с.

Формулы (6) и (7) справедливы при 2850<11еж< 10000; 588,2 < Ргж < 5588,2 и 20 < Рь < 350. Формулы (8) и (9) справедливы при 400 <Яеж < 2000; 828,4 < Ргж < 20588,2 и 20 < Д < 350.

Среднеквадратичная погрешность расчета по приведенным формулам критерия Нуссельта для ламинарного потока составляет 1,7%, для турбулентного - 0,6%. Среднеквадратичная погрешность расчета по приведенным формулам величины ф для ламинарного потока составляет 2,5%, для турбулентного - 0,9%.

В четвертой главе приводится описание методики теплового расчета трубопровода, а также расчет экономической эффективности приведенных исследований.

На основе полученных уравнений теплообмена разработана методика теплового и гидравлического расчетов надземного или подземного трубопровода с заданием одного из граничных условий: либо постоянство выделяемой по длине трубопровода мощности системы электроподогрева, либо постоянство температуры стенки

по длине трубопровода. Методика позволяет найти требуемую мощность электроподогрева пристеночного слоя, общую мощность системы электроподогрева, толщину тепловой изоляции, гидравлические потери по длине трубопровода, а также оценить степень нагрева стенки трубы.

Исходными данными для расчета надземного трубопровода с условием постоянства выделяемой по его длине мощности электроподогрева являются: расход нефти вязкость у2о, плотность р20, удельная теплоемкость ср, теплопроводность X нефти; коэффициент крутизны вискограммы и; длина Ь, внутренний диаметр <Лт, трубопровода; толщина стенки трубопровода <5; температура окружающей среды /о; коэффициент теплоотдачи в окружающую среду а2\ температура нефти в начале /„ив конце 4 трубопровода.

Последовательность расчета следующая:

1) Определение линейной мощности системы электроподогрева Рд, идущей на нагрев нефти.

2) Определение режима течения нефти в зависимости от числа Рейнольдса Яеж.

3) Определение температуры стенки при средней температуре потока нефти по длине трубопровода.

4) Определение величины нормы теплового потока д согласно СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

5) Определение толщины тепловой изоляции 8из (м).

6) Определение мощности электроподогрева Р0 (Вт), идущей на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду.

7) Определение полной мощности системы электроподогрева.

В главе также выполнено технико-экономическое сравнение технологии транспортировки высоковязкой нефти с элекгроподо-гревом пристеночного слоя трубы и традиционной технологии предварительного подогрева всего объема перекачиваемой нефти. Применение предлагаемой технологии с попутным электроподогревом пристеночного слоя трубы, позволяет снизить денежные затраты на транспортировку высоковязкой нефти до 40%.

В заключении приводятся основные выводы и рекомендации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой предлагается решение актуальной научной задачи - разработка новых способов перекачки высоковязкой нефти по трубопроводу с пониженными по сравнению с традиционными способами энергетическими затратами.

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Выявлены зависимости, позволяющие определить мощность системы электроподогрева и соответствующую ей толщину тепловой изоляции при стационарном тепловом режиме работы неизотермического трубопровода. Зависимости представлены в виде специальных номограмм, формул и таблиц. На основе полученных зависимостей разработана компьютерная программа.

2. Проведен анализ особенностей формирования теплового пристеночного слоя потока высоковязкой нефти при различном расположении нагревательных элементов на поверхности трубопровода. Показано, что для эффективного создания теплового пристеночного слоя в трубопроводе необходимо применять спиральное расположение гибкого нагревательного элемента на поверхности трубы, либо крепление не менее трех линейно расположенных нагревательных элементов.

3. В программном комплексе АЫБУБ разработана компьютерная модель трубопровода, оснащенного системой электроподогрева. Сравнением данных, полученных с помощью компьютерной модели и натурной лабораторной установки, доказана возможность применения компьютерной модели трубопровода при инженерных расчетах.

4. Для внутритрубного ламинарного и турбулентного течения высоковязкой нефти получены критериальные уравнения, связывающие числа Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля, и уравнения, связывающие отношение температуры стенки трубопровода к средней температуре потока с числом Рейнольдса, мощностью системы электроподогрева, потраченной на нагрев нефти, и внутренним диаметром трубы. Среднеквадратичная погрешность расчета по данным уравнениям составляет не более 2,5%. На основе выведенных уравнений разработана методика расчета теплового и гидравлического режимов трубопровода.

5. Выполнено технико-экономическое сравнение технологии транспортировки высоковязкой нефти с электроподогревом пристеночного слоя трубы с традиционной технологией предварительного подогрева всего объема перекачиваемой нефти. Применение предлагаемой технологии по всем базовым экономическим показателям эффективнее по сравнению с традиционным предварительным подогревом нефти.

Наиболее значимые работы по теме диссертации:

1. Вишняков И.А. Применение программного комплекса ANSYS/FLUENT при анализе транспортировки аномальных нефтей обработанных ультразвуком / И.А. Вишняков, Е.И. Кра-нивский, М.В. Козачок // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2011. - Т.7. - с. 334-339.

2. Вишняков И.А., Крапивский Е.И. Об особенностях эксплуатации трубопровода, оснащенного системой электроподогрева // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГГУ, 2012. - Т.7. - с. 319-323.

3. Вишняков И.А., Крапивский Е.И. Выбор оптимальной модели турбулентности для гидродинамического расчета течения высоковязкой нефти в трубе с использованием программного комплекса ANSYS/FLUENT // Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов: материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Ухта: УГТУ, 2010. - с. 236-241.

4. Вишняков И.А. О возможностях термогидродинамического расчета надземного нефтепровода в программном комплексе ANSYS/FLUENT / И.А. Вишняков, Е.И. Крапивский, В.И. Климко // Рассохинские чтения: материалы межрегионального семинара. - Ухта: УГТУ, 2011.-с. 359-364.

5. Вишняков И.А. О путевом электрообогреве трубопроводов, перекачивающих вязкие нефти / И.А. Вишняков, Е.И. Крапивский, В.И. Климко // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: сборник докладов VII международной научно-технической конференции. - Новополоцк: ПТУ, 2011. - с. 276-281.

6. Вишняков И.А. О применении коаксиальных нагревателей в трубопроводном транспорте нефти / И.А. Вишняков, Е.И. Крапивский, В.И. Климко // Проблемы разработки и эксплуатации место-

рождений высоковязких нефтей и битумов: материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Ухта: УГТУ 2011 - с 168-171. ' '

7. Вишняков И.А., Крапивский Е.И. Об особенностях эксплуатации трубопровода, оснащенного системой электроподогрева // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М • МГГУ 2012.-Т.7.-с. 319-323.

РИЦ Горного университета. 08.05.2013. 3.254 Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Вишняков, Иван Александрович, Санкт-Петербург

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПЕРЕКАЧКИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ ПО ТРУБОПРОВОДУ С ЭФФЕКТОМ ПОДОГРЕВА ПРИСТЕНОЧНОГО СЛОЯ ПОТОКА

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

0420135^488

На правах рукописи

Вишняков Иван Александрович

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Е.И. Крапивский

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1 КРАТКИЙ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАНЕЕ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................................................13

1.1 Методы перекачки высоковязких нефтей и их теоретические основы..........13

1.2 Анализ существующих систем попутного обогрева труб................................18

1.3 Анализ методов расчета электроподогрева трубопроводов............................25

1.4 Ускоренные методы подборы мощности систем электроподогрева..............32

1.5 Критериальные уравнения теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубах......................................................................................................35

1.6 Постановка задач исследований.........................................................................44

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ НЕФТЕПРОВОДА, ОСНАЩЕННОГО СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА.......................................47

2.1 Новый метод подбора мощности электроподогрева трубопроводов.............47

2.2 Программа подбора мощности электроподогрева и толщины теплоизоляции трубопровода...............................................................................................................57

2.3 Анализ тепловых процессов в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева, с помощью программного комплекса ANS YS/FLUENT.......63

2.3.1. Компьютерное моделирование....................................................................63

2.3.2 Выбор модели турбулентности.....................................................................64

2.3.3 Анализ характера распределения температуры в потоке жидкости при электроподогреве трубы.........................................................................................68

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРУБОПРОВОДА, ВЫВОД

КРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА.....................................77

3.1 Экспериментальные исследования.....................................................................77

3.1.1 Общее описание экспериментальной установки........................................77

3.1.2 Определение вязкости рабочей жидкости...................................................81

3.1.3 Определение плотности рабочей жидкости................................................84

3.1.4 Результаты экспериментов............................................................................85

3.2 Исследования компьютерной математической модели трубопровода...........86

3.2.1 Постановка задачи..........................................................................................86

3.2.2 Обоснование возможности упрощения компьютерной модели................87

3.2.3 Сравнение лабораторной и компьютерной моделей трубопровода.........90

3.3 Вывод уравнений теплообмена при течении жидкости в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева................................................................94

ГЛАВА 4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДА, ОСНАЩЕННОГО СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВА......................................................................104

4.1 Описание предлагаемой методики...................................................................104

4.2 Технико-экономическое обоснование предлагаемой методики....................113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................120

ПРИЛОЖЕНИЕ А........................................................................................................131

ПРИЛОЖЕНИЕ Б........................................................................................................147

ПРИЛОЖЕНИЕ В........................................................................................................149

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

изоляции для поддержания стационарного теплового режима работы неизотермического трубопровода.

2. Выполнить анализ тепловых процессов при перекачке вязкой жидкости по трубопроводу, оснащенному системой электроподогрева стенки трубы.

3. Провести анализ работы компьютерной модели трубопровода, оснащенного системой электроподогрева пристеночного слоя нефти, в программном комплексе вычислительной гидродинамики АЫЗУБ и обосновать возможность применения данной модели при инженерных расчетах.

4. Получить зависимости, описывающие теплообмен при ламинарном и турбулентном режимах перекачки высоковязкой нефти по трубопроводу, оснащенному системой электроподогрева его стенки, и разработать методику теплового и гидравлического расчета трубопровода.

5. Выполнить технико-экономический анализ применимости разработанной методики теплового и гидравлического расчета трубопровода, оснащенного системой электроподогрева.

Идея работы

Расчет тепловых и гидравлических режимов трубопроводов, оснащенных системой электроподогрева их стенок, следует осуществлять с учетом особенностей формирования теплового пристеночного слоя потока высоковязкой нефти.

Научная новизна работы:

1. Обоснована возможность снижения энергетических затрат при транспортировке высоковязкой нефти по трубопроводу путем применения электроподогрева пристеночного слоя.

2. Получены формулы подбора требуемой мощности системы электроподогрева и минимальной толщины теплоизоляции в зависимости от разности температур перекачиваемой жидкости и окружающей среды и диаметра трубопровода.

3. Получены зависимости, описывающие тепловые процессы в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева и перекачивающем высоковязкую нефть при ламинарном и турбулентном режимах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Равномерный электроподогрев стенки трубопровода способствует формированию теплового пристеночного слоя нефти с вязкостью, меньшей вязкости ядра потока, что приводит к снижению гидравлических потерь при перекачке нефти.

2. При установившемся тепловом режиме трубопровода в зависимости от средней температуры нефти линейная мощность электроподогрева стенки трубы стандартного наружного диаметра определяется с помощью функций линейного или степенного вида со среднеквадратичной погрешностью не более 5%.

3. Теплообменные процессы в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева, описываются критериальным уравнением, связывающим числа Нуссельта ИиЖ1 Рейнольдса Яеж и Прандтля Ргж и уравнением, связывающим отношение температуры стенки трубопровода к средней температуре потока ?„.ср с числом Рейнольдса Яеж, мощностью системы электроподогрева / потраченной на нагрев нефти, и внутренним диаметром трубы с1вн.

Методика исследований

При проведении исследований применялся комплексный подход, объединяющий теоретические и экспериментальные методы исследований: планирование экспериментов, проведение испытаний на специализированных лабораторных установках, проведение численных экспериментов на компьютерных математических моделях трубопровода, построенных с использованием современных компьютерных программ, статистическая обработка результатов экспериментов.

Практическая ценность работы

1. Разработаны номограммы и получены формулы, позволяющие осуществить оценку требуемой мощности системы электроподогрева.

2. Разработана компьютерная программа, позволяющая рассчитать мощность электроподогрева и соответствующую ей толщину тепловой изоляции при стационарном тепловом режиме работы трубопровода.

3. На основе новых уравнений теплообмена разработана методика, позволяющая осуществлять тепловой расчет трубопровода, оснащенного системой электроподогрева пристеночного слоя.

4. Предложена установка для индукционного нагрева нефтепродуктов в трубе (заявка на изобретение №2012125704).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (г. Ухта, 2010 г.), межрегиональном семинаре «Рассохинские чтения» (г. Ухта, 2011 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано десять научных работ, две из которых в издании, входящем в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Личный вклад соискателя

Автором разработана и обоснована методика создания компьютерной модели трубопровода, оснащенного системой электроподогрева пристеночного слоя потока жидкости, в программном комплексе АЫ8У8/РШЕКТ; разработана схема экспериментальной установки и проведены лабораторные испытания; получены уравнения теплообмена для ламинарного и турбулентного режимов течения нефти в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева; на основе новых уравнений разработана методика теплового расчета трубопровода, оснащенного системой электроподогрева; получены номограммы и формулы для определения мощности системы электроподогрева и толщины тепловой изоляции трубопровода; написана компьютерная программа, позволяющая рассчитать

мощность электроподогрева и соответствующую ей толщину тепловой изоляции при стационарном тепловом режиме работы трубопровода.

Реализация результатов работы

Разработанная методика теплового расчета трубопровода, оснащенного системой электроподогрева пристеночного слоя, а также номограммы и формулы для определения мощности электроподогрева могут быть использованы на предприятиях нефтегазовой отрасли, осуществляющих транспорт высоковязких нефтей по магистральным, меж- и внутрипромысловым трубопроводам. Научные и практические результаты исследований могут быть внедрены в учебный процесс подготовки студентов, обучающихся по программам бакалаврской и магистерской подготовки, а также могут быть использованы аспирантами при исследовании физических процессов трубопроводного транспорта нефти и инженерно-техническими работниками при проектировании и эксплуатации трубопроводного транспорта нефти.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложена на 150 страницах текста, содержит 39 рисунков, 14 таблиц, список использованных источников из 112 наименований, 3 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Крапивскому Е.И., сотрудникам кафедры ПЭМГ Ухтинского государственного технического университета (г. Ухта), а также сотрудникам кафедры ТХНГ Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за обсуждение и помощь в подготовке диссертационной работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, приведена научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

Первая глава посвящена анализу существующих методов перекачки высоковязких нефтей по «горячему» трубопроводу, а также методов теплового расчета трубопроводов, оснащенных системой электроподогрева.

Научными исследованиями по проблемам трубопроводного транспорта высоковязких жидкостей с предварительным их подогревом в разное время занимались многие исследователи. Среди трудов, посвященных этому направлению, следует выделить работы JT.C. Абрамзона, В.М. Агапкина, P.A. Алиева, В.Е. Влюшина, А.К. Галлямова, H.A. Гаррис, В.Е. Губина, Ф. Джила, В.Н. Дегтярева, A.A. Коршака, J1.C Лейбензона, М.В. Лурье, В.И. Марона,

A.Х. Мирзаджанзаде, В.Ф. Новоселова, П.И. Тугунова, В.И. Харламенко,

B.И. Черникина, В.Г. Шухова, В.А Юфина, B.C. Яблонского и др.

Особенным видом подогрева высоковязких нефтей является попутный подогрев с помощью электронагревательных элементов, закрепленных на внешней поверхности стенки трубопровода. Среди научных трудов, посвященных использованию попутного подогрева, следует выделить работы П.М. Бондаренко, И.И. Еремина, Г.И. Иванова, В.В. Логинова, В.И. Марона, З.И. Фонарева, А.Ф. Юкина и др.

Выявлены особенности систем попутного электроподогрева по сравнению с традиционными системами предварительного подогрева нефти. Дана классификация известных систем электроподогрева трубопроводов с выделением преимуществ и недостатков каждой из них. Даны рекомендации по области применения каждой из рассмотренных систем электроподогрева.

Проведен анализ представленных в отечественной литературе методов теплового расчета трубопроводов, оснащенных системой электроподогрева. Рассмотрены основные преимущества каждого из методов.

Рассмотрены методы оценочного определения требуемой мощности системы электроподогрева при стационарном тепловом режиме и в случае разогрева трубопровода на заданную величину. Сделаны заключения о необходимости совершенствования данных методов расчета.

Проведен анализ встречающихся в зарубежной и отечественной литературе критериальных уравнений теплообмена при вынужденном движении жидкости в трубах. Указано, что критерий Нуссельта, вычисленный при одних и тех же исходных данных по обобщенным зависимостям, приводимым разными исследователями, может различаться в десятки раз. Кроме того, анализ показал, что все рассмотренные критериальные зависимости имеют свои границы применимости. Во многих научных работах вышеперечисленных исследователей, занимающихся вопросами попутного электроподогрева, предлагается использовать данные обобщенные критериальные зависимости. Таким образом, существует необходимость вывода критериальных уравнений применительно в поставленной задаче: описание тепловых процессов при течении высоковязкой нефти в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева его стенки. Также, существует необходимость создания методики теплового расчета трубопровода на основе полученных критериальных уравнений.

Во второй главе представлены теоретические исследования тепловых процессов, проходящих в трубопроводе, оснащенном системой электроподогрева.

Построены номограммы, позволяющие осуществить расчет требуемой мощности системы электроподогрева пристеночного слоя трубы в случае стационарного теплового режима работы трубопровода и перекачке нефти при максимально возможной ее температуре (70 °С). Номограммы построены для трубопроводов со стандартными наружными диаметрами.

Также для трубопроводов стандартных наружных диаметров были получены зависимости линейного и степенного вида требуемой линейной мощности электроподогрева от средней температуры нефти. Среднеквадратичная погрешность расчета по данным формулам не превышает 2%.

В рамках проводимого анализа и на основании того же алгоритма расчета требуемой мощности электроподогрева и толщины теплоизоляционного слоя трубопровода было создано компьютерное приложение, позволяющее получить данные значения без необходимости обращения к нормативным документам и номограммам.

В лицензионном программном комплексе ANS YS 13.0 проведен анализ характера распределения температуры в потоке высоковязкой нефти при различном количестве и расположении нагревательных элементов на поверхности трубы. Показано, что толщина теплового пог