«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Квазистационарная теплогидравлическая модель нефте- и нефтепродуктопроводов

УДК: 621.644
DOI: -

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия
² Газпром промгаз, Видное, Россия

Ключевые слова: математическое моделирование, нефте- и нефтепродуктопроводы, распределение температуры, квазистационарная модель, итерационные методы

Аннотация:

Статья является продолжением работы [1]. Общая тема обеих публикаций – алгоритм расчета (моделирования) течений жидкости по трубопроводной системе произвольной конфигурации при штатных, достаточно медленных изменениях параметров течения. Построенная в этих предположениях модель течения названа квазистационарной. Она с высокой степенью адекватности отражает специфику систем нефтеснабжения. Разработанный алгоритм является итеративным. В рассмотрение сначала вводятся соотношения, следующие из законов количества движения и сохранения массы. Этому посвящена первая часть статьи. В некоторых ситуациях такая модель оказывается достаточной для получения требуемых результатов. Однако когда на процесс течения существенно влияет изменение температуры флюида, к модели требуется добавить закон сохранения энергии. В алгоритме это достигается введением еще одного, внешнего по отношению к прежним, итерационного цикла. В изотермической постановке разработанная методика может оказаться полезной для исследования "холодных" нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, а также для систем водоснабжения, когда в трубопроводы с той или иной целью одномоментно или неоднократно вводится присадка. Для моделирования же нефтепроводов с подогревом и систем теплоснабжения изотермические постановки не годятся. В настоящей статье рассматриваются неизотермические квазистационарные процессы. Квазистационарная модель базируется на предположениях, которые сводят к минимуму использование традиционного аппарата механики сплошной среды – уравнений в частных производных. Одно из этих предположений состоит в том, что зона смешения на границах партий транспортируемых продуктов мала по сравнению с самими партиями и в одномерной модели течения ее можно представлять точкой. Предлагаемую методику естественно рассматривать как обобщение методов теории гидравлических цепей на некоторый класс нестационарных процессов.

Список литературы:

1. Сухарев М.Г., Южанин В.В. Квазистационарная гидравлическая модель течений в нефте- и нефтепродуктопроводах // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2023. – № 10(603). – С. 59–69. – DOI: 10.33285/2782-604X-2023-10(603)-59-69
2. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. – М.: Наука, 1985. – 278 с.
3. Сухарев М.Г., Самойлов Р.В. Анализ и управление стационарными и нестационарными режимами транспорта газа. – М.: Издат. центр РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2016. – 399 с.
4. Лурье М.В. Теоретические основы трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. – М.: Недра, 2017. – 477 с.
5. Modisette J. Pipeline Thermal Models // PSIG Annual Meeting, Portland, Oregon, Oct. 23–25. – 2002. – Paper No. PSIG-0204.
6. Сухарев М.Г., Южанин В.В. Моделирование системы нефтеснабжения как проблема теории гидравлических цепей // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2021. – № 3(572). – С. 40–51. – DOI: 10.33285/0132-2222-2021-3(572)-40-51
7. Лурье М.В., Чупракова Н.П. Нестационарные режимы работы "горячего" нефтепровода с учетом теплового поля окружающего грунта // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2021. – Т. 11, № 3. – С. 276–283. – DOI: 10.28999/2541-9595-2021-11-3-276-283
8. Лурье М.В., Чупракова Н.П. Метод расчета времени безопасной остановки "горячего" нефтепровода // Территория Нефтегаз. – 2019. – № 7-8. – С. 68–74.
9. Bennett J.A., Garcia-Hernandez A., Alvarado A. From Pipelines to Manifolds: Practical Considerations for Modeling Liquid Systems // PSIG Annual Meeting, Vancouver, British Columbia, May 10–13. – 2016. – Paper No. PSIG-1607.
10. Important Aspects of Gas Temperature Modeling in Long Subsea Pipelines / J. Ramsen, S.-E. Losnegård, L.-I. Langelandsvik [et al.] // 40th PSIG Annual Meeting, Galveston, Texas, USA, May 12–15. – 2009. – Paper No. PSIG-0901.
11. Chertkov M., Novitsky N.N. Thermal Transients in District Heating Systems // Energy. – 2019. – Vol. 184. – P. 22–33. – DOI: 10.1016/j.energy.2018.01.049
12. Barros D., Cathcart B., Tawney E. Ambient Ground Temperature and Heat Transfer Coefficient Derivation Method for Use in Hydraulic Modeling // PSIG Annual Meeting, San Antonio, Texas, May 5–8. – 2020. – Paper No. PSIG-2002.
13. Vostry Z., Styblo M. Gas Network Simulation and Uncertainty of Pipe Leg Surroundings Parameters // PSIG Annual Meeting, Galveston, Texas, USA, May 12–15. – 2009. – Paper No. PSIG-09A3.
14. Новицкий Н.Н. Оценивание параметров гидравлических цепей. – Новосибирск: Наука, 1998. – 214 с.
15. Sukharev M.G., Kulalaeva M.A. Identification of Model Flow Parameters and Model Coefficients with the Help of Integrated Measurements of Pipeline System Operation Parameters // Energy. – 2021. – Vol. 232. – DOI: 10.1016/j.energy.2021.120864
16. Christie B. Analysis of the Frictional Heating Effect in Pipelines // PSIG Annual Meeting, Calgary, Alberta, Oct. 23–26. – 2007. – Paper No. PSIG-0702.