稠油管道与柴油管道同沟敷设热力分析

万捷，李卫涛，曹喜文，丁川

新疆石油勘察设计研究院（有限公司），新疆克拉玛依834000

稠油管道与柴油管道同沟敷设热力分析

万捷，李卫涛，曹喜文，丁川

新疆石油勘察设计研究院（有限公司），新疆克拉玛依834000

某油田稠油外输采用掺柴油降黏输送工艺，稠油管道加热外输，柴油管道常温输送，两条管道同沟敷设。对于同沟敷设的管道（特别是加热输送的油品管道），管道之间的相互热影响情况需要研究与探讨。在介绍了工程概况的基础上，应用特征线法推导出描述管内非稳定流动及油流温度分布的特征线方程，并通过差分法求出管道各节点温度的表达式，而后利用ANSYS进行计算。计算结果表明：柴油管道对稠油管道前段基本无热影响，对后段进站有微小正的影响，在设计中可以不予考虑，但在施工中一定要确保保温层的厚度及质量，并严格按规定包裹管道，否则会使管道散热增大，导致稠油进站温度降低。

稠油管道；柴油管道；同沟敷设；热力影响；ANSYS；加热输送

1 稠油管道与柴油管道双管同沟敷设问题概述

某油田稠油外输采用掺柴油降黏输送工艺，即先把炼油厂柴油输送至稠油管道首站与稠油混掺处理后回输至炼油厂，然后将混油分离出的柴油再输送至首站，如此循环。稠油管道与柴油管道同沟敷设，稠油采用加热输送，首站出站温度95℃，柴油出站温度40℃，站间距离103 km。稠油管道采用厚60 mm聚氨酯泡沫保温，柴油管道不保温，两条管道均采用一泵到底的密闭输送工艺，见图1。

图1 管道流向示意

本文主要对大温差管道同沟敷设且逆向输送时，两条管道之间的热影响情况进行分析，探讨了同沟敷设大温差管道相互间的热影响程度和热影响因素。

2 数学模型的建立

总的计算思路是应用特征线法推导出描述管内非稳定流动及油流温度分布的特征线方程，并通过差分法求出管道各节点温度的表达式[1]。模型假设油流为均匀介质，温度只是时间和管道轴向位置的函数，忽略土壤的轴向温降[2]。

基于上述假设，参照图2，建立了单管敷设和双管同沟敷设的数学模型，并利用ANSYS进行计算。

图2 数学模型示意

3 计算结果分析

3.1 计算条件

根据已建立的数学模型，确定本研究的计算参数如下：稠油管道D457 mm×7.1 mm，输量500万t/a（混合后油品），保温层厚60 mm，保温层导热系数0.03 W/（m·K），出站温度95℃，管顶埋深1.7 m。柴油管道D 219 mm×5.2 mm，输量100万t/a，出站温度40℃。土壤导热系数取1.5 W/（m·K），地温2℃，两条管道净距1.2 m，管道长度103 km。

3.2 结果分析

图3～6给出了稠油黏度为400 mPa·s、土壤导热系数为1.5 W/（m·K）时，单管敷设稠油管道不同位置的土壤温度场。图7～10给出了稠油黏度为400 mPa·s、土壤导热系数为1.5 W/（m·K）时，双管敷设稠油/柴油管道不同位置的土壤温度场。

图3 单管出站处温度场/K

图4 单管34 km处温度场/K

图5 单管68 km处温度场/K

对比单管敷设和双管同沟敷设的土壤温度场可以看出，双管敷设的稠油管道出站处（对于柴油管道为进站处）土壤温度场受稠油管道影响较大，进站处（对于柴油管道为出站处）土壤温度场受柴油管道影响较大。热柴油在稠油管道进站处的加热作用使稠油管道进站处的土壤温度上升。

图11对比了双管同沟敷设下稠油温度和单管敷设下的稠油温度，可以看出在稠油管道的出站处，稠油温度基本不受柴油管道的影响，在稠油管道的进站处稠油温度受柴油管道的影响，稠油温度有微小幅度上升。从图11中还可看出，虽然柴油管道对稠油管道的温度有微小的正的影响，但在工程中可以忽略不计。

图6 单管进站处温度场/K

图7 双管出站处温度场/K

图8 双管34 km处温度场/K

图9 双管68 km处温度场/K

图10 双管进站处温度场/K

图11 单管敷设和双管敷设的稠油管道沿线温度对比

4 结论

（1）双管敷设时，柴油管道对稠油管道前段基本无热影响，对后段进站有微小正的影响，在设计中可以不予考虑。但在施工中一定要确保保温层的厚度及质量，并严格按规定包裹管道，否则会使管道散热增大，导致稠油进站温度降低。

（2）随着稠油管道保温层的老化，稠油管道进站温度有下行趋势，而柴油管道油温会逐渐上升。

[1]宇波，凌霄，张劲军，等.成品油管道与热原油管道同沟敷设技术研究[J].石油学报，2007，28（5）：149-152.

[2]赵汉宁，张军，王新峰.双管同沟敷设施工工艺在西部管道工程的应用[J].青海石油，2008，26（1）：81-84.

Thermodynamic Analysis on Both HeavyOilPipeline and DieselOilPipeline L aying in One Trench

WAN Jie，LIWeitao，CAO Xiwen，DING Chuan
Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute，Kelamayi834000，China

An oilfield applies the transportation process of blending dieseloilinto heavy oilto decrease viscosity，in which the heavy oil pipeline adopts heating transmission mode，the diesel oil pipeline adopts normal temperature transmission mode.Both pipelines are laid in one trench.The mutual thermal influence between the two pipelines should be researched.This paper uses the method of characteristics to derive the equation of characteristics that describes unstable flow and its temperature distribution in the pipeline，and obtains temperature expression at pipeline nodes by difference method，then applies ANSYS to calculate.The calculation results show that the diesel oil pipeline has basically no thermal influence on the front section of the heavy oil pipeline and has slight positive influence on the back-end section so that it can be ignored in design，but the thickness and quality of the thermalinsulation layer must be ensured in construction.Otherwise，the thermal dissipation willincrease and lead to decrease the temperature of heavy oilentering the station.

heavy oilpipeline；dieseloilpipeline；laying in one trench；thermodynamic influence；ANSYS；transmission by heating

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.05.007

万捷（1970-），男，江西南昌人，高级工程师，1994年毕业于西南石油学院石油储运专业，主要从事油气储运方面的设计工作。

2015-06-17