作為我國(guó)四大能源戰(zhàn)略通道之一的中俄原油管道,為我國(guó)能源供應(yīng)提供了保障。中俄原油管道穿越了我國(guó)多年凍土地帶,目前的運(yùn)行溫度遠(yuǎn)高于原始設(shè)計(jì)油溫,預(yù)計(jì)之后還會(huì)上升到將近30oC。管道運(yùn)行油溫的升高會(huì)使周圍土壤發(fā)生融沉,管道的安全性面臨著極大考驗(yàn)。本文通過(guò)數(shù)值模擬的方法,利用FLUENT軟件建立了凍土區(qū)埋地輸油管道周圍溫度場(chǎng)模型,分別設(shè)定原始設(shè)計(jì)油溫、目前運(yùn)行油溫以及預(yù)計(jì)升高油溫三種條件,針對(duì)不同地表溫度、管道埋深、保溫層厚度以及凍土含水量分析了油溫升高的影響,利用融沉變形量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算了不同含水量?jī)鐾恋娜诔磷冃瘟�。同時(shí)利用ABAQUS軟件計(jì)算了升溫前后融沉作用下管道的應(yīng)變,基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)準(zhǔn)則,對(duì)油溫升高可能導(dǎo)致的管道失效進(jìn)行了分析。最后對(duì)管道設(shè)計(jì)應(yīng)變大于極限應(yīng)變的典型工況進(jìn)行熱棒防治凍害模擬,分析了凍害防治技術(shù)的有效性。研究表明:油溫升高對(duì)高溫凍土的擾動(dòng)作用更加明顯;埋深越大,油溫升高對(duì)周圍土壤融化圈的擴(kuò)展影響越大;保溫層較厚的管道可以更好地應(yīng)對(duì)管道運(yùn)行溫度升高造成的影響,較小厚度的保溫層在運(yùn)行后期的隔熱作用有限;含水量越低,凍土層融化深度的增大越明顯,油溫升高對(duì)管道周圍溫度場(chǎng)的影響范圍越大。針對(duì)融沉變形量超過(guò)極限融沉變形量情況,應(yīng)采取一定的措施防止凍害的發(fā)生。在管道兩側(cè)布設(shè)熱棒可以有效防止融化圈的擴(kuò)展,對(duì)管道的安全運(yùn)行提供保障。
【學(xué)位單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE973.91
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 概述
        1.1.1 課題來(lái)源
        1.1.2 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 凍土區(qū)埋地輸油管道周圍土壤溫度場(chǎng)研究
        1.2.2 凍土區(qū)融沉特征及凍害防治研究
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
第2章 凍土區(qū)埋地輸油管道周圍土壤溫度場(chǎng)模型
    2.1 管道周圍凍土溫度場(chǎng)模型的建立
        2.1.1 管道周圍凍土溫度場(chǎng)的幾何模型
        2.1.2 非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)控制方程
        2.1.3 溫度場(chǎng)模型基本參數(shù)
        2.1.4 溫度場(chǎng)模型邊界條件
    2.2 溫度場(chǎng)模型的初場(chǎng)
    2.3 溫度場(chǎng)模型的驗(yàn)證
    2.4 小結(jié)
第3章 凍土區(qū)埋地輸油管道溫度場(chǎng)影響因素分析
    3.1 地表溫度對(duì)溫度場(chǎng)的影響
    3.2 管道埋深對(duì)溫度場(chǎng)的影響
    3.3 保溫層厚度對(duì)溫度場(chǎng)的影響
    3.4 凍土含水量對(duì)溫度場(chǎng)的影響
    3.5 小結(jié)
第4章 埋地輸油管道油溫升高對(duì)凍土融沉影響分析
    4.1 不同地表溫度情況下油溫升高的影響
    4.2 不同管道埋深情況下油溫升高的影響
    4.3 不同管道保溫層厚度下油溫升高的影響
    4.4 不同含水量地段油溫升高的影響
    4.5 融沉變形量的計(jì)算
    4.6 小結(jié)
第5章 凍土區(qū)埋地輸油管道升溫的融沉風(fēng)險(xiǎn)分析及防治措施
    5.1 融沉作用下管道應(yīng)力應(yīng)變有限元分析模型
    5.2 基于應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)準(zhǔn)則的融沉位移作用下管道的安全評(píng)價(jià)
    5.3 凍土區(qū)埋地管道融沉凍害防治措施
    5.4 熱棒技術(shù)對(duì)降低管道融沉風(fēng)險(xiǎn)的有效性分析
        5.4.1 帶有熱棒的管道周圍土壤溫度場(chǎng)模型
        5.4.2 熱棒技術(shù)對(duì)防治凍害的有效性分析
    5.5 小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

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