蒸汽管道保溫材料與保溫結構優化研究

【資料簡介】

蒸汽吞吐與蒸汽驅熱力采油方法是開采稠油的主要工藝技術，輸汽系統在生產運行的各個環節中存在著不同程度的熱能損失。調研數據表明遼河油田48條總長23km的地面輸汽管線，地面輸汽管線平均散熱損失為298.0W/m~2，為國家標準允許zui大熱損失188W/m2的1.58倍，折算浪費成本600余萬元/年，嚴重影響熱采的經濟效益。

因此優選保溫材料與保溫結構，維持管輸蒸汽的溫度與干度，大幅改善稠油熱采效果，提高稠油開采經濟效益。 本文對蒸汽管線的常規保溫材料及保溫結構進行了室內實驗評價，同時研制出新型膠凝保溫材料，提出蒸汽管線主動加熱保溫結構，建立管線保溫結構優化數學模型，給出保溫材料與保溫結構。

主要開展以下6個方面工作：

1.分析評價現有的輸汽管線保溫狀況，調研保溫的薄弱環節和存在問題，為減少蒸汽輸送和注入過程中的能量損失、提高注入井蒸汽干度、實施節能技改，提供依據和。根據注汽管線的工作特點和要求，建議采用絕熱性能優良的隔熱材料作為地面輸汽管線的保溫材料，并采用復合式保溫結構，zui大限度地降低輸汽管線的熱損失。

2.針對常規保溫材料和氣凝膠材料，進行導熱性能、力學性能、微觀特性評價的測試實驗，篩選出保溫材料。

3.目前采用的保溫材料吸水性強、強度低，針對這一情況研制了一種憎水性強、高強度的保溫材料。該材料是一種高鐵鋁低鈣型固體粉料，在活化劑的作用下，它會與水發生化學反應而形成固化物，這種固化物在420℃高溫的反復沖擊下無裂縫，不開裂，強度和保溫性能基本不降低。為了提高這種材料的隔熱保溫性能，在配料時摻入增孔劑，使其在固化的同時能在內部形成多孔結構，同時可實現材料容重的調控。

4.通過實驗對保溫結構的穩定性及隔熱性進行評價，考慮粘結劑對保溫層的影響，以及外護層材料的力學分析，優選出結構穩定、熱流密度低、隔熱效果佳的保溫結構。

5．為充分利用太陽能，降低管線外壁空氣對流換熱，建立主動加熱保溫結構模型，并應用FLUENT軟件對環境因素、不同保溫材料、外界溫度、夾層厚度以及夾層中介質的種類進行數值模擬，分析各因素對新型主動加熱保溫方式的保溫效果的影響。 

6.根據蒸汽管線保溫結構優化數學模型，開發了管線優化保溫設計運行管理軟件。該軟件可用于保溫材料的選擇，保溫層厚度優化，為蒸汽管線保溫施工和運行提供優化方案。