埋地原油管道在線修復時站間溫降的計算優化*

羅曉雷，付 麗，董 美

（遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001）

埋地原油管道在線修復時站間溫降的計算優化*

羅曉雷，付 麗，董 美

（遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001）

針對原油長輸管線局部大修時出現凝油事故的問題進行了研究。采用分段法計算埋地熱輸原油管道在線修復時站間的溫降變化，并用C語言編制了計算程序，進行了實例計算；找出防止凝油事故的有效方法。

熱輸；管道；大修

隨著石油工業的發展，我國現在已擁有數萬公里的長輸油氣管道，擔負著65%以上原油產量及95%天然氣產量的輸送任務，被稱為國民經濟的“地下大動脈”。我國許多在役管道已進入老齡期，由于管道本身的老化、腐蝕以及人為破壞，管道事故頻繁發生，嚴重影響了管道的正常運行和周圍的自然環境，此外，社會環境的惡化和地方保護主義導致管道侵權事件劇增，管道的安全可靠性問題日益突出。為使管道為使管道大修能在安全穩定的條件下進行，有必要計算管道大修時的站間運行參數。

1 管道總傳熱系數

1.1 埋地管段單元段上傳熱系數的計算

對于埋地熱油管道，傳熱過程可分解成3個階段，即原油將熱量以對流方式傳給管道壁內側，再由管壁內側以導熱方式傳給管壁外側，最后傳給周圍的土壤。計算埋地段傳熱系數K，首先要計算原油對管內壁的放熱系數α1，但由于管內壁溫度是未知量，因而先要根據熱平衡方程求出α1。

式（3）是關于Tbi的超越方程。采用弦截法求Tbi，由于Tbi介于Tam和T之間，因此Tbi(1)和Tbi(2)所賦初值分別為Tam和T，求解過程見程序框圖1。

1.2 開挖管段單元段上傳熱系數的計算

對于開挖管段的傳熱過程也由3部分組成，即原油將熱量以對流方式傳給管道壁內側，再由管壁導熱方式傳給管壁外側，最后傳給周圍的空氣。

圖1 埋地段傳熱系數Ki計算程序框圖Fig.1 Calculation program diagram of buried section heat transfer coefficient ki

計算開挖段傳熱系數Ki，首先要計算原油對管內壁的放熱系數α1和管壁外側對周圍空氣的放熱系數α2，但由于管壁外側溫度Tbi+1和管壁內側溫度Tbi是未知量，因而先要求出Tbi+1和Tbi。

式（6）是關于Tbi的超越方程，采用弦截法求Tbi，求解方程與圖1所示大致相同。只是f（Tbi）的表達式為式（6），Tbi+1(1)和Tbi+1(1)所賦初值分別為Tbi+1和T，計算出該 Tbi下的 α1。由于 α1（T-Tbi）=α2（Tbi+1-Tα），由上述相等關系，可令

2 編程中用到的公式

（1）單元段油品物性參數的計算

（2）油品的總傳熱系數計算式

牛頓流體時油流至管內壁的傳熱系數表達式為：

非牛頓流體原油對管壁內側的放熱系數，層流時用式（7）計算，紊流時用式（9）計算，但其中的各項準數應按非牛頓流體的物性計算。

（3）管外壁至土壤的傳熱系數

采用拋物插值法計算hi，λi

（4）埋地段單元段上的傳熱系數

3 算例

某一輸送含蠟原油的熱輸管道，管徑為Ф 720 mm×9 mm，埋深處的自然地溫Tam為13℃，大氣溫度為20℃，該管道的體積流量為0.463 m/s，原油的出站溫度為41℃，出站處的高程為2.5 m，進站處的高程為3 m，站間距為70 km，積蠟層導熱系數為0.276 W/（m·℃），平均厚度為0.039 m。經勘測，出站處管道的埋深為2.06 m，管道周圍土壤的導熱系數為1.510 W/（m·℃）。距出站口30 km處管道的埋深為1.46 m，管道周圍土壤的導熱系數為1.435 W/（m·℃）。進站處管道的埋深為1.91 m，管道周圍土壤導熱系數為1.161 W/（m·℃）。由于防腐層老化嚴重，擬在距出站口20、26和33 km處分別挖開3 km，對管道進行防腐層的修復。用C語言編程計算站間溫降，結果見表1，兩種修復條件下原油溫度分布曲線見圖2。

表1 管道沿程溫度分布Table 1 Temperature distribution along the pipeline

圖2 開挖與不開挖條件下的原油溫度分布Fig.2 Temperature distribution of crude oil under conditions of excavation or non-excavation

從表1和圖2可以看出，埋地熱輸含蠟原油管道在大修時，由于挖開段的傳熱系數增大，站間溫降也隨之增大。

4 結論

本文通過比較開挖與不開挖的溫降，得出結論開挖后的溫降明顯大于不開挖時的溫降，并且采用有限元法進行數值計算，結論更加接近真實值。因此在管道大修時，一定要先計算出擬開挖長度后的管道運行參數，以防止管道事故的發生，保證大修安全進行。

[1] 楊莜蘅.輸油管道設計與管理[M].北京：石油大學出版社，2006.

[2] 李傳憲.非牛頓原油的管道摩阻特性[J].油氣儲運.1997（5）：15-17.

[3] 李傳憲.計算原油管路摩阻的一種新方法[J].石油規劃設計，1995，6（4），26-28.

[4] 曲慎陽.原油管道工程[M].北京：石油工業出版社，1991.

[5]陳祖澤.高粘高凝原油和成品油管道輸送[M].北京：石油工業出版社，1987.

[6] 李慶揚，王能超.數值分析[M].北京：清華大學出版社，2008.

[7] 潭浩強.C語言程序設計[M].北京：清華大學出版社，2008.

[8] 石油工程建設專業標準化委員會.SYJ 1585原油長輸管道設計規范[S].北京：中國標準出版社，1983．

[9] 田娜，陳保東.埋地熱輸原油管道在線修復時站間溫降隨輸量的變化[J].沈陽工程學院學報，2006（1）：9-12.

[10]陳保東，田娜.埋地原油管道在線修復時站間溫降的計算[J].油氣儲運，2006，25（9）：20-24.

[11]郭大成.埋地輸油管道在線大修安全開挖距離分析[J].管道技術與設備，2008，3：14-15.

Optimization Calculation of Temperature Drop of Buried Crude Oil Pipeline Between Stations During On-line Repair

LUO Xiao-lei，FU Li，DONG Mei
（Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

The crude oil solidification accident in buried hot crude oil pipeline during on-line repair was studied. Temperature drop of buried hot crude oil pipeline during on-line repair was calculated by sectioning method，and computation program was compiled by C language，an example was calculated by it.At last，the methods of preventing crude oil solidification accident were put forward．

Hot crude oil pipeline；Pipeline；Overhaul

TE 832.2

A

1671-0460（2010）03-0295-03

2009-12-13

羅曉雷（1982-），女，遼寧撫順人，遼寧石油化工大學碩士研究生，從事油氣儲運工程方面的研究。fuli6861820@163.com。