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低輸量條件下埋地熱油管道溫降規(guī)律研究

更新時間：2020-07-19　點擊量：1228

允許的低熱油管道的的輸油溫度和停輸時間，管道的停輸過程以及再啟動過程都會影響到低于低輸量運行的管道的生產運行。因此，研究低輸量條件下埋地熱油管道溫降規(guī)律，對于節(jié)能降耗和管道的安全運行具有重要意義。

　　1 引言埋地低輸量熱油管道，準確計算因維搶修而造成的允許停輸時間，有利于為安全生產提供依據。允許的低熱油管道的的輸油溫度和停輸時間，管道的停輸過程以及再啟動過程都會影響到低于低輸量運行的管道的生產運行。因此，研究低輸量條件下埋地熱油管道溫降規(guī)律，對于節(jié)能降耗和管道的安全運行具有重要意義。

　　如油庫原油外輸管道，在冬季低溫運行時停輸，過長的停輸時間會因此而不能夠恢復正常生產。因此，分析研究油庫冬季環(huán)境運行參數是有必要的。

　　埋地熱油管道受土壤自然溫度場以及管內油溫的作用，正常運行時，準周期溫度場存在于管外土壤中。另外，季節(jié)對管內油溫與管道的保溫狀況以及管外土壤溫度場的蓄熱量產生影響。管外土壤溫度和管內油溫，停輸后的管道，輸油溫度隨著停輸時間的延長，從管內會向管外散熱，管外的土壤溫度會向周圍環(huán)境散熱，從而造成油溫下降。

　　正常運行的油管道內的油溫下降規(guī)律符合蘇霍夫公式，呈指數規(guī)律下降。管道停輸后，溫降幅度，隨著管內油溫與管外土壤溫差大而增加大。沿途加熱站下游的管道，溫降幅度在停輸后，隨管內油溫與管外土壤溫差逐漸減小而減小。

　　2 有限元法求解地下管道溫度場由沿線管內油流的流場，溫度場的數學模型，管外土壤溫度場數學模型構成埋地熱油管道降溫輸送過程的數學模型。

　　溫度場中的有限元法對復雜區(qū)域和復雜邊界問題的求解帶來的適應性和靈活性，主要是因為它可以具有任意布置的節(jié)點和網絡，并利用現代數值計算方法來求解導熱微分方程。采用網絡剖分技術，在局部網格的每一個單元中，進行地下輸油管道溫度場整體區(qū)域變分求解計算，然后合成整體的線性代數方程組，進行求解。此方法可以求得每個單元的溫度，從而求得整個求解區(qū)域的溫度分布，將研究對象由總體轉為局部單元，從宏觀轉為微觀。

　　2.1 單元類型的選擇計算結果的關鍵，是選擇可能接近模擬實際物理性能的，將整個求解區(qū)域劃分為具有相關節(jié)點的等價系統的適當的單元類型。地下輸油管道區(qū)域是圓形區(qū)域，它的穩(wěn)態(tài)溫度場屬于二維穩(wěn)態(tài)導熱問題，管道與土壤交接區(qū)域時，會因為選擇有限差分法中的正方形單元，無法適應管道外層邊界形狀而產生誤差。而用于地下管道溫度場計算的理想單元，并可很好的適應管道外層邊界的形狀，是有限元法中的三角形單元。因此通常將三角形單元類型用于網格劃分。

　　2.2 地下管道溫度場導熱數學模型的確立首先建立數學模型，然后，根據物理模型，進行分析簡化，去掉問題中的次要因素，再通過有限元法計算一個無內熱源的外部土壤區(qū)域的二維導熱問題。

　　如果某物體長期處于不依賴時間的的導熱問題的這種穩(wěn)定的邊界條件下，其溫度分布就成穩(wěn)定的了。熱油管道土壤溫度場不僅受運行方案的影響，而且還受大氣溫度變化的影響。以一年為一個周期，在運行方案不變的情況下，每年的同一日，熱油管道土壤溫度場呈周期性變化。而熱油管道土壤溫度場的數學模型，在每一個運行周期中，都可簡化為無內熱源的二維問題，隨時間變化為非穩(wěn)態(tài)非周期性溫度場。

　　非穩(wěn)態(tài)導熱過程一般分為三個階段：第1階段，即初始階段，主要指物體內各處溫度分布受初始溫度分布的影響較大，隨時間的變化率不同，是非穩(wěn)態(tài)導熱規(guī)律控制區(qū)的混合溫度分布階段。第二階段，即正常狀況階段，物體內溫度分布不再受初始溫度分布的影響而主要取決于物性、形狀及邊界條件等，主要是指物體內溫度各處加熱或冷卻率為一個常數，溫度具有一定的規(guī)律，分布全部是非穩(wěn)態(tài)導熱規(guī)律控制區(qū)。第三個階段，即新穩(wěn)態(tài)階段，為物體內溫度分布達到新的穩(wěn)態(tài)分布階段。另外，由管外土壤溫度場數學模型，沿線管內油流的流場，溫度場的數學模型構成了埋地熱油管道降溫輸送過程的數學模型。

　　管外土壤溫度場屬于二維準周期溫度場，設埋地熱油管道的內半徑為Rn，管中心埋深為Ht，管道的熱影響半徑為Rt，降溫輸送及停輸啟動過程的數學模型如下：

　　其數學模型如下：

　　確立了地下管道溫度場的導熱微分方程，然后，對方程根據邊界條件進行求解。

　　任何傳熱問題的邊界條件可歸結為三類。一類邊界條件是邊界法向熱流溫度已知；二類邊界條件是對流換熱系數和流體溫度已知；三類邊界條件是邊界溫度已知；三類邊界條件適應于埋地熱油管道。

　　3 結論與認識（1）安全停輸18個小時的條件是：11月份與12月份，進站溫度不低于35℃的條件下，出站溫度為42℃，在地溫為-4.2℃。

　?。?）安全停輸47個小時的條件是：8月份，進站溫度不低于35℃的條件下，出站溫度為48℃，在地溫為12℃。

　?。?）安全停輸22個小時的條件是：3月份，進站溫度不低于35℃的條件下，出站溫度為44℃，在地溫為-2.7℃。

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產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監(jiān)測系統，分布式地溫監(jiān)測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業(yè)，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節(jié)能環(huán)保產業(yè)等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監(jiān)測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監(jiān)測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩(wěn)定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環(huán)境影響、性價比高等優(yōu)點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監(jiān)測，因可靠性和穩(wěn)定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發(fā)到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監(jiān)測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監(jiān)測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監(jiān)測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監(jiān)測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監(jiān)測并保存數據，為優(yōu)化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續(xù)運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監(jiān)測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩(wěn)定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監(jiān)測系統系統功能：

1、溫度在線監(jiān)測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節(jié)點，實際使用應該限制在150個節(jié)點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監(jiān)測，本系統的可靠性和穩(wěn)定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監(jiān)測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態(tài)能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區(qū)域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態(tài)模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監(jiān)測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監(jiān)測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監(jiān)測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監(jiān)測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩(wěn)定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發(fā)的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環(huán)境影響、性價比高等優(yōu)點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監(jiān)測，因可靠性和穩(wěn)定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環(huán)境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監(jiān)測，地源熱泵溫度監(jiān)測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環(huán)境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環(huán)境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環(huán)境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩(wěn)定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發(fā)的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩(wěn)定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優(yōu)勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監(jiān)測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監(jiān)控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監(jiān)測監(jiān)測平臺，可監(jiān)測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監(jiān)測，異常情況預

警，做到真正的無人值守?？蓪岜孟到y的長期運行穩(wěn)定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優(yōu)化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監(jiān)測數據及變化曲線；

3）室外環(huán)境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監(jiān)測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監(jiān)測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監(jiān)測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監(jiān)測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節(jié)能量的評價分析。

2、自動監(jiān)測平臺建成以后可以對已經安裝自動監(jiān)測設備的地熱井實施自動監(jiān)測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監(jiān)管，有地熱井運行的穩(wěn)定性。

1）開采水量及回水水量的流量監(jiān)測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監(jiān)測及變化曲線；

3）開采井井內水位監(jiān)測及變化曲線；

低輸量條件下埋地熱油管道溫降規(guī)律研究

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