靖三联靖二联埋地热油管道停输后的温降规律研究

傅 波，刘 青，周 宁，陈康林 (中石油长庆油田分公司第三采油厂， 宁夏 银川 750006)

傅 波，刘 青，周 宁，陈康林 (中石油长庆油田分公司第三采油厂， 宁夏 银川 750006)

通过研究埋地热油管道的温降规律，将埋地管道停输后罐内原油的冷却过程视为一系列准稳定状态，通过公式分析推导，得出管道允许停输时间的计算方法，其计算结果与现场报表数据对比误差较小，因而有一定现场指导意义。

温降规律；安全停输时间；安全；运行

1 管道运行概况

靖三联-靖二联输油管线于2009年3月27日投运，全长26.27km, 管线规格∅219mm×6mm，外包30mm厚的泡沫塑料保温层，管道中心埋深1.5m。输油管线途经陕西省榆林市靖边县、志丹县，主要地形地貌有黄土塬、黄土梁峁、黄土斜坡、河流阶地、基岩等。由于倒罐、低库存、检修等原因，靖三联-靖二联输油管线自投运以来启停输频繁，2009年5月份平均输量为62m3/h，停输48次，累计停输时间239.5h，平均停输时间为5h/次，最长停输时间为15h/次，平均停输时间间隔为10.5h/次；2009年6月份平均输量为111m3/h，停输29次，累计停输时间为127h，平均停输时间为4h/次，最长停输时间为12h/次，平均停输时间间隔为20h/次。截止目前，由于管线无序运行，管线周围不能形成稳定的温场，导致发生4次轻微堵塞事故。频繁启停输使得新鲜油头未进站就成为死油。按排量65m3/h、管程26.27km计算，油头从靖三联到靖二联就需要13.6h。此外，若在冬季运行，容易导致凝管事故。因此，研究停输后原油的温降规律和允许停输时间对生产调度和管道的安全运行有重要指导意义[1]。

2 埋地热油管道停输后的温降影响因素

图1 停输后油温及土壤温度随时间的变化

由于管道周围土壤中蓄积的热量比管中存油的热容量大上百倍，故埋地热油管道停输后油温的下降主要取决于周围土壤的冷却情况。刚停输时管内壁油温与管外壁土壤间的温差较大，温降较快[2]。概括来讲分为2个阶段：①管内油温较快地冷却到略高于管外壁土壤温度；②管内存油和管外壁土壤作为一个整体而缓慢地冷却。图1所示为停输后油温及土壤温度随时间的变化情况，曲线1为实验场中实测的管道存油的冷却情况，油温为管中心部分测点的平均值；曲线2为计算的管外壁侧面土壤温度的下降情况。可以看出，在开始停输的10h内，油温下降比较迅速；当油温接近管外壁土壤温度后，温降要缓慢得多。

2.1管径的影响

表1 地温2℃时不同管径管道停输30h后的管内油温

埋地管道管径越大，管内原油的热容量和土壤蓄热量也越大，所以在同等条件下，大口径管道的温降较慢。表1所示为∅377～813mm管道在地温2℃时停输30h后温降的数值计算结果。由表1可知，管径越小，管内原油的热容量越小，停输过程管内油品降温幅度越大，如DN377输油管管内平均油温的降温幅度为DN813输油管降温幅度的1.7倍。

2.2地温的影响

表2所示为靖三联-靖二联管道在冬季和夏季地温条件下停输后温降的数值计算结果。由表2可知，受埋地热油管道准周期土壤温度场的作用，季节不同，管外土壤温度不同，管外土壤的蓄热量也不同。夏季，大气温度高，管外土壤蓄热量远大于冬季的管外土壤蓄热量。管外土壤温度高，油温与管外环境温差小，管道停输后，降温过程慢，同样的停输时间，降温幅度就小，而地温越低，则管内原油降温速率越快。

表2 靖三联-靖二联管道在冬、夏季不同地温条件下停输后原油温度变化

2.3油温的影响

管道在地温15℃时停输10h后，在管道出站处(停输前55℃)油温下降了16.3℃(停输10h后38.7℃)，而在管道进站(停输前28℃)处，油温仅下降5.3℃(停输10h后22.7℃)。因此，油温越高，与地温温差越大，温降就越大。

3 埋地热油管道停输后管内油温计算分析

由于土壤蓄热量及热阻均很大，埋地管道在停输后温降缓慢，可将管内原油的冷却过程视为一系列准稳定状态，列出在dτ时间内的热平衡方程。假设在dτ时间内，管内存油及钢管温降放热量等于管道向环境的散热，且总传热系数K′等于稳态运行时的K值，通过推导得到下式[3]：

令：

则：

(1)

式中，D、D1和D2分别为管道平均直径、钢管内径和外径，m；cy为油的比热容，J/(kg·℃)；ρy为油的密度，kg/m3；T为距离管道起点L处停输τ时间后的油温，℃；T0为管道埋深处土壤的自然温度，℃；K为管道稳态运行时的总传热系数。

对式(1)积分，当τ=0、L=0时，T=TR。此时距起点L处的油温TL可按苏霍夫公式计算[3]：

式中，TR为出口温度，℃；L为计算点距离管道起点的距离，m；G为原油的质量流量，kg/s；c为输油平均下降的比热容，J/(kg·℃)。

由此可得距起点任意距离L处停输τ时间后管内油温的近似计算式：

(2)

式中，τ为停输时间，s。

利用上述公式对靖三联-靖二联管线停输后原油温降模拟计算并与现场实测值进行比较，其结果如表3所示。由表3可以看出，根据式(2)计算停输后管内油温值与实测值的平均误差为0.97℃，最大误差为2.28℃，说明模拟计算值与实测值比较接近，这对于现场生产有一定指导意义。

表2 靖三联-靖二联管线停输后原油温降模拟计算值与实测值比较

4 结论与建议

1)通过研究埋地热油管道停输后的温降规律，将管内的原油冷却过程视为一系列准稳定状态，建立热平衡方程。利用该方法计算的停输后管内油温值与现场实测值较小，对生产调度有一定的指导意义。

3)夏季可适当降低进站温度，一般将进站温度控制在22～24℃左右，这样能达到节能降耗的目的。

4)冬季运行时若不可避免需要停输时应尽量缩短停输时间，同时可根据实际情况考虑加降凝剂输送甚至启用反输流程，以防发生凝管事故。

[1]杨筱蘅.输油管道设计与管理[M].北京：中国石油大学出版社，2006.

[2]刘晓燕，庞丽萍，王振.庆哈埋地管道允许停输时间的计算[J].油气储运，2003，22(5):18-21.

[3]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，1998.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.022

TE732

A

1673-1409(2012)09-N063-03

2012-06-19

傅波(1978-)，男，2002年大学毕业，工程师，现主要从事油气田开发管理方面的研究工作。

[编辑] 李启栋