РАСЧЕТ СБАЛАНСИРОВАННОГО ТЕПЛООБМЕНА НЕФТЕПРОВОДА В МЕРЗЛОТЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА ОРЕОЛА ПРОТАИВАНИЯ

Н. А. Гаррис, А. И. Русаков, А. А. Лебедева

Аннотация


В статье представлены аналитическое решение и расчетные форму- лы, позволяющие выполнить практические расчеты по определе- нию радиусов ореола протаивания и теплового влияния вокруг подземного нефтепровода в многолетнемерзлом грунте. Задача является актуальной, так как при проектировании нефтепро- водов в мерзлых грунтах возникает необходимость в выполнении расчетов, связанных с тепловым и механическим взаимодействием трубопровода и многолетнемерзлого грунта. Определение радиуса ореолов протаивания вокруг трубопровода в таких расчетах являет- ся необходимым, поскольку теплофизическое состояние и характе- ристики грунта в пределах ореола протаивания и зоны теплового влияния существенно отличаются от характеристик мерзлого мас- сива грунта. Следовательно, расчет теплообмена трубопровода с протаивающим мерзлым грунтом может быть сделан только при выполнении условия сопряжения решений «внутренней» и «внеш- ней» задач теплообмена. Поставленная задача решена как сопряженная для случая изотерми- ческой перекачки нефти с положительной балансовой температурой, превышающей температуру вмещающего мерзлого грунта на глуби- не заложения трубопровода в ненарушенном тепловом состоянии. Использование модели эквивалентной теплопроводности и условия сопряжения на контуре трубы в виде уравнения теплового баланса позволило получить достаточно простое решение. Полученные формулы позволяют рассчитать температурный режим трубопрово- да и определить радиусы ореолов протаивания и теплового влияния во вмещающем мерзлом грунте, не прибегая к использованию чис- ленных методов. На примере показано, что ореол протаивания можно ограничить и снизить до минимума прогрессирующее таяние грунта под трубо- проводом как без тепловой изоляции, так и вокруг теплоизолиро- ванного трубопровода. Использование теплоизоляции расширяет предел применимости способа изотермической перекачки нефти в мерзлоте.

Ключевые слова


радиус ореола протаивания;зона теплового влияния;подземный нефтепровод;мерзлый грунт;изотермическая перекачка;балансовая температура;тепло трения;thawing halo radius;zone of thermal influence;underground pipeline;frozen soil;isothermal oil transfer;balance temperature;frictional heat;

Полный текст:

PDF

Литература


Гаррис Н.А., Хузина А.Ф., Русаков А.И. Тепло- вой режим нефтепроводов грунтах с нарушенной структурой // Нефтегазовое дело. 2017. Т. 15. № 4. С. 125 - 130

Гаррис Н.А., Акчурина Э.А., Кутлыева З.Р. Учет тепла трения при расчете режима регулируемого теплообмена нефтепровода с мерзлым грунтом // Нефтегазовое дело. 2017. Т. 15. № 1. С. 108 - 113

Ершов Э.Д. Теплофизические свойства горных пород. М.: Изд-во МГУ, 1974. 203 с

РД 39-30-577-81. Методика теплового и гидрав- лического расчета трубопроводов при стационарной перекачке ньютоновских нефтей с учетом тепла трения. Тюмень: Тюм. фил. ин-та «Гипротрубопровод», 1981. 91 с

РД 39-30. Методика расчета нестационарных технологических режимов работы магистральных трубопроводов при различных способах прокладки их в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1983. 40 с

ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ, 2013. 44 с

Зотов М.Ю., Ушаков И.В., Димов И.Л., Олей- никова А.О. Опыт применения программных комплексов для расчета напряженно-деформированного состояния нефтепроводов, прокладываемых на вечномерзлых грунтах // Наука и технология трубопроводного тран- спорта нефти и нефтепродуктов. 2012. № 2. С. 61 - 65

Гаррис Н.А., Акчурина Э.А., Русаков А.И. Соп- ряженная задача регулируемого теплообмена нефте- провода в многолетнемерзлых грунтах // Нефтегазовое дело. 2018. Т. 16. № 1. С. 54 - 61

Гаррис Н.А. Эксплуатация нефтепродуктопро- водов в различных температурных режимах и загрузках при условии сохранности окружающей среды: дис. ... д-ра техн. наук. Уфа, 1998. 384 с

СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. М.: Минрегион России, 2012. 123 с

СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы техно- логического проектирования магистральных газо- проводов. М.: ОАО «Газпром», 2006. 205 с

РД 39-0147103-386-87. Выбор расчетных значений коэффициента теплопроводности грунта при проектировании трубопроводов. 1987. 26 с

Русаков А.И., Гаррис Н.А. Расчет температур- ного режима нефтепровода в мерзлых грунтах с учетом ореола протаивания // Трубопроводный транспорт - 2018: тез. докл. XIII Междунар. учеб.-науч.-практ. конф. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018. С. 411 - 413

Глушков А.А., Гаррис Н.А. Энергосбережение при трубопроводном транспорте высоковязких нефтей // Нефтегазовое дело. 2007. Т. 5. № 1. С. 99 - 103

Глушков А.А. Транспортировка высоковязкой нефти по магистральному нефтепроводу с исполь- зованием тепловых насосов: дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2009. 137 с




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2018-5-73-80

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2018 Н. А. Гаррис, А. И. Русаков, А. А. Лебедева

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

УФА, УГНТУ, 2017