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《东北石油大学》 2013年
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蒸汽管道保温材料与保温结构优化研究

刘承婷  
【摘要】:蒸汽吞吐与蒸汽驱热力采油方法是开采稠油的主要工艺技术,输汽系统在生产运行的各个环节中存在着不同程度的热能损失。调研数据表明辽河油田48条总长23km的地面输汽管线,地面输汽管线平均散热损失为298.0W/m~2,为国家标准允许最大热损失188W/m2的1.58倍,折算浪费成本600余万元/年,严重影响热采的经济效益。因此优选高效保温材料与保温结构,维持管输蒸汽的温度与干度,大幅改善稠油热采效果,提高稠油开采经济效益。 本文对蒸汽管线的常规保温材料及保温结构进行了室内实验评价,同时研制出新型胶凝保温材料,提出蒸汽管线主动加热保温结构,建立管线保温结构优化数学模型,给出高效保温材料与保温结构。主要开展以下6个方面工作: 1.分析评价现有的输汽管线保温状况,调研保温的薄弱环节和存在问题,为减少蒸汽输送和注入过程中的能量损失、提高注入井蒸汽干度、实施节能技改,提供依据和技术支持。根据注汽管线的工作特点和要求,建议采用绝热性能优良的隔热材料作为地面输汽管线的保温材料,并采用复合式保温结构,最大限度地降低输汽管线的热损失。 2.针对常规保温材料和气凝胶材料,进行导热性能、力学性能、微观特性评价的测试实验,筛选出优质保温材料。 3.目前采用的保温材料吸水性强、强度低,针对这一情况研制了一种憎水性强、高强度的保温材料。该材料是一种高铁铝低钙型固体粉料,在活化剂的作用下,它会与水发生化学反应而形成固化物,这种固化物在420℃高温的反复冲击下无裂缝,不开裂,强度和保温性能基本不降低。为了提高这种材料的隔热保温性能,在配料时掺入增孔剂,使其在固化的同时能在内部形成多孔结构,同时可实现材料容重的调控。 4.通过实验对保温结构的稳定性及隔热性进行评价,考虑粘结剂对保温层的影响,以及外护层材料的力学分析,优选出结构稳定、热流密度低、隔热效果佳的保温结构。 5.为充分利用太阳能,降低管线外壁空气对流换热,建立主动加热保温结构模型,并应用FLUENT软件对环境因素、不同保温材料、外界温度、夹层厚度以及夹层中介质的种类进行数值模拟,分析各因素对新型主动加热保温方式的保温效果的影响。 6.根据蒸汽管线保温结构优化数学模型,开发了管线优化保温设计运行管理软件。该软件可用于保温材料的选择,保温层厚度优化,为蒸汽管线保温施工和运行提供优化方案。
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TE934

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