埋地原油管道在线修复时站间温降的计算优化*

罗晓雷，付 丽，董 美

（辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

埋地原油管道在线修复时站间温降的计算优化*

罗晓雷，付 丽，董 美

（辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

针对原油长输管线局部大修时出现凝油事故的问题进行了研究。采用分段法计算埋地热输原油管道在线修复时站间的温降变化，并用C语言编制了计算程序，进行了实例计算；找出防止凝油事故的有效方法。

热输；管道；大修

随着石油工业的发展，我国现在已拥有数万公里的长输油气管道，担负着65%以上原油产量及95%天然气产量的输送任务，被称为国民经济的“地下大动脉”。我国许多在役管道已进入老龄期，由于管道本身的老化、腐蚀以及人为破坏，管道事故频繁发生，严重影响了管道的正常运行和周围的自然环境，此外，社会环境的恶化和地方保护主义导致管道侵权事件剧增，管道的安全可靠性问题日益突出。为使管道为使管道大修能在安全稳定的条件下进行，有必要计算管道大修时的站间运行参数。

1 管道总传热系数

1.1 埋地管段单元段上传热系数的计算

对于埋地热油管道，传热过程可分解成3个阶段，即原油将热量以对流方式传给管道壁内侧，再由管壁内侧以导热方式传给管壁外侧，最后传给周围的土壤。计算埋地段传热系数K，首先要计算原油对管内壁的放热系数α1，但由于管内壁温度是未知量，因而先要根据热平衡方程求出α1。

式（3）是关于Tbi的超越方程。采用弦截法求Tbi，由于Tbi介于Tam和T之间，因此Tbi(1)和Tbi(2)所赋初值分别为Tam和T，求解过程见程序框图1。

1.2 开挖管段单元段上传热系数的计算

对于开挖管段的传热过程也由3部分组成，即原油将热量以对流方式传给管道壁内侧，再由管壁导热方式传给管壁外侧，最后传给周围的空气。

图1 埋地段传热系数Ki计算程序框图Fig.1 Calculation program diagram of buried section heat transfer coefficient ki

计算开挖段传热系数Ki，首先要计算原油对管内壁的放热系数α1和管壁外侧对周围空气的放热系数α2，但由于管壁外侧温度Tbi+1和管壁内侧温度Tbi是未知量，因而先要求出Tbi+1和Tbi。

式（6）是关于Tbi的超越方程，采用弦截法求Tbi，求解方程与图1所示大致相同。只是f（Tbi）的表达式为式（6），Tbi+1(1)和Tbi+1(1)所赋初值分别为Tbi+1和T，计算出该 Tbi下的 α1。由于 α1（T-Tbi）=α2（Tbi+1-Tα），由上述相等关系，可令

2 编程中用到的公式

（1）单元段油品物性参数的计算

（2）油品的总传热系数计算式

牛顿流体时油流至管内壁的传热系数表达式为：

非牛顿流体原油对管壁内侧的放热系数，层流时用式（7）计算，紊流时用式（9）计算，但其中的各项准数应按非牛顿流体的物性计算。

（3）管外壁至土壤的传热系数

采用抛物插值法计算hi，λi

（4）埋地段单元段上的传热系数

3 算例

某一输送含蜡原油的热输管道，管径为Ф 720 mm×9 mm，埋深处的自然地温Tam为13℃，大气温度为20℃，该管道的体积流量为0.463 m/s，原油的出站温度为41℃，出站处的高程为2.5 m，进站处的高程为3 m，站间距为70 km，积蜡层导热系数为0.276 W/（m·℃），平均厚度为0.039 m。经勘测，出站处管道的埋深为2.06 m，管道周围土壤的导热系数为1.510 W/（m·℃）。距出站口30 km处管道的埋深为1.46 m，管道周围土壤的导热系数为1.435 W/（m·℃）。进站处管道的埋深为1.91 m，管道周围土壤导热系数为1.161 W/（m·℃）。由于防腐层老化严重，拟在距出站口20、26和33 km处分别挖开3 km，对管道进行防腐层的修复。用C语言编程计算站间温降，结果见表1，两种修复条件下原油温度分布曲线见图2。

表1 管道沿程温度分布Table 1 Temperature distribution along the pipeline

图2 开挖与不开挖条件下的原油温度分布Fig.2 Temperature distribution of crude oil under conditions of excavation or non-excavation

从表1和图2可以看出，埋地热输含蜡原油管道在大修时，由于挖开段的传热系数增大，站间温降也随之增大。

4 结论

本文通过比较开挖与不开挖的温降，得出结论开挖后的温降明显大于不开挖时的温降，并且采用有限元法进行数值计算，结论更加接近真实值。因此在管道大修时，一定要先计算出拟开挖长度后的管道运行参数，以防止管道事故的发生，保证大修安全进行。

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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

罗晓雷（1982-），女，辽宁抚顺人，辽宁石油化工大学硕士研究生，从事油气储运工程方面的研究。fuli6861820@163.com。