羅曉雷，付 麗，董 美

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

埋地原油管道在線修復(fù)時站間溫降的計算優(yōu)化*

羅曉雷，付 麗，董 美

（遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

針對原油長輸管線局部大修時出現(xiàn)凝油事故的問題進(jìn)行了研究。采用分段法計算埋地?zé)彷斣凸艿涝诰€修復(fù)時站間的溫降變化，并用C語言編制了計算程序，進(jìn)行了實(shí)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(yè)的發(fā)展，我國現(xiàn)在已擁有數(shù)萬公里的長輸油氣管道，擔(dān)負(fù)著65%以上原油產(chǎn)量及95%天然氣產(chǎn)量的輸送任務(wù)，被稱為國民經(jīng)濟(jì)的“地下大動脈”。我國許多在役管道已進(jìn)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(fā)生，嚴(yán)重影響了管道的正常運(yùn)行和周圍的自然環(huán)境，此外，社會環(huán)境的惡化和地方保護(hù)主義導(dǎo)致管道侵權(quán)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(wěn)定的條件下進(jìn)行，有必要計算管道大修時的站間運(yùn)行參數(shù)。

1 管道總傳熱系數(shù)

1.1 埋地管段單元段上傳熱系數(shù)的計算

對于埋地?zé)嵊凸艿?，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(nèi)側(cè)，再由管壁內(nèi)側(cè)以導(dǎo)熱方式傳給管壁外側(cè)，最后傳給周圍的土壤。計算埋地段傳熱系數(shù)K，首先要計算原油對管內(nèi)壁的放熱系數(shù)α1，但由于管內(nèi)壁溫度是未知量，因而先要根據(jù)熱平衡方程求出α1。

式（3）是關(guān)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(shù)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(nèi)側(cè)，再由管壁導(dǎo)熱方式傳給管壁外側(cè)，最后傳給周圍的空氣。

圖1 埋地段傳熱系數(shù)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(shù)Ki，首先要計算原油對管內(nèi)壁的放熱系數(shù)α1和管壁外側(cè)對周圍空氣的放熱系數(shù)α2，但由于管壁外側(cè)溫度Tbi+1和管壁內(nèi)側(cè)溫度Tbi是未知量，因而先要求出Tbi+1和Tbi。

式（6）是關(guān)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(dá)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(guān)系，可令

2 編程中用到的公式

（1）單元段油品物性參數(shù)的計算

（2）油品的總傳熱系數(shù)計算式

牛頓流體時油流至管內(nèi)壁的傳熱系數(shù)表達(dá)式為：

非牛頓流體原油對管壁內(nèi)側(cè)的放熱系數(shù)，層流時用式（7）計算，紊流時用式（9）計算，但其中的各項(xiàng)準(zhǔn)數(shù)應(yīng)按非牛頓流體的物性計算。

（3）管外壁至土壤的傳熱系數(shù)

采用拋物插值法計算hi，λi

（4）埋地段單元段上的傳熱系數(shù)

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(jìn)站處的高程為3 m，站間距為70 km，積蠟層導(dǎo)熱系數(shù)為0.276 W/（m·℃），平均厚度為0.039 m。經(jīng)勘測，出站處管道的埋深為2.06 m，管道周圍土壤的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)為1.435 W/（m·℃）。進(jìn)站處管道的埋深為1.91 m，管道周圍土壤導(dǎo)熱系數(shù)為1.161 W/（m·℃）。由于防腐層老化嚴(yán)重，擬在距出站口20、26和33 km處分別挖開3 km，對管道進(jìn)行防腐層的修復(fù)。用C語言編程計算站間溫降，結(jié)果見表1，兩種修復(fù)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?zé)彷敽炘凸艿涝诖笮迺r，由于挖開段的傳熱系數(shù)增大，站間溫降也隨之增大。

4 結(jié)論

本文通過比較開挖與不開挖的溫降，得出結(jié)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(jìn)行數(shù)值計算，結(jié)論更加接近真實(shí)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(yùn)行參數(shù)，以防止管道事故的發(fā)生，保證大修安全進(jìn)行。

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[9] 田娜，陳保東.埋地?zé)彷斣凸艿涝诰€修復(fù)時站間溫降隨輸量的變化[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報，2006（1）：9-12.

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

LUO Xiao-lei，F(xiàn)U 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(xué)碩士研究生，從事油氣儲運(yùn)工程方面的研究。fuli6861820@163.com。