陳春

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江陰-無(wú)錫成品油管道停輸后壓力變化分析

陳春

（中國(guó)石化銷售有限公司華東分公司揚(yáng)州輸油處，江蘇 揚(yáng)州 225000）

基于研究江陰-無(wú)錫段成品油管道停輸后壓力變化規(guī)律的目的，結(jié)合傳熱學(xué)、熱力學(xué)理論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，建立了管內(nèi)油品壓力-溫度變化模型，仿真模擬了成品油管段停輸后壓力的變化規(guī)律；在此基礎(chǔ)上與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)相比較分析，提出修正系數(shù)，獲得該段成品油管道停輸后壓力變化模型。通過(guò)計(jì)算給出油品溫度變化1 ℃時(shí)管內(nèi)壓力的變化值，為保壓停輸?shù)膲毫刂铺峁﹨⒖肌?/p>

成品油管道； 停輸；油品溫度；壓降模型

在成品油管道的日常運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常遇到計(jì)劃或非計(jì)劃停輸，為了減少混油量以及檢測(cè)管道是否存在泄露現(xiàn)象，管道需要保壓停輸。但在停輸之后管道壓力會(huì)隨著油溫的降低而下降，這對(duì)管道的泄露監(jiān)測(cè)帶來(lái)不便，因而有必要對(duì)管道停輸后壓力隨溫度變化規(guī)律進(jìn)行研究[1-4]。為此，基于傳熱學(xué)與儲(chǔ)運(yùn)相關(guān)理論知識(shí)，建立成品油管道停輸后壓力-溫度變化模型，對(duì)管道停輸后壓力變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比，提出修正參數(shù)，獲得較為準(zhǔn)確的壓力變化預(yù)測(cè)模型。

1 建立停輸后管道壓力變化模型

對(duì)于某一確定的成品油管道，影響管道內(nèi)壓力變化的因素包括停輸時(shí)間段的沿線地溫、管道的沿線高程、管道內(nèi)儲(chǔ)存油品性質(zhì)、停輸時(shí)的油溫以及其隨著時(shí)間的變化率等。因此，本章對(duì)此進(jìn)行建模，用于與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)實(shí)際管段進(jìn)行壓降計(jì)算，引入油品壓縮性方程，對(duì)溫度壓降模型進(jìn)行修正[5-9]。

1.1 基本參數(shù)

中石化華東銷售蘇南成品油管道運(yùn)行批次較多，期間啟、停輸間隔較短，江陰至無(wú)錫管段沿線起伏不大（見圖1），因此在停輸保壓期間，江陰至無(wú)錫段表現(xiàn)出了良好的保壓效果，保壓高于油品飽和蒸氣壓，故未出現(xiàn)油氣兩相現(xiàn)象。本文以江陰至無(wú)錫段的相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行停輸期間的壓力與溫度變化關(guān)系的研究。

蘇南成品油管道江陰—無(wú)錫段管長(zhǎng)66.15 km，管徑323 mm，壁厚6.4 mm，停輸后江陰-無(wú)錫段壓力值及變化趨勢(shì)見圖2?？梢钥闯鐾］?4 h內(nèi)江陰-無(wú)錫管段壓力自1.703 MPa降至1.37 MPa，下降趨勢(shì)逐漸趨于平緩。江陰出站油溫20.97 ℃，無(wú)錫進(jìn)站油溫19.58 ℃，江陰出站地溫（Tq）為19.31 ℃，無(wú)錫進(jìn)站地溫（Tz）為19.37 ℃。本文采用未停輸前江陰出站油品溫度和無(wú)錫進(jìn)站溫度作為初始值。管道停輸以后，管道內(nèi)油品會(huì)與環(huán)境發(fā)生對(duì)流換熱，停輸開始的時(shí)候尤為劇烈，因此停輸初期溫度下降較快，壓降也越大，到停輸后期，對(duì)流換熱效應(yīng)逐漸減弱，壓降隨著溫降的減小而減小。

圖1 江陰-無(wú)錫段沿線高程

圖2 江陰-無(wú)錫段管段壓力變化曲線

1.2 模型建立

建立江陰-無(wú)錫段管道的土壤溫度場(chǎng)物理模型，假設(shè)管道與土壤之間的總傳熱系數(shù)不變，所以忽略管壁的熱阻。管道停輸后溫度隨時(shí)間的變化方程式[10]：

D—管道內(nèi)徑，m；

D—管道外徑，m；

—管道平均直徑，m；

—總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；

T—環(huán)境溫度，℃；

—停輸小時(shí)后的溫度，℃；

T—開始停輸時(shí)的溫度，℃；

管道開始停輸時(shí)的平均油溫已知，以1 h為計(jì)算單位，便可以求出停輸一段時(shí)間內(nèi)每小時(shí)的管內(nèi)平均油溫。隨著溫度變化，管道壓力的變化為：當(dāng)管輸油溫由T1降至T2，壓力也隨之由P1降至P2，關(guān)系見式（2）：

式中：—管道的體積膨脹系數(shù)，管道為鋼管時(shí)，≈3.3×10-5℃-1；

—管道的壁厚，mm；

—管材的楊氏彈性模量，管材為鋼管時(shí)，E≈2×1011Pa ；

β—油品的體積膨脹系數(shù)，℃-1；

—油品的彈性系數(shù)，Pa；

2—后1時(shí)刻的油溫，℃；

1—前1時(shí)刻的油溫，℃；

—壓差，Pa。

2 模擬計(jì)算

表1 停輸管段內(nèi)油品平均油溫和比熱容

由此數(shù)值模擬計(jì)算出停輸24 h內(nèi)管內(nèi)壓力的變化數(shù)值，見圖3。

圖3 江陰-無(wú)錫段2016年5月13日溫度壓降模擬對(duì)比

可見兩者具有相同的下降趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上對(duì)式（2）進(jìn)行修正，提出修正系數(shù)為0.8，模擬結(jié)果見圖4，可見修正結(jié)果同實(shí)際壓力變化趨勢(shì)比較吻合。

圖4 江陰-無(wú)錫段2016年5月13日溫度壓降修正模擬結(jié)果對(duì)比

圖5 江陰-無(wú)錫段2015年5月13日溫度壓降修正模擬結(jié)果對(duì)比

為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，本文對(duì)2015年5月13日停輸后壓力隨溫度變化趨勢(shì)做出研究，見圖5。結(jié)果可見，模型準(zhǔn)確性及適用性較高。

3 結(jié)論

針對(duì)江陰-無(wú)錫成品油管道停輸后壓力隨溫度變化特點(diǎn)，利用傳熱學(xué)和熱力學(xué)理論，建立壓力-溫度變化模型，基于初始數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬壓力隨溫度變化的趨勢(shì)，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出如下結(jié)論：江陰-無(wú)錫成品油管道停輸后未出現(xiàn)油氣兩相現(xiàn)象，管道壓力會(huì)隨著油溫的降低而下降，降低速率逐漸降低；溫度下降1 ℃，管道壓力會(huì)相應(yīng)降低0.8 MPa左右；由于不同季節(jié)總傳熱系數(shù)變化很大，本文修正后的模型僅適用于每年同時(shí)期（5月）管道停輸后的壓力預(yù)測(cè)。

[1] 楊筱蘅，張國(guó)忠．輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]．石油大學(xué)出版社，1996．

[2] 郭祎，許玉磊，劉佳，等．港棗成品油管道停輸后管內(nèi)壓力下降原因[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010，29(9)：687-688．

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[4] 康凱. 埋地?zé)嵊凸艿佬迯?fù)過(guò)程熱力分析及模擬計(jì)算[D]．大慶：大慶石油學(xué)院，2010: 19-20.

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[6] 陳春，杜培楠，徐太貴，等．非穩(wěn)態(tài)傳熱與流動(dòng)離散格式的相容性對(duì)計(jì)算效率影響的研究[J]．當(dāng)代化工，2014，43（8）：1572-1576．

[7] GONG J， ZHANG Q．Analyses of the Process Control and Technical Scheme of Urumch—Lanzhou Multi-Products Pipeline [J]．International Pipeline Conference，2008: 569-574.

Analysis on Pressure Drop of Jiangyin-Wuxi Oil Product Pipeline After Shutdown

（Sinopec Sales Co., Ltd. East-China Branch Yangzhou Oil Transmission Department, Jiangsu Yangzhou 225000, China）

In order to study the pressure variation law of Jiangyin-Wuxi oil product pipeline after shutdown, the pressure-temperature variation model was established by combining the heat transfer theory, thermodynamics theory and field data. The pressure variation of oil product pipeline after shutdown was simulated. On this basis, simulated results were compared with the actual data in the field, the correction coefficient was proposed. Finally, the pressure variation model of Jiangyin-Wuxi oil product pipeline after shutdown was got. When the temperature of the oil was changed by 1 ℃, the variation of pressure in pipeline was calculated, which could be used as a reference for pressure control after the shutdown of pipeline.

oil product pipeline; shutdown; oil temperature; pressure drop model

TE 832

A

1004-0935（2017）09-0886-03

2017-04-28

陳春（1989-），男，工程師，碩士學(xué)位，江蘇省南京市人，2015 年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）是由于天然氣工程專業(yè)，研究方向：長(zhǎng)距離成品油管網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與管理。