Теплотехнический расчет трубопровода в условиях вечной мерзлоты
|
При эксплуатации подземных нефтепроводов, проложенных в криолитозоне, главную опасность представляет формирование вокруг них ореолов оттаивания грунта. Крупные включения подземного льда при оттаивании дают термокарстовые провалы и просадку грунта.
Без необходимых инженерных мероприятий это приводит к повреждению трубопровода и разливу нефтепродуктов. Ореол оттаивания, растущий в латеральном направлении, может быть также опасен и для объектов, находящихся рядом с трубопроводом: ЛЭП, притрассовые дороги и т.д. Моделирование и расчет тепловых процессов в грунтах Наилучшим способом оценки надежности инженерных мероприятий является компьютерное моделирование. При этом, для обеспечения высокой точности расчетов теплового взаимодействия нефтепровода и многолетнемерзлого грунта (ММГ) необходимо учесть ряд критичных для нефтепровода факторов:
В отличие от существующих на рынке программных средств, Frost 3D Universal от компании Simmakers, позволяет прогнозировать ореол оттаивания грунта вокруг нефтепровода с учетом всех вышеперечисленных параметров.
Применение Frost 3D Universal для расчета трубопровода ЗАО «Тюменьнефтегазпроект» Frost 3D Universal полностью отвечает запросам современных пользователей по таким показателям выполнения теплотехнических расчетов, как точность, скорость и презентабельность результатов.
Расчет теплового взаимодействия нефтепровода и ММГ в программе Frost 3D UniversalПостановка задачи Рассчитать развитие ореола оттаивания при тепловом взаимодействии нефтепровода и ПЖЛ для участка трассы магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан» (МН ВСТО-1) в течение 2-ух лет с сентября 2011 г.
Участок нефтепровода ВСТО-1. В пределах рассматриваемого участка присутствуют многолетнемерзлые породы со средней температурой –1.1oС. В них содержатся залежи подземных льдов мощностью до 4 м. Цель Определить геокриологическую опасность, численно выраженную величиной ореола оттаивания для подземного нефтепровода, залегающего в грунтах с ПЖЛ. Новизна Впервые численно в трехмерной постановке оценен ореол оттаивания вокруг нефтепровода, залегающего в грунтах с повторно-жильными льдами, с учетом многих факторов одновременно: изменяющихся во времени метеорологических условий, скорости и температуры прокачиваемой нефти, толщины и типа теплоизоляции трубы, конструктивных особенностей траншеи, в которой размещен нефтепровод. Используемая математическая модель и численный метод Для решения задачи было использовано нелинейное уравнение теплопроводности. Более подробно о решении уравнения можно узнать в разделе «Компьютерное моделирование искусственного замораживания грунтов». Численное моделирование ореола оттаивания Расчет был выполнен для следующей конфигурации: трубопровод проходит вдоль решетки ПЖЛ.
Конфигурация взаимного расположения нефтепровода и решетки ПЖЛ
Учитывались следующие геометрические параметры:
Дискретизация области моделирования производилась на гексаэдрическую расчетную сетку, состоящую из 2 905 980 узлов. Теплофизические характеристики инженерно-геологических элементов (ИГЭ) вокруг траншеи с нефтепроводом были заданы согласно таблице ниже:
Для повторно-жильных льдов задавалась теплоемкость, равная 1860 кДж/(м3∙К), а теплопроводность — 2.25 Вт/(м∙К).
Предполагалось, что нефть перекачивается по трубе при температуре +8oС, а средняя скорость ее прокачки составляет 30 тонн в год. Результаты моделирования По расчетам за 2 года установлено, что максимальное оттаивание грунта вокруг нефтепровода формируется в направлениях, в которых отсутствует теплоизолятор, и не превышает 0.9 м. Амплитуда годовых колебаний температурного поля в грунте в окрестности трубопровода варьируется в пределах 3–5oС.
В данном случае необходимо было получить результаты за 2 расчетных года, в то время как программный комплекс Frost 3D Universal позволяет прогнозировать дальнейшее развитие ореола оттаивания на 5, 10 и 30 лет вперед.
Трехмерное температурное поле, рассчитанное в программе Frost 3D Universal
Результаты расчета теплового поля в виде изолиний температур в поперечном сечении моделируемой области в августе
Результаты 3D-моделирования ореола оттаивания вокруг нефтепровода в многолетнемерзлом грунте
Ореол оттаивания грунта вокруг нефтепровода в сечении YZ в августе
Ореол оттаивания грунта вокруг нефтепровода в сечении YZ в январе
Стоит также отметить, что тепловое влияние нефтепровода не привело к таянию ПЖЛ под ним. Это обстоятельство связано с тем, что трубопровод располагается в траншее с техногенным грунтом, из которой удалили подземный лед и разместили теплоизоляционный материал. Вам также может быть интересно: Актуальность искусственного замораживания грунтов
|
Примеры других расчётов:
