慶哈輸油管道熱力計(jì)算模型研究

丁 慧（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

慶哈輸油管道熱力計(jì)算模型研究

丁 慧
（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

中國(guó)東部的長(zhǎng)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(dòng)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(shí)能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，則應(yīng)該研究正常運(yùn)行工況下管道的熱力特性，建立熱力模型，使用模型計(jì)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(shí)際數(shù)據(jù)相對(duì)比，進(jìn)行誤差分析，總結(jié)溫度的分布規(guī)律。

長(zhǎng)輸管道；加熱輸送；熱力特性；誤差分析

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

1　軸向溫降計(jì)算公式

設(shè)管道周圍介質(zhì)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(chǎn)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(shè)管長(zhǎng)L的管段內(nèi)總傳熱系數(shù)K為常數(shù)，忽略水力坡降沿管長(zhǎng)的變化，對(duì)上式分離變量并積分，可得沿程溫降計(jì)算式，即列賓宗公式［3］。

2　熱油管道的總傳熱系數(shù)計(jì)算公式

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

式中 D——計(jì)算直徑，對(duì)于保溫管道可取內(nèi)外直徑的平均值，m；

D1——管道的內(nèi)直徑，m；

DW——管道的結(jié)構(gòu)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(nèi)徑、外徑，其單位分別為m、m；

λi——與上述各層響應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·℃）；

α1——油流至管內(nèi)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(jì)算模型的影響因素

經(jīng)過(guò)分析，管道內(nèi)介質(zhì)的流量、管道的總傳熱系數(shù)K值是影響管道溫降計(jì)算的主要因素。根據(jù)管道的類型和實(shí)際運(yùn)行情況可以選擇反算插值方法來(lái)求得傳熱系數(shù)，同時(shí)選擇拉格朗日插值法對(duì)傳熱系數(shù)進(jìn)行插值計(jì)算。

其多項(xiàng)式表示為：

4　慶哈輸油管道總傳熱系數(shù)計(jì)算

應(yīng)用上述方法計(jì)算出慶哈輸油管道全年不同管段的總傳熱系數(shù)，結(jié)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(jì)算

應(yīng)用建立的熱力計(jì)算模型和求得的管道傳熱系數(shù)，分析計(jì)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(gè)月份每月起點(diǎn)的平均溫度作為起點(diǎn)溫度，取每月的平均輸量，最高輸量和最低輸量，分別對(duì)不同輸量下管道的沿線溫降進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)表2）。各工況如下：

表2　首站-中一站管道計(jì)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(yùn)用模型得出的數(shù)據(jù)與實(shí)際溫降結(jié)果的對(duì)比分析如表3所示：

表3　首站-中一站溫降對(duì)比

（2）中一站-中二站

表4　中一站-中二站管道計(jì)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(jié)果對(duì)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(jì)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(jié)果對(duì)比

用上文建立的熱力計(jì)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(diǎn)溫度與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均相對(duì)誤差分別為5.9%、3.95%和3.48 %，滿足計(jì)算精度的要求。

6　結(jié)論

依據(jù)上文的計(jì)算結(jié)果，歸納出以下結(jié)論：

1）環(huán)境溫度影響輸油管道的溫降結(jié)果，表現(xiàn)為：輸量相同時(shí)，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(lái)越小，反之亦然。夏季輸油管道的溫降普遍低于冬季，所以，應(yīng)該提高冬季輸油管道的起點(diǎn)溫度。

2）管道輸量會(huì)影響輸油管道溫降的結(jié)果，其他參數(shù)相同時(shí)，輸量越大，管道沿線散熱損失越小，溫降梯度會(huì)降低。因此，應(yīng)該根據(jù)管道輸量的大小，合理調(diào)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(jì)算［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2005，（2）：8-9.

［3］ 楊筱蘅.輸油管道設(shè)計(jì)與管理［M］.東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2013.

［4］ 德翔恩.長(zhǎng)輸原油管道熱力計(jì)算［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，1994（5）：5-7.

［5］ 王海琴.含蠟原油熱輸管道沿程溫降計(jì)算［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，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?yàn)槭团c天然氣工程。