江阴-无锡成品油管道停输后压力变化分析

陈春



江阴-无锡成品油管道停输后压力变化分析

陈春

（中国石化销售有限公司华东分公司扬州输油处，江苏 扬州 225000）

基于研究江阴-无锡段成品油管道停输后压力变化规律的目的，结合传热学、热力学理论和现场实际数据，建立了管内油品压力-温度变化模型，仿真模拟了成品油管段停输后压力的变化规律；在此基础上与现场实际数据相比较分析，提出修正系数，获得该段成品油管道停输后压力变化模型。通过计算给出油品温度变化1 ℃时管内压力的变化值，为保压停输的压力控制提供参考。

成品油管道； 停输；油品温度；压降模型

在成品油管道的日常运行过程中经常遇到计划或非计划停输，为了减少混油量以及检测管道是否存在泄露现象，管道需要保压停输。但在停输之后管道压力会随着油温的降低而下降，这对管道的泄露监测带来不便，因而有必要对管道停输后压力随温度变化规律进行研究[1-4]。为此，基于传热学与储运相关理论知识，建立成品油管道停输后压力-温度变化模型，对管道停输后压力变化进行预测，并与实际数据对比，提出修正参数，获得较为准确的压力变化预测模型。

1 建立停输后管道压力变化模型

对于某一确定的成品油管道，影响管道内压力变化的因素包括停输时间段的沿线地温、管道的沿线高程、管道内储存油品性质、停输时的油温以及其随着时间的变化率等。因此，本章对此进行建模，用于与现场数据进行对比，对实际管段进行压降计算，引入油品压缩性方程，对温度压降模型进行修正[5-9]。

1.1 基本参数

中石化华东销售苏南成品油管道运行批次较多，期间启、停输间隔较短，江阴至无锡管段沿线起伏不大（见图1），因此在停输保压期间，江阴至无锡段表现出了良好的保压效果，保压高于油品饱和蒸气压，故未出现油气两相现象。本文以江阴至无锡段的相关现场数据为基础进行停输期间的压力与温度变化关系的研究。

苏南成品油管道江阴—无锡段管长66.15 km，管径323 mm，壁厚6.4 mm，停输后江阴-无锡段压力值及变化趋势见图2。可以看出停输24 h内江阴-无锡管段压力自1.703 MPa降至1.37 MPa，下降趋势逐渐趋于平缓。江阴出站油温20.97 ℃，无锡进站油温19.58 ℃，江阴出站地温（Tq）为19.31 ℃，无锡进站地温（Tz）为19.37 ℃。本文采用未停输前江阴出站油品温度和无锡进站温度作为初始值。管道停输以后，管道内油品会与环境发生对流换热，停输开始的时候尤为剧烈，因此停输初期温度下降较快，压降也越大，到停输后期，对流换热效应逐渐减弱，压降随着温降的减小而减小。

图1 江阴-无锡段沿线高程

图2 江阴-无锡段管段压力变化曲线

1.2 模型建立

建立江阴-无锡段管道的土壤温度场物理模型，假设管道与土壤之间的总传热系数不变，所以忽略管壁的热阻。管道停输后温度随时间的变化方程式[10]：

D—管道内径，m；

D—管道外径，m；

—管道平均直径，m；

—总传热系数，W/(m2·℃)；

T—环境温度，℃；

—停输小时后的温度，℃；

T—开始停输时的温度，℃；

管道开始停输时的平均油温已知，以1 h为计算单位，便可以求出停输一段时间内每小时的管内平均油温。随着温度变化，管道压力的变化为：当管输油温由T1降至T2，压力也随之由P1降至P2，关系见式（2）：

式中：—管道的体积膨胀系数，管道为钢管时，≈3.3×10-5℃-1；

—管道的壁厚，mm；

—管材的杨氏弹性模量，管材为钢管时，E≈2×1011Pa ；

β—油品的体积膨胀系数，℃-1；

—油品的弹性系数，Pa；

2—后1时刻的油温，℃；

1—前1时刻的油温，℃；

—压差，Pa。

2 模拟计算

表1 停输管段内油品平均油温和比热容

由此数值模拟计算出停输24 h内管内压力的变化数值，见图3。

图3 江阴-无锡段2016年5月13日温度压降模拟对比

可见两者具有相同的下降趋势。在此基础上对式（2）进行修正，提出修正系数为0.8，模拟结果见图4，可见修正结果同实际压力变化趋势比较吻合。

图4 江阴-无锡段2016年5月13日温度压降修正模拟结果对比

图5 江阴-无锡段2015年5月13日温度压降修正模拟结果对比

为验证模型的准确性，本文对2015年5月13日停输后压力随温度变化趋势做出研究，见图5。结果可见，模型准确性及适用性较高。

3 结论

针对江阴-无锡成品油管道停输后压力随温度变化特点，利用传热学和热力学理论，建立压力-温度变化模型，基于初始数据进行仿真模拟压力随温度变化的趋势，并与现场实际数据进行对比，得出如下结论：江阴-无锡成品油管道停输后未出现油气两相现象，管道压力会随着油温的降低而下降，降低速率逐渐降低；温度下降1 ℃，管道压力会相应降低0.8 MPa左右；由于不同季节总传热系数变化很大，本文修正后的模型仅适用于每年同时期（5月）管道停输后的压力预测。

[1] 杨筱蘅，张国忠．输油管道设计与管理[M]．石油大学出版社，1996．

[2] 郭祎，许玉磊，刘佳，等．港枣成品油管道停输后管内压力下降原因[J]．油气储运，2010，29(9)：687-688．

[3] 邱东．九江-樟树成品油管道停输后压力下降分析[J]．石油库与加油站，2015，24(5)：8-10．

[4] 康凯. 埋地热油管道修复过程热力分析及模拟计算[D]．大庆：大庆石油学院，2010: 19-20.

[5] KANG K. The Thermodynamic Analysis and Simulation Computation on Buried Hot Oil Pipeline Service[D]．Daqing：Daqing Petroleum Institute，2010：8-11．

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[7] GONG J， ZHANG Q．Analyses of the Process Control and Technical Scheme of Urumch—Lanzhou Multi-Products Pipeline [J]．International Pipeline Conference，2008: 569-574.

Analysis on Pressure Drop of Jiangyin-Wuxi Oil Product Pipeline After Shutdown

（Sinopec Sales Co., Ltd. East-China Branch Yangzhou Oil Transmission Department, Jiangsu Yangzhou 225000, China）

In order to study the pressure variation law of Jiangyin-Wuxi oil product pipeline after shutdown, the pressure-temperature variation model was established by combining the heat transfer theory, thermodynamics theory and field data. The pressure variation of oil product pipeline after shutdown was simulated. On this basis, simulated results were compared with the actual data in the field, the correction coefficient was proposed. Finally, the pressure variation model of Jiangyin-Wuxi oil product pipeline after shutdown was got. When the temperature of the oil was changed by 1 ℃, the variation of pressure in pipeline was calculated, which could be used as a reference for pressure control after the shutdown of pipeline.

oil product pipeline; shutdown; oil temperature; pressure drop model

TE 832

A

1004-0935（2017）09-0886-03

2017-04-28

陈春（1989-），男，工程师，硕士学位，江苏省南京市人，2015 年毕业于中国石油大学（北京）是由于天然气工程专业，研究方向：长距离成品油管网建设、运营与管理。