热油管道温降计算程序开发

张经纬

（广州船舶及海洋工程设计研究院，广州510250）

1 程序开发背景

在热油沿管道输送的过程中，由于其油温远高于管道周围的环境温度，油流所携带的热量将不断地散失，因而使油流不断地降温，即引起轴向温降。轴向温降的存在，使油流的粘度不断上升。当油温降低至接近凝点时，单位管长的摩阻将急剧升高。由于油是一种混合物，温度降低太多可能会使部分混合物凝析，甚至附着在管路上，从而增加管路的输送阻力，更有可能腐蚀管路，故无论是在设计热油管道时，或是在进行管路热油输送时，均必须考虑将油流加热到多高温度输入管道、选择什么样的输送工艺、在管道沿途隔多远需要建一个中间加热站等因素。

然而，热油管道温降的计算受到诸多因素的影响，而且由于输送环境、油品及油泵特性等因素的变化，常需进行反复的计算和分析。因此如果能将该运算过程进行程序化，则不仅可以迅速得到温降的结果，还可便捷地分析由于各种因素变化导致的温降变化情况。

2 程序开发目标

本程序开发的目标有两个：（1）将温降计算过程程序化，通过对热油输送管线进行参数的输入和改变，即可得出温降的计算结果；（2）设置专门的分析比较窗口，可以在其他参数不变的情况下，通过改变燃油流速、管路内径、管路周围介质温度、管路起点油温四个参数中的其中一个，对比不同的结果曲线，同时显示当前工况下的结果曲线和20个等距离点的计算结果。

3 程序功能

3.1 热油管路温降计算

本程序通过参数输入，点击计算结果控件，即可直接计算管路的温降值。通常情况下，对于特定的油品而言，温度值和粘度值是相互对应的。本程序终点的运动粘度设为已知值，使用该程序时可以适当调整运动粘度的值，使计算出来的温度值与粘度值对应接近，即可认为结果是正确的。因为造成热油输送温降的主要原因是来自热油与外界的温差，热油与外界的传热系数、输送距离等因素。在稳定工况下，油品的自身粘度特性对热油输送管的温降影响不太明显，所以终点的运动粘度只需要与终点的计算温度对应接近即可。

3.2 显示演算过程

3.3 分析比较

本程序设有分析比较窗口，可以通过点击分析比较控件进入该窗口。

分析比较窗口设计可以在其他参数不变的情况下，通过改变燃油流速、管路内径、管路周围介质温度、管路起点油温四个参数中的其中一个，对比不同的结果曲线，同时显示当前工况下结果曲线和20个等距离点的计算结果。

4 程序算法原理

4.1 计算算法原理

本过程的算法原理，主要是利用所输入的参数进行相关过程参数的计算和流态的判断等，再利用稳态工况下管路的温降公式进行计算[1-2]。对计算出来的温度需要和预先输入的终点运动粘度值进行对比，若该值与油品的特性值相近，即可认为该计算结果正确；若与油品的特性值相差甚远，则需修正终点运动粘度，再进行运算比较，直至与油品的特性值相近。

4.2 曲线绘制及数值显示

本程序曲线绘制的原理，主要是利用程序计算若干段小距离的管路终点油温值，然后将这些值通过直线将其接连起来，并将当前工况下的20个等距离点的计算结果赋值在列表框中给予显示，以便于观察和分析管路的温降过程。

5 程序界面窗口

本程序基于Visual Basic语言进行编制，程序共设有3个窗口。第1个窗口为程序界面窗口。

（1）窗口1最上方为程序设计的燃油输送模型，燃油经输油泵站输出，通过管路，输送至目的地；

（2）窗口1中间部分为程序的参数输入界面，包括：管路的管长L(m)、管路内径D(m)、管路周围介质温度T0(℃)、泵站流量Q、管路起点油温TR(℃) 、管壁的绝对当量粗糙度e(mm)、油的热容C(kJ/(kg·℃) )、油流密度ρ(kg/m3)、油流至周围介质的总传热系数K(kW/m2·℃)、管路油品的起点运动粘度(10-6m2/s)、管路油品的终点运动粘度(10-6m2/s)等参数，这些参数的数值均显示为黑色。每一个参数的单位均作出了规定，考虑到使用习惯，流量单位有m3/h或t/h，默认采用m3/h；

（3）窗口1下半部分为计算结果及一些重要参数的数值和流态，包括：管路起点水力坡降iq、起点雷诺数及其流态、管路终点水力坡降iz、终点雷诺数及其流态、燃油流速V(m/s)、管路终点油温TL(℃)。所有的输出参数的数值均显示为红色，每一个参数的单位同样均做出了规定；

（4）窗口1最下方有4个控件按钮，分别为计算结果、显示演算过程、分析比较和结束退出。

①每个探水钻孔无论有无涌水，都必须进行压力注浆。②成孔后，立即安装压浆器进行注浆，注浆完毕应待浆液达到初凝状态后，再进行下一个探水孔施工。

6 计算过程界面窗口

本程序的第2个窗口为计算过程界面窗口。

（1）窗口2的计算依据来自窗口1的输入参数，利用前述的步骤和原理进行逐步计算。管路终点油温计算采用红颜色字体进行标注；

（2）窗口2最下方有3个控件按钮，分别为返回参数输入界面、分析比较和结束退出。

7 分析比较界面窗口

本程序的第3窗口为分析比较界面窗口。

窗口3为多结果的分析比较窗口，窗口最下方有3个控件按钮，分别为结果显示、返回参数输入界面和结束退出。

本程序设计可以通过点击流速V(m/s)、管路内径D(m)、管路周围介质温度T0(℃)、管路起点油温TR(℃)，在相应的文本框内修改相应的数据，然后点击结果显示，即可得到改变某一工况的温降曲线对比，以及当前工况下20个等距离点的计算结果，为逐一改变管路油温TR(℃) 的显示结果。

8 结束语

本程序基于稳态工况下对热油管道的温降进行计算和分析，虽然无法动态模仿实际工况下管道温降情况，但可在稳态工况下，对相关参数的极限低值和极限高值进行分析和比较，迅速判断出热油输送温降的安全性。

Visual Basic提供了非常方便的窗口设计平台，若能够将安全停输时间分析、水锤分析等影响热油管路输送的安全性指标集成开发，相信可以对热油输送管路的安全性运作提供更加全面的帮助。

[1] 严大凡.输油管道设计与管理[M].石油工业出版社，1986.

[2] 杨莜蘅.输油管道设计与管理[M].中国石油大学出版社，2006.

[3] 王栋.Visual Basic程序设计实用教程[M].清华大学出版社，2000.

[4] 苗青，闫锋，徐波等.基于可靠性的原油管道流动安全管理体系构建[J].油气储运，2013，32(8).

[5] 毛珊，王欣然，宇波等.原油管道YOYO系统流动安全性[J].油气储运，2012，31(5).