石油和天然气行业经常使用管道仿真来模拟原油的流动。为了准确估计管道容量，必须考虑环境对管道的热影响以及环境温度如何影响油品特性。本博客介绍了如何通过将传热元件集成到管道流网中，以及使用新的工作液材料 Flownex 来模拟各种传热机制。
使用 Flownex 进行原油管道仿真
Flownex 专注于流体和热系统，为工程师提供设计和分析复杂管道的综合工具。它提供了一个用户友好的平台，用于模拟原油的流动，考虑压降和温度变化等因素，从而能够对真实世界的管道条件进行精确建模。Flownex 使用预定义和自定义组件来表示原油特性，从而复制管道中的流体行为。用户可以输入特定参数，例如管道尺寸，以模拟流动并确定在设计或操作阶段可能需要注意的区域。
下面是一个简单的图表，说明了将原油从海上运输到港口设施的过程。
Flownex 中用于模拟原油管道的流动网络包括从油轮到陆上储存设施，途经海上浮动码头和陆地上的增压泵站的管道路线。节点用于连接流动网络中的元素，也用于指定重要的地理管道信息，如海拔。接下来，用户输入原油的物理特性，如粘度和密度，然后输入管道规格，根据管道规格分配给各个管道，包括直径、长度、粗糙度、损失等。用户可以在设置操作条件（如温度和压力）后将泵和其他必要组件添加到模型中。
模拟热对原油材料特性的影响
我们可以使用 Flownex 来模拟环境热因素（如环境温度）如何影响管道中原油的性质以及管道内的流速。为此，我们需要创建一种新的自定义流体材料，该材料考虑了粘度等与温度相关的性质。我们将油粘度视为 v(T) = 2.064 - 0.006 T kg/ms 的线性函数，受环境温度 T 的影响。因此，油流速将取决于环境温度。
接下来，新的流体材料将被分配给流动元素之一，如管道（如图所示），然后它将被用作流动网络中输油管道每个组件的工作流体。
您可以通过点击本博文底部的链接找到另一个描述向 Flownex 添加新流体材料的详细信息的视频。
模拟输油管道沿线环境温度的影响
由于管道长度较长，环境温度对其运行有显著影响。我们可以通过加入传热元件来模拟管壁中的热传导和热惯性，从而增强当前的流动网络。将这些元件集成到流动网络中将能够预测真实的管道流速，从而实现高效可靠的设计。模拟结果为提高石油管道的性能提供了宝贵的见解。
流动网络中添加了三个复合传热元件，以考虑元件上游和下游的热传导和热对流。这些元件被放置在管道的三个重要部分：终端前、增压站前和储存设施前，如图所示。
在 Flownex 中完成稳态模拟后，您可以评估有无传热元件的原油管道的流量输送情况（如下图所示）。传热元件使输油管道具有更真实的容量，这对于存储设施的调度至关重要。Flownex 还提供其他信息，例如可用于优化管道性能的变量分布，例如整个管道中的油流速度和温度、压力和压力损失。
