Документация Engee
Notebook

Расчет трубопровода для транспортировки нагретой нефти

Проект демонстрирует влияние термодинамических процессов на температуру участка подземного трубопровода, предназначенного для транспортировки подогретой нефти.

Описание задачи

Основное требование к системам транспортировки нефти — обеспечение непрерывного и стабильного потока путем поддержания параметров (в частности температуры в трубопроводе) на уровне, значительно превосходящем температуру застывания. Более обширное исследование на тему оптимизации этой системы (диаметров трубопровода) приведено в работе [1].

Для прогноза температуры на выходе из трубопровода мы построили модель с использованием библиотеки блоков Теплопроводящая жидкость (TL, Thermal Liquid). Термодинамические свойства сырой нефти хранятся в матрицах, заданных в качестве параметров блока Thermal Liquid Properties, параметры трубопровода заданы в Обратных вызовах модели, а также могут быть загружены из JLD файла:

In [ ]: 
Pkg.add("JLD2")
In [ ]: 
using JLD2
@load "CrudeOilProperties.jld2";

Описание модели

Модель трубы для транспортировки нагретой нефти включает в себя

  • модели двух резервуаров на входе и выходе (с атмосферным давлением и заданной температурой и сечением выхода из резервуара),

  • насос постоянного расхода,

  • две модели учета теплопроводности (между нефтью и материалом трубы и между трубой и грунтом),

  • модель температуры грунта

  • и модель трубопровода (1000 м со стандартными параметрами).

image.png

Запустим эту модель при помощи командного управления:

In [ ]: 
engee.open("pipeline-geometry-for-heated-oil-transportation.engee")
data = engee.run("pipeline-geometry-for-heated-oil-transportation")
Out[0]:
SimulationResult(
    "Перед трубопроводом" => WorkspaceArray{Float64}("pipeline-geometry-for-heated-oil-transportation/Tup/Перед трубопроводом")
,
    "После трубопровода" => WorkspaceArray{Float64}("pipeline-geometry-for-heated-oil-transportation/Tdown/После трубопровода")

)
In [ ]: 
plot( data["Перед трубопроводом"].time, data["Перед трубопроводом"].value,
      label="Перед трубопроводом", lw=2 )
plot!( data["После трубопровода"].time, data["После трубопровода"].value,
      label="После трубопровода", lw=2 )
plot!( title="Динамика охлаждения нефти на выходе трубопровода", titlefont=font(12),
       xlabel="Время, c", ylabel="Температура, К", legend=:right)
Out[0]:

При прохождении 1000 м трубопровода заданной геометрии с заданными параметрами потерь тепла, температура нефти упала лишь на 0.02 градуса.

Заключение

Запуская эту модель с разными параметрами мы можем подобрать оптимальный диаметр трубы, при котором нефть не остывает слишком сильно на указанном участке (1000 м). Это важно, чтобы избежать застывания и обеспечить стабильную перекачку без лишних затрат на подогрев. Такой подход позволяет проектировать более экономичные и надежные трубопроводы, заранее оценивая разные варианты без дорогостоящих экспериментов.

Библиография

  1. Probert S. D., Chu C. Y. Optimal pipeline geometries and oil temperatures for least rates of energy expenditure during crude-oil transmission //Applied Energy. – 1983. – Т. 14. – №. 1. – С. 1-31.

Блоки, использованные в примере