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埋地熱油管道安全停輸時間計算方法及其影響因素

文檔作者：羅丹汪敏肖金華吳玉國文檔來源： 1．遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院 2．中國石油天然氣管道工程有限公司 3．中國石油天然氣管道通信電力工程總公司，		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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第43卷第10期
2014年10月
當 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．43．No．1 0
October，201 4
埋地熱油管道安全
停輸時間計算方法及其影響因素
羅丹 ，汪敏 ，肖金華。，吳玉國
(1．遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院，遼寧撫順113001； 2．中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊065000；
3．中國石油天然氣管道通信電力工程總公司，河北廊坊065000)
摘 要：加熱輸送是目前易凝高粘原油的最主要的廣泛采用的輸送工藝，但管道停輸時間過長，易導(dǎo)致凝
管事故。為了避免凝管事故的發(fā)生，需要對輸油管道的停輸安全性進行研究。介紹了埋地熱油管道安全停輸時
間的近似計算方法，并結(jié)合計算實例分析了安全停輸時間的主要影響因素。
關(guān)鍵詞：停輸；安全停輸時間；影響因素
中圖分類號：TE 832 文獻標識碼： A 文章編號： 1671—0460(2014)10—2137—03
Calculation M ethods and Influence Factors of the M aximum
Allowable Time of Shutdown for BUried Heated Pipelines
LUO Dan ， WANGMi ，XIA0Jin—huas． WU Yu-guo
(1．College ofPetroleum Engineering,Liaoning Shihua University,Liaoning Fushun 113001，China
2．China Petroleum Pipeline Engineering Corporation，Hebei Langfang 065000，China
3．China Petroleum Pipeline Communication Power Engineering Corporation，Hebei Langfang 065000，China)
Abstract：Nowadays．heating transpo~ method for high pour point and viscous Oi1 is mainly and widely used．But if
time of shutdown is too long，pipeline solidification accident is possibly caused．Therefore．it is necessary to research
pipeline shutdown safety in order to protect the pipelines．In this paper,all approximate calculation method of
maximum allowable time of shutdown for buried hot oil pipelines was mainly discussed．A calculation example was
given，and the influence factors ofthe maximum allowable time ofshutdown were analyzed．
Key words：Shutdown ；Max imum allowable time of shutdown ；Influence factor
易凝高粘原油在常溫下流動l生較差，通常需要
采用加熱或添加化學(xué)劑等方法改善其流動性才能在
管道中輸送。我國所生產(chǎn)的原油大多為易凝高粘原
油，自20世紀5O年代起，易凝高粘原油安全、經(jīng)
濟輸送的理論和技術(shù)一直是我國油氣儲運科技進步
的重點方向之一，但是，加熱輸送仍然是易凝高粘
原油的最主要的廣泛采用的輸送工藝n 。
熱油管道的輸油溫度一般高于原油凝點，但管
道停輸時間過長，仍可導(dǎo)致凝管。由于原油長輸管
道受自然環(huán)境、人為因素破壞及輸送工藝變化等的
影響，不可避免地會發(fā)生停輸事故。我國已建的東
部管網(wǎng)大都運行了30 a以上，逐漸進人事故高發(fā)期，
加之近些年來打孔盜油等人為破壞管道安全的行為
呈上升趨勢，導(dǎo)致管道停輸次數(shù)增多，這給管道的
安全運行帶來一定威脅。因此，有必要對輸油管道
的停輸安全眭進行研究。
1 計算方法
對于埋地管道，考慮到停輸后溫降受管道周圍
土壤較大的蓄熱量和熱阻的影響比較緩慢這一點，
管內(nèi)原油停輸后的冷卻過程可以按一系列準穩(wěn)定狀
態(tài)處理，列出其微元時間段內(nèi)的熱平衡方程，進行
近似求解。
求解是基于以下假設(shè)條件下進行的。
(1)忽略管內(nèi)橫截面上溫度梯度、軸向溫降；
(2)總傳熱系數(shù)恒定；
(3)忽略原油物性隨溫度的變化；
(4)環(huán)境溫度恒定；
(5)不考慮保溫層的熱容量；
(6)微元時間段內(nèi)，因管內(nèi)存油及鋼管溫降
產(chǎn)生的放熱量等于管道的散熱，總傳熱系數(shù)等于穩(wěn)
態(tài)時的傳熱系數(shù)值。
在以上假設(shè)下列出微元段時間內(nèi)的熱平衡方程
并進行積分、整理即得到埋地熱油管道安全停輸時
間的近似計算公式：
f =(L h rr-一 ro一 GL)／ 6 ㈩
收稿日期： 2014-03—28
作者簡介： 羅丹(1993-)，女，研究方向：油氣儲運工程。
通訊作者： 吳玉國(1977一)，男，副教授，博士，研究方向：油氣儲存與運輸。E-mail：wyg0413@i 26．corn。
化 工 2014年10月
式中：
- l —]
。4~yP 、。。一 一 cg
式中： —停輸終了溫度，℃；
一出站溫度，℃；
f一安全停輸時間，s；
D、D 、D廠管道的平均直徑、管道內(nèi)徑和管道外徑，
G一質(zhì)量流量，kg，m’；
一油和管材的比熱，J／(kg· )；
pg一油和管材的密度，kg／m 。
其中，熱油管道停輸終了溫度取決于允許的最
低進站溫度。至于原油最低進站溫度，則應(yīng)依據(jù)管
道狀況以安全經(jīng)濟為原則確定，宜高于所輸原油凝
點3℃ 。
2 計算實例
以西部原油管道鄯善至四堡段輸送北疆油時為
例計算熱油管道的安全停輸時間，所涉及到的有關(guān)
參數(shù)情況如表1所示。
表1 算例中管道及原油相關(guān)參數(shù)
Table 1 Pipeline and oil related parameters in example
根據(jù)以上表格中的已知數(shù)據(jù)以及前文所述方
法進行計算，即可得到相應(yīng)條件下的安全停輸時間：
79．72 h。
3 安全停輸時間的影響因素
從以上所介紹的埋地熱油管道安全停輸時間計
算方法當中，不難看出其影響因素很多，包括管道
的總傳熱系數(shù)、原油的物性、出站溫度、輸量等，
為了更清楚地了解各主要因素影響情況，以上述算
例為基礎(chǔ)進行不同條件下的安全停輸時間計算。
3．1 輸量
輸量是對熱油管道溫降影響較大的兩個參數(shù)之
一
。隨著輸量的減小，油溫下降速度將顯著增大，
而且由于輸量的不同也導(dǎo)致沿線的停輸開始時刻油
溫不同，這些必然對管道安全停輸時間產(chǎn)生影響。
為考察具體影響情況，計算了不同輸量下的管道安
全停輸時間。
計算結(jié)果和安全停輸時間隨管道輸量的變化
關(guān)系如表2和圖1所示。結(jié)果表明輸量的變化導(dǎo)致
安全停輸時間的不同是比較明顯的，例如，年輸量
從1 040×104t增加至2 000X 104t，對應(yīng)的安全停
輸時間的差別達到了40 h以上。從總體的趨勢上看，
隨著輸量的增大，安全停輸時間延長；在輸量比較
大的范圍內(nèi)，安全停輸時間隨輸量增大而延長的趨
勢變緩。
表2 不同輸量下的安全停輸時間
Table 2 The safe shutdown time under different flow
道輸墾／m ·s。
圖1 不同輸量下的安全停輸時間
Fig．1 The safe shutdown time under diferent flow
3．2 總傳熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)是另一個對熱油管道溫降影響較
大的參數(shù)，它表示管內(nèi)油流至周圍介質(zhì)散熱的強弱，
是計算熱油管道溫降的關(guān)鍵參數(shù)，總傳熱系數(shù)增大
時，溫降將顯著加快。為考察其對安全停輸時間的
具體影響情況，計算了不同總傳熱系數(shù)下的管道安
全停輸時間。
計算結(jié)果和安全停輸時間隨總傳熱系數(shù)的變
化關(guān)系如表3和圖2所示。結(jié)果表明總傳熱系數(shù)的
變化導(dǎo)致安全停輸時間發(fā)生明顯變化，例如，總傳
熱系數(shù)從1．0 W／m ·℃)增加至2．0 W／(m ·oC)，對
應(yīng)的安全停輸時間的差別超過了40 h。從總體的趨
勢上看，隨著總傳熱系數(shù)的增大，安全停輸時間明
顯縮短；在總傳熱系數(shù)比較大的范圍內(nèi)，安全停輸
時間隨總傳熱系數(shù)增大而縮短的趨勢變緩。
第43卷第10期 羅丹，等：埋地熱油管道安全停輸時間計算方法及其影響因素 2139
表3 不同總傳熱系數(shù)下安全停輸時間
Table 3 The safe shutdown time under diferent heat
transfer coefi cient
總傳熱系數(shù)／w·m ·℃
圖2 不同總傳熱系數(shù)下安全停輸時間
Fig．2 The safe shutdown time under different heat transfer
coefficient
3．3 出站油溫
熱油管道出站油溫的確定要考慮油品的粘溫
特性，熱脹和溫度應(yīng)力等安全因素以及經(jīng)濟性等，
也跟停輸時間有很大關(guān)系。出站溫度越高，進站溫
度就越高，雖然提高出站溫度并不能獲得等值的進
站溫度升高，也會延長安全停輸時間。為考察其對
安全停輸時間的具體影響情況，計算了不同出站溫
度下的管道安全停輸時間。
計算結(jié)果和安全停輸時間隨H{站溫度的變化
關(guān)系如表4和圖3所示。結(jié)果表明出站溫度的變化
導(dǎo)致安全停輸時間發(fā)生明顯變化，例如，出站溫度
從5O 增加至70℃，對應(yīng)的安全停輸時間的差別
近40 h。從總體的趨勢上看，隨著出站溫度的增大，
安全停輸時間延長；在出站溫度比較大的范圍內(nèi)，
安全停輸時間隨出站溫度增大而延長的趨勢變緩。
但是，相對獲得出站溫度的提高、安全停輸時間的
延長而言，需要出站溫度更大程度的提高，能耗費
用代價較大。
表4 不同出站油溫下的安全停輸時間
Table 4 The safe shutdown time under diferent out．station
temperature
圖3 不同出站溫度下安全停輸時間
Fig．3 The safe shutdown time under diferent out-station
temperature
3．4 凝點
凝點是與熱油管道安全停輸時間關(guān)系最為密
切的油品流動特性參數(shù)，加熱站的進站溫度基本是
依據(jù)油品凝點來確定的。對于同樣的停輸開始時刻
溫度，凝點越低，安全停輸時間越長。為考察其對
安全停輸時間的具體影響情況，計算了不同凝點下
的管道安全停輸時間。
表5 不同原油凝點下的安全停輸時間
Thble 5 The safe shutdown time under diferent oil
condensation point
原油凝點／℃
圖4 不同凝點下安全停輸時間
Fig．4 The safe shutdown time under diferent oil
condensation point
計算結(jié)果和安全停輸時間隨出站溫度的變化
關(guān)系如表5和圖4所示。結(jié)果表明凝點的變化導(dǎo)致
安全停輸時間發(fā)生明顯變化，例如，凝點從30℃
降至20℃，對應(yīng)的安全停輸時間的差別近5O h。
從總體的趨勢上看，隨著凝點的降低，安全停輸時
間延長；在凝點比較高的范圍內(nèi)，安全停輸時間隨
凝點降低而延長的趨勢相對較緩。
(下轉(zhuǎn)第2142頁)
2142 當 代 化 工 2014年10月
泄漏的影響，總結(jié)出各類因素對燃氣管道泄漏過程
影響的重要程度。另外，對泄漏口徑的不同形狀也
進行了討論。目前國內(nèi)外對天然氣管道泄漏檢測技
術(shù)的研究已取得了階段性的成果，根據(jù)泄漏介質(zhì)的
不同，泄漏檢測可以分為直接和間接兩種檢測方式；
根據(jù)檢測手段的不同又可以分為，基于硬件和軟件
的兩種不同的檢測方法 。通過近幾十年在天然
氣泄漏方面問題的研究 ，國內(nèi)外學(xué)者雖然在描述
管道泄漏氣體擴散的控制方程達成一致，但氣體泄
漏擴散過程的研究依然不夠全面。
目前，國內(nèi)外對天然氣管道的泄漏過程研究尚
無成熟理論。國內(nèi)對天然氣管道泄漏擴散問題的研
究還不夠深入。隨著世界天然氣工業(yè)的發(fā)展和計算
機技術(shù)的不斷進步，對天然氣泄漏問題的研究將逐
步走向成熟。
4 未來發(fā)展趨勢
未來10年是天然氣市場發(fā)展高峰期，國內(nèi)各大
油田的天然氣在積極的開采，國外優(yōu)質(zhì)天然氣也會
被引用，因此，如何合理定價，在未來天然氣市場
中，將起到主導(dǎo)作用，管道安全方面需要科技工作
者，多做工作力求模擬到位，預(yù)防為主。
未來十年，我國天然氣長輸管道及配套城市燃
氣管網(wǎng)和大型地下儲氣庫，將進人大規(guī)模建設(shè)時期，
在基礎(chǔ)設(shè)施完善的情況下，會提高人民的生活水平。
力求天然氣資源能在安全的管道運輸下，運輸?shù)接?
戶家中。
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究[J]．當代化工，2014，43(6)：1084—1096．．
(上接第2139頁)
可以通過添加降凝劑等方式降低油品的凝點
以提高管道輸油的安全性、降低管道停輸再啟動的
難度。
4 結(jié)束語
基于管道熱平衡分析在一定假設(shè)條件下得出
了埋地熱油管道安全停輸時間的近似計算方法，結(jié)
合實例分析了各主要因素的影響，根據(jù)分析結(jié)果可
知，為了保障熱油管道的安全性，兼顧經(jīng)濟性盡可
能維持較高的輸量，采取措施降低總傳熱系數(shù)、油
品的凝點。
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