Conjugate Problem of Controlled Heat Exchange of Oil Pipeline in Permafrost

Abstract

При решении задач теплообмена подземного трубопровода, проложенного в мерзлых грунтах, большое внимание уделяется расчету ореолов протаивания вокруг трубопровода, так как в результате оттаивания грунта, особенно слабонесущего, происходит осадка или всплытие трубопровода. Изменение положения оси приводит к потере устойчивости трубопровода и возникновению аварийной ситуации. Очевидно, что прогрессирующее таяние вмещающего грунта свидетельствует о недостаточно продуманном техническом решении и необоснованном регламенте эксплуатации нефтепровода по температуре и производительности. При расчете теплогидравлических режимов «теплых» трубопроводов задачи теплообмена трубопровода, по которому перекачивается жидкая среда, с многолетнемерзлыми грунтами в режимах протаивания-промерзания необходимо формулировать как сопряженные. При такой постановке учитывается взаимное тепловое влияние жидкости и грунта, тогда как в противном случае теплообмен оказывается не зависящим от теплофизических свойств грунта, распределения источников тепла в грунте и т.д. С целью определения такого теплогидравлического режима перекачки, при котором обеспечивается сохранность окружающей среды и самого трубопровода, была решена сопряженная задача регулирования теплообмена системы «насос-нефтепроводмноголетнемерзлый грунт» при условии ограничения радиуса ореола протаивания R 0 в пределах R 0min …R 0max. В этом случае при определенном сочетании параметров возможна ситуация, когда теплопотери равны тепловыделению вследствие вязкого трения, и перекачка в таком случае характеризуется изотермичностью течения при балансовой температуре, превышающей температуру окружающей среды. Именно изотермический низкотемпературный режим можно считать целесообразным в условиях мерзлых грунтов, так как такой режим является экономически выгодным вариантом эксплуатации нефтепровода.

Experimental study of pipeline movements in permafrost soils

“…При технологической необходимости изменения температуры продукта проводится аналитическое исследование о возможности повышения температуры с точки зрения недопущения критического НДС, и далее данные датчиков считываются на всем периоде эксплуатации для динамического пересчета НДС трубопровода. Влияние внешних факторов на температуру грунта подробно изучено в работах [5,11,12]. 2) Температура контролируется терморезисторами, относительная погрешность которых составляет δ=1%.…”