随着我国国民经济的快速发展,国内石油需求持续快速增长,与之相矛盾的是我国属于人均能源不足、煤多油气少、优质能源短缺的发展中国家,自年起已经从石油出口国变为石油净进口国,原油资源供应的对外依存度不断上升。大多数进口原油同国产原油之间存在着很大的性质差异,进口原油一般具有较好的流动性,可以进行常温输送,其输送管道的运行温度接近于管道沿线地温;而国产原油大多为高粘易凝原油,通常需要采用加热输送工艺,加热输送管道的运行温度相对比较高。因此国产原油与进口原油的顺序输送是一个冷热原油交替输送的过程,会带来一系列的问题,如交变温度场、混油、管道疲劳寿命等问题,为实现冷热原油顺序输送管道的安全经济运行,有必要对这些相关问题进行专门研究。本文就冷热原油顺序输送管道温度场、加热方案优选、应力分析以及混油分析和计算做了较为细致的研究,为实现冷热原油顺序输送管道的安全经济运行提供了依据和帮助。建立了冷热原油顺序输送管道温度场计算的数学模型,并结合有限单元法和差分方法对数学模型进行了求解。通过对温度场计算结果的分析得出了冷热原油顺序输送管道温度场的变化规律:随着管道输送原油种类的周期性变化,管内油温和管道周围土壤的温度场也呈现出周期性的变化规律;管道的进站温度随着运行时间的推进呈现出周期性的变化趋势;热油油头的温度随着运行距离的不断增加而逐渐降低,其进站温度是热油进站温度的最低值,随着热油输送时间的延长,热油油头后面的温度逐渐升高,进站温度也相应提高。热油油尾的温度随着热油油尾在管内前行距离的不断增加逐渐降低,但同热油油头相比,温度降低幅度大大减小。详细分析和总结了影响冷热原油顺序输送管道热力特性的各种因素。其中,增加循环次数有利于管道安全运行;试图通过增大管道年输量来增强原油流动的安全性未必能够达到预期效果,在小输量范围内收效比较显著,在大输量范围内收效微乎其微;适度提高冷油的出站温度是增强原油流动安全性非常有效的一项措施,而试图通过适度提高热油的出站温度来增强原油流动安全性则不会收到较为明显的效果。在对冷热原油顺序输送管道加热方案优化分析的基础上,建立了以包括热力费用和动力费用的总运行费用最小为目标的加热方案优化模型,并进行了实例求解和分析。结果表明,对冷油(低凝油)油尾按适当比例加热能够大幅度降低燃料费用。当冷油加热比例小于时,随着加热比例的增加,燃料费用即管道热力费用下降,下降幅度越来越小;而当冷油加热比例大于时,随着加热比例的增加,管道热力费用呈上升趋势。冷油加热比例时管道热力费用最小。而管道总的运行费用随着冷油的加热比例先下降后上升,在算例中冷油加热比例为时,管线总的费用最省。所以在选择加热方案时,在满足输油安全性的前提下,一方面要考虑加热方案对热力费用的影响,另一方面要考虑加热方案对动力费用的影响,以能降低总的能耗实现经济运行。对埋地冷热原油顺序输送管道的所受应力情况进行了详细分析,重点计算和分析了埋地弯头所受应力及其影响因素,提出了减小埋地弯头热应力的相应措施。利用有限元法对弯头应力进行了数值模拟计算,结果表明,输油温度越高弯头所受热应力越大,而且应力集中在弯管的内半径处。分析了冷热原油交替输送对管道疲劳寿命的影响。详细阐述了顺序输送管道的混油机理,基于一维扩散理论和二维扩散理论进行了混油浓度分析,提出了混油浓度和混油量新的计算方法,并且对混油量的各种公式进行了比较。计算实例和比较分析表明,新的混油浓度计算方法简单、精度高。在现有研究基础上基于CFD软件建立了冷热原油顺序管道混油的数学模型,对水平管道、弯管及变径管等工况下的混油特性进行了数值研究,为进一步完善混油理论奠定了一定基础。