輸油管道不同工況停輸再啟動過程數值模擬

張博夫（中國石油天然氣股份有限公司管道西安輸油氣分公司，陜西 西安 710065）

輸油管道不同工況停輸再啟動過程數值模擬

張博夫（中國石油天然氣股份有限公司管道西安輸油氣分公司，陜西 西安 710065）

停輸再啟動是輸油管道運行過程中必不可少的一個生產過程，通過考慮物性參數、油溫沿徑向的變化等因素，建立相應的模型，這樣就能夠對輸油管道在冬季和夏季的情況進行詳細的計算，從而能夠得出相應的輸油管道溫度狀況，這樣就能夠對工況參數進行比較，進而得到停輸再啟動過程的數據參數。相比較夏季冬季得到的參數，能夠得出停輸過程中夏季溫降明顯低于冬季，再啟動時夏季溫度高于冬季溫度，達到穩定狀態所需的時間，夏季較短，壓力較低。

輸油管道；工況；仿真模擬；熱力計算；停輸再啟動

原油管道穩定運行時，會同時受到油溫和土壤溫度場的作用影響，停輸再啟動是輸油管道運行過程中必不可少的一個生產過程，原油管道停輸往往是由于管道運行過程中檢修、事故以及原油供應量減少等，而停輸后，油品與土壤之間徑向傳熱，隨著停輸時間的增加，兩者的溫度均會有一定的下降，從而導致油品的流動特性變差，到一定程度就會嚴重影響到再啟動過程的進行。

目前，國內外的學者對原油管道停輸再啟動問題進行了研究，并有大量的研究數據。本文主要對夏季、冬季兩個季節所得到的模型參數進行研究，再結合輸油管道實際的情況，模擬日常工況，這樣就能夠得到夏季、冬季停輸再啟動過程中影響工況的參數，如溫度、壓力等，從而確保管線再啟動的安全性。

1 建立模型

對于穩定運行的埋地熱油管道而言，管內大氣與管外的土壤組成了一個熱力系統，該系統能夠對輸油管道的熱力問題進行真實反映。通過得到的數據能夠建立簡單的數據模型，為了建立相應的模型，可以進行以下假設：一是影響區在12m以內的土壤，保證其土壤為同性均勻介質；二是不需要考慮溫度問題對于原油輸油管道的影響。

1.1 停輸過程熱力計算

同樣，忽略管道軸向溫降，考慮熱力影響區，建立土壤中導熱量與管道內流體換熱量平衡的數學模型，考慮物性參數、油溫沿徑向的變化等因素建立數學計算模型如下所示：

結蠟層傳導方程：

其中外界土壤和土壤熱影響區的邊界條件：r=Rh，Tv=To

式中：λ—傳熱系數；α—對流換熱系數；ρ—密度；C—比熱容；R—管徑；t—停輸時間；r—徑向與管心的距離；下表y表示油流平均溫度下各參數，w表示管壁平均溫度下各參數，s表示土壤影響區參數。

1.2 啟動過程熱力計算

再啟動過程熱力計算模型如下：

土壤熱影響區域方程

式中：z—軸向距離；V—傳遞速度；其余參數同上。

1.3 啟動過程水力計算

再啟動過程水力計算模型如下：

式中：λ—摩阻系數；Tn—原油反常點，P(z)=常壓，其余參數同上。

2 結語

綜上所述，通過對選取輸油管道在夏季、冬季兩個季節工況的研究，能夠計算出輸油管停輸再啟動所需的參數，并能夠進行熱力、水力的計算，得出影響兩個季節工況的因素，如溫度、壓力等，這些因素能夠在一定程度上影響停輸再啟動工況的運行情況，所以應當引起重視。從研究中能夠得到在夏季，停輸再啟動，管線內的溫度要高于冬季，達到穩定狀況所需要的時間也較短，同時能夠保證停輸再啟動工況的正常運行，保證管線的安全性，這也是進行停輸再啟動工況過程中所需重視的問題。

[1]嚴大凡.輸油管道設計與管理[M].北京：石油工業出版社，1986.

[2]邢曉凱，張國忠，安家容.中洛管線停輸再啟動實驗研究[J].管道技術與設備，1997，(1)：7-10.

[3]張國忠.埋地熱油管道準周期運行溫度研究[J].油氣儲運，2001，20(6)：4～7.

張博夫（1991-）男，漢族，陜西榆林人，助理工程師，主要從事管輸工藝運行工作。