庆哈输油管道热力计算模型研究

丁 慧（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

庆哈输油管道热力计算模型研究

丁 慧
（东北石油大学，黑龙江大庆 163318）

中国东部的长输管道主要输送高含蜡原油，含蜡原油在常温状态下的流动性较差，所以常采用加热输送工艺。为保证管道安全输送油品、同时能够经济运行，则应该研究正常运行工况下管道的热力特性，建立热力模型，使用模型计算不同工况（不同季节、不同输量等）下输油管道沿线的温度，与实际数据相对比，进行误差分析，总结温度的分布规律。

长输管道；加热输送；热力特性；误差分析

庆哈输油管道全长182.8km，全线共设四座输油站，输量为200～300万t/a。根据庆哈输油管道的实际运行状况，以管道中上一站最高出站温度和下一站最低进站温度为条件统计出庆哈输油管道每年12个月中每个月的平均运行参数作为计算数据，根据每个月环境温度不同绘制出庆哈输油管道每个月的温降曲线，分析数据、曲线从而得出结论［1］。

1　轴向温降计算公式

设管道周围介质温度为t0，dl微元段上油温为t，管道输油量G，水力坡降为i，流经dl段后，油流产生温降dt。在稳定工况下，dl微元段上的能量平衡式如下［2］：

设管长L的管段内总传热系数K为常数，忽略水力坡降沿管长的变化，对上式分离变量并积分，可得沿程温降计算式，即列宾宗公式［3］。

2　热油管道的总传热系数计算公式

运用传统的计算方法，总传热系数计算公式如下，［4-5］。

式中 D——计算直径，对于保温管道可取内外直径的平均值，m；

D1——管道的内直径，m；

DW——管道的结构外径，即钢管的外防腐层或保温层所形成的外径，m；

Di，Di+1——钢管、绝缘层及保温层的内径、外径，其单位分别为m、m；

λi——与上述各层响应的导热系数，W/（m·℃）；

α1——油流至管内壁的放热系数，W/（m2·℃）；

α2——管外壁至土壤的放热系数，W/（m2·℃）。

3　热力计算模型的影响因素

经过分析，管道内介质的流量、管道的总传热系数K值是影响管道温降计算的主要因素。根据管道的类型和实际运行情况可以选择反算插值方法来求得传热系数，同时选择拉格朗日插值法对传热系数进行插值计算。

其多项式表示为：

4　庆哈输油管道总传热系数计算

应用上述方法计算出庆哈输油管道全年不同管段的总传热系数，结果如表1所示。

表1　庆哈输油管道全年不同管段总传热系数

5　在典型工况下管道温降的计算

应用建立的热力计算模型和求得的管道传热系数，分析计算庆哈输油管道在不同季节、不同输量下不同管段的沿线温度变化规律［6］。取四个月份每月起点的平均温度作为起点温度，取每月的平均输量，最高输量和最低输量，分别对不同输量下管道的沿线温降进行计算（见表2）。各工况如下：

表2　首站-中一站管道计算工况

（1）首站-中一站

图1　一月不同输量下管道沿线温降曲线

图2　四月不同输量下管道沿线温降曲线

图3　七月不同输量下管道沿线温降曲线

图4　十月不同输量下管道沿线温降曲线

运用模型得出的数据与实际温降结果的对比分析如表3所示：

表3　首站-中一站温降对比

（2）中一站-中二站

表4　中一站-中二站管道计算工况

图5　一月不同输量下管道沿线温降曲线

图6　四月不同输量下管道沿线温降曲线

图7　七月不同输量下管道沿线温降曲线

表5　中一站-中二站温降结果对比

图8　十月不同输量下管道沿线温降曲线

（3）中二站-末站

表6　中二站-末站管道计算工况

图9　一月不同输量下管道沿线温降曲线

图10　四月不同输量下管沿线温降曲线

图11　七月不同输量下管道沿线温降曲线

图12　十月不同输量下管道沿线温降曲线

表7　中二站-末站温降结果对比

用上文建立的热力计算模型得出的首站-中一站、中一站-中二站、中二站-末站管段的终点温度与实际运行数据的平均相对误差分别为5.9%、3.95%和3.48 %，满足计算精度的要求。

6　结论

依据上文的计算结果，归纳出以下结论：

1）环境温度影响输油管道的温降结果，表现为：输量相同时，管道的热损失随着环境温度的升高而减小，沿线温降梯度也越来越小，反之亦然。夏季输油管道的温降普遍低于冬季，所以，应该提高冬季输油管道的起点温度。

2）管道输量会影响输油管道温降的结果，其他参数相同时，输量越大，管道沿线散热损失越小，温降梯度会降低。因此，应该根据管道输量的大小，合理调整输油温度管道的输油温度，从而降低管道的输油能耗。

［1］ Hooker P R.Temperature and Heat Transfer Along Buried Liquids pipelines［J］.Society of Petroleum Engineers，1978，5：747-753.

［2］ 王凯，吴明.热油管道输送含蜡原油的轴向温降计算［J］.管道技术与设备，2005，（2）：8-9.

［3］ 杨筱蘅.输油管道设计与管理［M］.东营：中国石油大学出版社，2013.

［4］ 德翔恩.长输原油管道热力计算［J］.管道技术与设备，1994（5）：5-7.

［5］ 王海琴.含蜡原油热输管道沿程温降计算［J］.油气储运，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，山东梁山人，研究生在读，主要研究方向为石油与天然气工程。