冷热原油顺序输送管内混油特性数值模拟.pdf

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1、第39卷第1期当代化工Vo1．39，No．12010年2月ContemporaryChemicalIndustryFebruary，2010冷热原油顺序输送管内混油特性数值模拟术吴玉国，一，陈保东，李小玲z(1．中国石油大学储运与建筑工程学院，山东青岛266555；2．辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺l13001)摘要：针对冷热原油顺序输送工艺，在已有混油理论基础上，建立了冷热原油顺序输送混油计算的数学模型，采用有限容积法进行了数值求解，对水平和竖直管内的混油特性进行了数值模拟和分析研究。结果表明，在水平管段，重力方向与

2、管道轴向垂直，导致混油浓度在径向分布不对称；在竖直管段，重力方向与管道径向垂直，重力作用不会使得混油浓度在径向分布不对称，但在竖直管段，密度大的油品在上方时，混油量相对较大。关键词：冷热原油顺序输送；混油；有限容积法；数值模拟中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：1671—0460(2010)01—0041—04我国进口原油逐年增多，由于进口原油油品用比较广泛的一种简化方法是Reynolds平均法。物性较好，可实现常温输送，而国产原油凝点较冷热原油顺序输送混油计算的时均方程组建立高，需要加热输送，为了不影响炼制加工品的品如下

3、[3‘7]：质，对不同种类的原油应分储分输，因此国产原连续性方程：油与进口原油的顺序输送又是一个冷热原油交塑t+∑Ox：0(＼1)，0替输送的过程【1-2]。这一过程会带来诸如混油、交Reynolds方程：变温度场、管道疲劳寿命等一系列的问题。本文+=一针对冷热原油顺序输送工艺，建立了冷热原油顺考+雾一丽](2)序输送混油浓度计算数学模型，以Phoenics软件质量输运方程：为平台，采用有限容积法进行了数值求解，对水4oc)St+=P，『jrl(c)Ox，一1f(一3)平管、竖直管内的混洫隋况进行了数值模拟。能量方程：1数学模型及求

4、解方法c+一(4)1．1控制方程组式中：蕾一空间坐标；湍流状态下，速度等流动特性都随机变化，一Ui、面一空间时均速度分量；流动是不稳定的。即使是边界条件保持不变，流“、“一脉动速度分量；体流动过程中的物理量还是有很强的脉动性。这P一密度；种脉动给计算带来了很大的困难。但通过某些数P一压力；值方法对其进行模拟，可以取得与实际比较吻合一层流动力粘度；c一后行油品的脉动浓度和体积时均浓度；的结果。目前比较常用的是非直接数值模拟方丁一脉动温度和时均温度；法，该方法不直接计算湍流的脉动特性，而是设(c)一层流Schmidt数；法对湍流作某种程

5、度的近似和简化处理。目前应Cr定压比热容：基金项目：辽宁省教育厅项目(2009R37)收稿日期：2010一Ol—O1作者简介：吴玉~(1977一)，男，辽宁葫芦岛人，讲师，博士研究生，从事油气储运技术研究。E—mail：wyg0413@126．tom。42当代化工第39卷第1期一流体的传热系数。庆油密度：若使方程组得以封闭，须把紊流相关量：0．8607—6．9318x10一(f一20)(6)俄油密度：和确定。这需要借助于紊流模型，紊流模型=0．8393—7．2132×10(f一20)(7)采用K—模型。以上两式中：t,p～油品温度(

6、℃)和该温度1．2初始条件和边界条件下油品的密度(kg／m)。初始条件：管内充满前行油品且达到稳定状2．2．2粘度设置态。混油粘度采用双对数模型进行计算[3】。人口边界：人口速度在入口截面上均匀分布lglg／z=Clglg／-tH+(1-c)lglg／z(8)且垂直于所在的面。式中：、一A油、B油和混油的动力粘管壁内表面：在管道内壁面上，对速度、压力度。使用无滑移边界条件，对K、设为零。庆油和俄油的粘温关系根据实测数据[81利用近壁区域：在离壁附近网格点上，平行于壁SigmaPlot软件回归得到：面的速度和紊流动能(，)由对数函数确

7、定。庆油动力粘度：出口边界：假定出口截面上的节点对第一个In=A(Al-一43．0186，B=12613．1168)(9)内节点无影响，令边界节点对内节点的影响系数俄油动力粘度：为零。即把出口规定为自由出口，物理量的条件ln／z：A+号(A=一13．3853，B=2506．4641)(10)按坐标局部单向化方式处理，不规定任何边界条以上两式中：T4z一油品温度(K)和该温度件。下油品的动力粘度(Pa·S)。、2数学模型的求解3混油模拟结果与分析2．1数值计算方法3．1水平直管情况进行CFD计算之前，还需要把计算区域离散管径为1m，管

8、长20m，人口流速为1m／s，化，即生成网格。然后将简化处理过的控制方程20℃俄油先行，60℃庆油后行。在网格上离散。对于瞬态问题，还需要涉及时间图l描述的是前行俄油与后行庆油在界面域的离散。Phoenics软件采用的是有限体积法。基