近年来我国的输气管网发展十分迅速,管道输送是我国能源输送最普遍有效的方式。在长期的运输过程中,难免会出现各种各样的问题和风险,导致管道破损泄露,危害运行安全。管道冻胀就是其中一个原因。输气管道输送至用户端时,需要经过输气站进行调压节流,节流后管道内气体的温度降低,从而导致埋地段管道周围土壤温度降低,当土壤温度降低至0℃以下时,土壤发生冻胀,体积膨胀,埋地管道便会产生位移,从而导致埋地管道应力增大,当应力增大到一定限度时,便会出现管道变形的现象,危害管道运行安全。本文分析了不同节流压降下的管道冻胀量以及由于冻胀位移引起的管道应力。以往的工程中,常使用加热法、保温法、土壤置换法解决管道冻胀问题,这些方法存在一定的弊端,如浪费大量电能或不能一次性解决问题,从而增加运营的成本。本论文创新性地提出了利用地热能解决管道冻胀问题的方案,基于此方案进行模拟分析,确定设计的地热系统的工作情况,并分析影响换热效率的因素,对地热方案作出优化。具体的研究内容和成果如下:（1）计算1MPa到6MPa节流压降后的管道气体温度,模拟土壤的温度场,计算土壤的温度梯度,再计算管道冻胀量,分析得出节流压降与管道冻胀量之间存在正比关系,节流量越大,管道冻胀量越大。（2）建立管道模型,通过ANASYS软件的APDL语言将冻胀位移载荷加于埋地段管道,模拟得出不同冻胀量下的管道应力,分析得出在超过管道屈服应力之前节流压降越大,管道最大应力越大。（3）设计地热系统方案,可实现循环利用。并估算地热系统可提供的热量以及解决管道冻胀问题所需的热量,保证设计的地热系统方案的可行性。（4）根据设计的地热系统方案,使用ANASYS Fluent进行模拟,根据模拟得出的温度云图以及计算得出的土壤中最低温度可发现,设计的地热系统方案可保证运行过程中土壤温度大于0℃,即避免了由于管道节流后温度降低发生土壤冻胀的情况。（5）应用ANASYS Fluent模拟分析不同设计参数下,螺旋管换热器的换热效率。分析发现影响埋地螺旋管换热器的因素有螺旋换热器圈数、入口温度以及入口速度,根据此分析对地热系统做出优化,提高换热效率以适应更为严苛的设计工况。