深水采油树过油管道热固耦合分析
刘昌领，罗晓兰1，叶道辉”，段梦兰
设计与研究
（1.中国石油大学（北京）海洋油气研究中心，北京102249；2.江汉石油钻头股份有限公司，湖北武汉430223）
Coupling Analysis of Thermalstructure Interaction of theOilPipeof theDeep
Water's Christmas Tree
(1. Offshore Oil and Gas Research Center,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;2. Kingdream
Public Limited Company, Wuhan 430223,China)
摘要：针对某1500m水深的采油树上的过油管道建立有限元热应力计算模型，进而对采油树过油管道进行由温度到结构的热固耦合有限元分析。分析结果表明，与管道内、外压力差所产生的应力相比，过油管道的热应力是内、外压力所引起应力的 92.95倍。因此，采油树上的过油管道必须进行保温设计。通过计算，保温设计后的热应力减小了 62.53%，满足了工程设计的需要。
关键词：输油管道：热固粮合：保温
中图分类号：TE973 文献标识码：A
文章编号：10012257(2013)12-0003-05
Abstract: In this article, the thermal stress model of pipe of the Christmas tree with the depth of 1500 was formed by thermal theory and FEA. Then the thermal - structure interaction anlysis of the pipe was operated. The thermal structure in teraction means the temperature added to the structure. And the result shows that compared to the stress generated by inner pressure and outer pressure of the pipe, the thermal stress is 92. 95 times it, So the temperature insulation of the oil pipe must be operated. After the temperature insu-lation of the pipe was calculated, The result shows that compared to the pipe without temperature in sulation, the stress of the pipe with temperature insulation is reduced by 62. 53%,which meets the needs of the engineer design.
Key words: oil pipeline; thermal structure in-收稿日期：2013-04-07
基金项目：国家"人六三"计刘资助项目（2012AA09A205）《机械与电子》2013(12）
teraction;temperature insulation
引言 o
深水油田里的原油经过采油树输油管道的输送到达管汇中心，进而通过海底管线输送至海面上的储油设备。采油树输油管道的安全运行对于原油的输送意义重大，参考文献[1一4]指出由于管道设计不合理、机械损伤和介质腐蚀等造成的管道强度不够，从而导致原油泄露等问题时有发生。CarreD 和O'SullivanJs认为设计采油树所面临最大的间题就是热绝缘保温设计，并采用ANSYS软件计算输流管道的温度分布，将数值计算结果与试验结果相对照，但是没有对管道的热固耦合问题进行研究； PerOlaf Queseth和AndyDyson对HTHP深水采油树发展的关键问题做了简要阐述，通过 ABAQUS软件对采油树做了较为简单的热力学计算，但是由于简化太多，所得的结果不准确；Aarnes KA等7对减少水下采油树等设备的水合物堵塞进行了热绝缘研究，并且提出了水下采油树的绝缘材料，但是未对采油树的管道进行保温设计。
对于输送原油的高温高压管道，温度对管道强
度的影响很大。实际上温度不仪影响材料的力学性能，而且由于管道内外壁的温差大，导致管道上产生过大的热应力，具体表现为：由于管道内壁温度高于管道外壁温度，内侧材料的自由热膨胀变形大于外侧，但内侧变形受到外侧材料的限制，因此讨论离温对管道强度的影响，先从理论上讨论三向热应力的分布规律，进而对管道进行热-固耦合分析，针对热应力过大的问题，提出采取保温措施，在此基础上对保温管道进行热-固耦合分析。
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