石油化工管线间歇输送技术研究*

李 晋，张素香，修 岩，张忠洋

（1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113008）

石油化工管线间歇输送技术研究*

李 晋1，张素香1，修 岩1，张忠洋2

（1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113008）

研究了石油化工管线在停输时受外界非稳态环境的影响下管内介质的温降情况，确定了管线停输温降允许的停输时间。对埋地管道正常运行情况、停输情况和再启动情况进行研究分析，建立了埋地管道间歇输送温降数学模型。以实际埋地管道为例，模拟历史最不利气候数据，观察埋地管道温度场的变化，并根据温度场的变化情况，对停输过程、再启动过程模拟分析，确定了铁大线埋地管道安全停输时间，为铁大线埋地管道安全越冬提供参考。

化工管线；间歇输送；数值模拟；温度场；数学模型

在间歇输送过程中，如果停输时间过长，管道内原油温度降低到一定值后，会给管道的再启动带来极大的困难，甚至造成凝管事故[1]。因此，必须准确的掌握管道的正常运行情况、停输情况和再启动情况，从而保证管道的停输时间能够满足要求，即管道在停输一定时间后，能够顺利再启动。

1 数学建模

埋地热油管道停输后的降温过程是沿管道横断面（径向和切向）和轴向的三维不稳定传热问题。实际上，轴向温度梯度和其它两温度梯度相比要小的多，可以忽略轴向温度梯度，将三维不稳定简化为二维不稳定传热问题。文献[1]、文献[2]认为管道被无限大的土壤包围，紧靠管壁的土壤受管道加热升温，距管壁越远，温度越低，在热影响半径处，土壤温度等于管道埋深处地温。其中热影响半径由稳态运行时工况反算得到，它使该模型中的油流和实际的油流对管壁的散热功率相同。见图1，Rd为自然对流区半径；Rn为管道半径；Rh为土壤热影响半径。

1.1 停输温降过程的热力模型

管道正常运行模型（停输初始条件模型）如下[3]：

2 计算实例

以铁大线大石桥—熊岳段埋地管道为例，对其进行停输及再启动的模拟计算并进行结果分析。大石桥到熊岳管道全长62.26 km，其中裸露管线总长127 m，最冷月管道埋深处土壤温度为0.7℃，日最低气温取为-23℃，日最高气温的最低值为-15℃。

2.1 停输过程温降模拟结果

沿线温度分布随停输时间变化计算结果见图2。

图2 停输过程中不同时刻沿线温度分布图Fig.2 Temperature distribution at different times during shutdown

2.2 再启动过程温度模拟结果沿线温度分布随再启动时间变化计算结果见图3。

图3 再启动过程中不同时刻沿线温度分布图Fig.3 Temperature distribution at different times during restart

2.3 再启动压力模拟结果

管道出站压力与再启动时间关系图见图4，管道各点压力分布与再启动时间关系见图5。

对上述计算结果进行分析如下：

（1）从图2中可以看出，开始停输时，沿线油温分布曲线总是距上游加热站越近温降越大，曲线越陡；随着距离的延长温降变缓，曲线变平。

（2）从图3中可以看出，启动后，对于某一截面，热油没有到达时，该截面仍处于温度下降阶段，热油到达后，该截面为温度上升阶段，随着再启动时间的增加，温度上升幅度越来越小，最终到达稳定。

（3）从图4可以看出，启动初始阶段，压力快速上升，此后上升较慢，启动15 h后趋于平稳。

（4）从图4、图5可以看出，随着启动过程的进行，压力波不断向前推进，各点压力不断升高，距出站端越近，压力坡降越小。这主要是刚开始时启动时，随着压力波不断向前推进，管道中油品不断开始流动，管道中的摩阻损不断增加，压力快速上升。当压力波到达管道末端时，管道中油品全部流动，管道中油品的温度不断升高，油品黏度不断减小，管道摩阻不断减小，从而出站压力不断降低，当启动一段时间后，管道内油品温度基本不变，此后管道中消耗的摩阻基本不变，所以管道压力趋于平稳。

3结论

通过研究石油化工管线正常运行情况、停输情况和再启动情况，建立了埋地石油化工管线间歇输送温降数学模型。模拟历史最不利气候数据，观察埋地管道温度场的变化，并根据温度场的变化情况，确定了埋地管道安全停输时间。从计算结果可以得出如下方案：当俄油输量为23 300 t/d，出站温度为45℃时，该管道在冬季停输192 h后油品进站温度高于原油凝固点，可以安全再启动48 h达到工艺要求。该方案在铁岭－大连管道中得到应用，保证了输油管道安全越冬。

[1]吴明，杨惠达，邓秋远.热油管道停输过程中土壤温度变化规律研究[J].西安石油学院学报（自然科学版），2002（7）：51-55.

[2]吴明，杨惠达，邓秋远.埋地热油管道停输径向温降规律研究[J].石油化工高等学校学报，2001（3）45-50.

[3]M.N.奥齐西克.热传导[M].余昌铭，译.北京：高等教育出版社，1983.

[4]张国忠，安家荣.热油管道停输再启动初始启动压力波速度的计算[J].石油大学学报，1999（1）：72-73.

[5]严大凡.输油管道设计与管理[M].北京：石油工业出版社，1986.

Study on Intermittent Transportation Technology in Petrochemical Heat Oil Pipeline

LI Jin1，ZHANG Su-xiang1，XIU Yan1，ZHANG Zhong-yang2
（1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；2.PetroChina Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun 113008，China）

Temperature drop of medium in petrochemical pipeline was studied during shutdown of petrochemical pipeline under influence of non-steady external environment，allowable shutdown time to control temperature drop in reasonable range was determined.Three operation situations for the buried pipeline including normal operation，shutdown and restart were researched and analyzed，and a mathematical model of temperature drop for intermittent conveying of the buried pipeline was established.Taking actual buried pipeline as an example，through simulating data of the most adverse past climate and observing the temperature field change of the buried pipeline，the simulation analysis of the shutdown and the restart was carried out by temperature field change，safe shutdown time of the buried pipeline was determined and a reliable basis for Tie-Da buried pipeline during the winter was provided.

Chemical pipeline；Intermittent transportation；Numerical simulation；Temperature field；Mathematical model

TE 832.2

A

1671-0460（2010）01-0026-04

2010-01-21

李 晋（1975-），女，高级工程师，工学硕士，2008年毕业于辽宁石油化工大学化工过程机械专业，现从事石油化工设备、油气管道输送技术等方面研究工作。电话：0413-6865042，E-mail：lijinfy@lnpu.edu.cn。