丁 慧（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

慶哈輸油管道熱力計算模型研究

丁 慧
（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

中國東部的長輸管道主要輸送高含蠟原油，含蠟原油在常溫狀態(tài)下的流動性較差，所以常采用加熱輸送工藝。為保證管道安全輸送油品、同時能夠經(jīng)濟運行，則應該研究正常運行工況下管道的熱力特性，建立熱力模型，使用模型計算不同工況（不同季節(jié)、不同輸量等）下輸油管道沿線的溫度，與實際數(shù)據(jù)相對比，進行誤差分析，總結溫度的分布規(guī)律。

長輸管道；加熱輸送；熱力特性；誤差分析

慶哈輸油管道全長182.8km，全線共設四座輸油站，輸量為200～300萬t/a。根據(jù)慶哈輸油管道的實際運行狀況，以管道中上一站最高出站溫度和下一站最低進站溫度為條件統(tǒng)計出慶哈輸油管道每年12個月中每個月的平均運行參數(shù)作為計算數(shù)據(jù)，根據(jù)每個月環(huán)境溫度不同繪制出慶哈輸油管道每個月的溫降曲線，分析數(shù)據(jù)、曲線從而得出結論［1］。

1　軸向溫降計算公式

設管道周圍介質溫度為t0，dl微元段上油溫為t，管道輸油量G，水力坡降為i，流經(jīng)dl段后，油流產生溫降dt。在穩(wěn)定工況下，dl微元段上的能量平衡式如下［2］：

設管長L的管段內總傳熱系數(shù)K為常數(shù)，忽略水力坡降沿管長的變化，對上式分離變量并積分，可得沿程溫降計算式，即列賓宗公式［3］。

2　熱油管道的總傳熱系數(shù)計算公式

運用傳統(tǒng)的計算方法，總傳熱系數(shù)計算公式如下，［4-5］。

式中 D——計算直徑，對于保溫管道可取內外直徑的平均值，m；

D1——管道的內直徑，m；

DW——管道的結構外徑，即鋼管的外防腐層或保溫層所形成的外徑，m；

Di，Di+1——鋼管、絕緣層及保溫層的內徑、外徑，其單位分別為m、m；

λi——與上述各層響應的導熱系數(shù)，W/（m·℃）；

α1——油流至管內壁的放熱系數(shù)，W/（m2·℃）；

α2——管外壁至土壤的放熱系數(shù)，W/（m2·℃）。

3　熱力計算模型的影響因素

經(jīng)過分析，管道內介質的流量、管道的總傳熱系數(shù)K值是影響管道溫降計算的主要因素。根據(jù)管道的類型和實際運行情況可以選擇反算插值方法來求得傳熱系數(shù)，同時選擇拉格朗日插值法對傳熱系數(shù)進行插值計算。

其多項式表示為：

4　慶哈輸油管道總傳熱系數(shù)計算

應用上述方法計算出慶哈輸油管道全年不同管段的總傳熱系數(shù)，結果如表1所示。

表1　慶哈輸油管道全年不同管段總傳熱系數(shù)

5　在典型工況下管道溫降的計算

應用建立的熱力計算模型和求得的管道傳熱系數(shù)，分析計算慶哈輸油管道在不同季節(jié)、不同輸量下不同管段的沿線溫度變化規(guī)律［6］。取四個月份每月起點的平均溫度作為起點溫度，取每月的平均輸量，最高輸量和最低輸量，分別對不同輸量下管道的沿線溫降進行計算（見表2）。各工況如下：

表2　首站-中一站管道計算工況

（1）首站-中一站

圖1　一月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖2　四月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖3　七月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖4　十月不同輸量下管道沿線溫降曲線

運用模型得出的數(shù)據(jù)與實際溫降結果的對比分析如表3所示：

表3　首站-中一站溫降對比

（2）中一站-中二站

表4　中一站-中二站管道計算工況

圖5　一月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖6　四月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖7　七月不同輸量下管道沿線溫降曲線

表5　中一站-中二站溫降結果對比

圖8　十月不同輸量下管道沿線溫降曲線

（3）中二站-末站

表6　中二站-末站管道計算工況

圖9　一月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖10　四月不同輸量下管沿線溫降曲線

圖11　七月不同輸量下管道沿線溫降曲線

圖12　十月不同輸量下管道沿線溫降曲線

表7　中二站-末站溫降結果對比

用上文建立的熱力計算模型得出的首站-中一站、中一站-中二站、中二站-末站管段的終點溫度與實際運行數(shù)據(jù)的平均相對誤差分別為5.9%、3.95%和3.48 %，滿足計算精度的要求。

6　結論

依據(jù)上文的計算結果，歸納出以下結論：

1）環(huán)境溫度影響輸油管道的溫降結果，表現(xiàn)為：輸量相同時，管道的熱損失隨著環(huán)境溫度的升高而減小，沿線溫降梯度也越來越小，反之亦然。夏季輸油管道的溫降普遍低于冬季，所以，應該提高冬季輸油管道的起點溫度。

2）管道輸量會影響輸油管道溫降的結果，其他參數(shù)相同時，輸量越大，管道沿線散熱損失越小，溫降梯度會降低。因此，應該根據(jù)管道輸量的大小，合理調整輸油溫度管道的輸油溫度，從而降低管道的輸油能耗。

［1］ Hooker P R.Temperature and Heat Transfer Along Buried Liquids pipelines［J］.Society of Petroleum Engineers，1978，5：747-753.

［2］ 王凱，吳明.熱油管道輸送含蠟原油的軸向溫降計算［J］.管道技術與設備，2005，（2）：8-9.

［3］ 楊筱蘅.輸油管道設計與管理［M］.東營：中國石油大學出版社，2013.

［4］ 德翔恩.長輸原油管道熱力計算［J］.管道技術與設備，1994（5）：5-7.

［5］ 王海琴.含蠟原油熱輸管道沿程溫降計算［J］.油氣儲運，2002，21 （7）：9-12.

Thermodynamic model celebrate Kazakhstan oil pipeline

Ding Hui

The long-distance pipeline in eastern China's main transport of high crude oil，less waxy crude oil at normal temperature fluidity，so often by heat transport processes. To ensure the safety of pipeline transportation of oil，at the same time be able to run the economy，you should study the thermodynamic properties of normal operating conditions of the pipeline，the establishment of the thermal model，along the pipeline using a model to calculate different conditions （different seasons，different transmission capacity，etc.） under the temperature，compared with the actual data，error analysis，summarize the distribution of temperature.

long-distance pipeline；heating conveyor；thermodynamic properties；error analysis

TE88；TE832

A

1003-6490（2016）05-0046-03

2016-05-11

丁慧（1992—），女，山東梁山人，研究生在讀，主要研究方向為石油與天然氣工程。