含蠟原油長(zhǎng)輸管道平均溫度研究

1、含蠟原油長(zhǎng)輸管道平均溫度研究study on average temperature in long distance waxy oil pipeline摘要：含蠟原油長(zhǎng)輸管道工藝計(jì)算因考慮物性參數(shù)與油溫的關(guān)系而變得復(fù)雜。從輸送距離、壓降和油溫這三者之間的關(guān)系式出發(fā)，引出了具有物理意義的三個(gè)平均溫度。當(dāng)以析蠟點(diǎn)溫度和反常點(diǎn)溫度作為分界點(diǎn)進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)，三個(gè)平均溫度具有高度的一致性，并在不同溫度區(qū)間呈現(xiàn)出非常好的線性關(guān)系。本文給出的綜合平均輸油溫度計(jì)算式和相應(yīng)計(jì)算方法使含蠟原油長(zhǎng)輸管道的工藝計(jì)算快捷而準(zhǔn)確。該方法可以應(yīng)用于較大的溫度區(qū)間，同時(shí)適用于層流和紊流。關(guān)鍵詞：長(zhǎng)輸管道；含蠟原油；平均溫度

2、；水力計(jì)算；熱力計(jì)算含蠟原油熱輸管道的沿線溫度按近似于對(duì)數(shù)曲線規(guī)律變化1，而與油流溫度相關(guān)的物性參數(shù)，如密度、粘度（或表觀粘度）、比熱容等均按自身規(guī)律隨油溫變化，管道工藝計(jì)算過(guò)程中充分考慮原油物性隨溫度的變化規(guī)律，對(duì)于保證計(jì)算的精確性是十分必要的。但為了計(jì)算的簡(jiǎn)便，文獻(xiàn)和規(guī)范中引入了可用于任一溫度區(qū)間的輸油平均溫度及其算法12，導(dǎo)致不同計(jì)算公式的結(jié)果之間產(chǎn)生矛盾，而且計(jì)算結(jié)果精度較差45。本文給出幾種有實(shí)際意義的平均溫度計(jì)算方法，并通過(guò)計(jì)算實(shí)踐給出了與理論平均溫度有良好近似的輸油平均溫度計(jì)算公式，提高了計(jì)算的快捷性，同時(shí)能有效減小不同計(jì)算方法所得結(jié)果之間的差異。1 長(zhǎng)輸管道沿程溫度與壓降計(jì)算長(zhǎng)

3、輸熱油管道的工藝計(jì)算主要包括兩個(gè)方面：沿線油溫分布和沿線壓降分布。1.1 管線沿程溫度分布對(duì)dl的管道微元運(yùn)用能量方程式，對(duì)于穩(wěn)定工況，有 (1)式中： k，管道總傳熱系數(shù)，w/（m2）；t0，管道中心埋深處的自然地溫，；dp，微元管道上的壓降，pa；dl，微元管道長(zhǎng)度，m；g，重力加速度，m/s2。 (2)方程式(1)經(jīng)過(guò)積分得到出站管道長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)油溫的關(guān)系: (3)式中：tl，距離出站口l處的油溫，；tr，管道的出站溫度，。1.2 管道沿線壓降的計(jì)算距離出站口l處消耗的壓降為 (4)將式（3）的右端表示成數(shù)值積分，從出站溫度tr開(kāi)始，以微元溫度逐步下降，計(jì)算對(duì)應(yīng)溫度下所需的物性參數(shù)1,2和

4、摩阻系數(shù)3，由式（3）就可計(jì)算出出站距離與管中油溫的關(guān)系。進(jìn)而利用式（4）求出出站距離與摩阻的關(guān)系，求解時(shí)式（4）的右端同樣用數(shù)值積分表示，利用已經(jīng)求出的與出站距離相對(duì)應(yīng)的油溫、油品物性和摩阻系數(shù)，就可求出與出站距離相對(duì)應(yīng)的壓降。1.3管線壓降與油溫的關(guān)系根據(jù)式（1），令，并結(jié)合，則可得到熱油管道沿線溫降與壓降之間的關(guān)系式: (5)2 熱油管道平均溫度2.1 熱油管道平均溫度的定義根據(jù)不同的解析關(guān)系式可以定義不同的平均溫度，此時(shí)關(guān)系式中所有的物性參數(shù)和摩阻系數(shù)都必須與該平均溫度相對(duì)應(yīng)。使式（3）得到滿足的平均溫度定義為tm1，則式（3）中除了t外其余參數(shù)都作為常數(shù)，此時(shí)式（3）變?yōu)?(6)式中

5、，其中是tml作為特性溫度計(jì)算得到的平均摩阻系數(shù)。與式（4）相對(duì)應(yīng)平均溫度定義為tm2，此時(shí)式（4）變?yōu)?(7)式中，是tm2作為特性溫度計(jì)算得到的平均摩阻系數(shù)。同理，與式（5）相對(duì)應(yīng)平均溫度定義為tm3，此時(shí)式（5）變?yōu)?(8)式中，其中是tm3作為特性溫度計(jì)算得到的平均摩阻系數(shù)。2.2 熱油管道平均溫度的計(jì)算以tml的計(jì)算為例。在已知管徑、埋深處地溫、輸量、油品物性隨溫度的變化規(guī)律以及出站油溫的情況下，由式（3）用數(shù)值積分的方法求出對(duì)應(yīng)出站距離l處的油溫tl，對(duì)式（6）運(yùn)用二分法求解，tml以及對(duì)應(yīng)的cml、m1、m1使式（6）得到滿足。類似計(jì)算方法可求出平均溫度tm2和tm3。為了工藝計(jì)

6、算的簡(jiǎn)便性，文獻(xiàn)1,2定義輸油平均溫度為 (9)本文從大量的計(jì)算實(shí)踐中得知，以析蠟點(diǎn)溫度和反常點(diǎn)溫度作為分界點(diǎn)進(jìn)行分段計(jì)算時(shí)，三個(gè)平均溫度tm1、tm2和tm3相差甚微，定義一個(gè)綜合平均輸油溫度tmm=(tm1+tm2+tm3)/3，它與tr和tl之間存在良好的線性關(guān)系： (10)3 算例 某管道長(zhǎng)l=259.09km，設(shè)有三個(gè)熱泵站。管道內(nèi)徑 d=0.704m，埋深處自然地溫t0=5.0，全線總傳熱系數(shù)為k1.8 w/(m2)。一段時(shí)間內(nèi)管道熱力越站運(yùn)行，此時(shí)的質(zhì)量流量g=595.24kg/s，首站出站油溫tr=50.0，所輸原油物性見(jiàn)表1。表1原油物性系數(shù)0kgm-3kgm-3-1tslt

7、cmaxajkg-1-1n1-1bjkg-1-1m待添加的隱藏文字內(nèi)容1-1tfantsl1912.00.6241.8629.83484.00.34651925.50.0116436.243.0m1m2s-1n1m2s-1-1m2m2s-1n2m2s-1-1akpasnnk-1an1an2-1an3-28.10240.077436.81930.047615634.3-0.29022-0.264740.034795-2.57125由于各參數(shù)隨著沿線油溫的不同而變化，文中定義的各個(gè)平均溫度也是隨著輸送距離的不同而不同，本算例條件下平均溫度與tl的關(guān)系見(jiàn)圖3。圖3 tr=50.0至不同tl區(qū)間內(nèi)的平

8、均油溫由圖3可以看出，有實(shí)際意義的各個(gè)平均溫度與沿程油溫呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系。在沿程油溫高于析蠟點(diǎn)的溫度區(qū)間內(nèi)，三個(gè)平均溫度近似相等，并呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系。當(dāng)計(jì)算處油溫低于析蠟點(diǎn)溫度后，三個(gè)平均溫度表現(xiàn)出明顯不同的規(guī)律。若本算例的計(jì)算過(guò)程以析蠟點(diǎn)和反常點(diǎn)作為分界點(diǎn)，分成三個(gè)溫度區(qū)間分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖中可以看出三個(gè)平均溫度在每個(gè)溫度區(qū)間都表現(xiàn)出良好的一致性，并呈現(xiàn)出近似相同的線性關(guān)系，可用tmm=0.45tr+0.55tl表示。為驗(yàn)證這一計(jì)算方法的正確性，將上述算例中的質(zhì)量流量改變?yōu)?78.57kg/s，此輸量是本管道的最低允許輸量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5?？梢钥闯?，本文給出的計(jì)算方法和

9、平均溫度線性關(guān)系式表現(xiàn)出很好的適用性。從圖4和圖5兩個(gè)不同流量的計(jì)算結(jié)果可以看出，用文獻(xiàn)1,2方法計(jì)算的輸油平均溫度明顯偏低。 圖4 溫度分區(qū)間計(jì)算時(shí)的平均溫度 圖5 最小輸量時(shí)管道的平均溫度4 結(jié)束語(yǔ)（1）含蠟原油的物性參數(shù)均隨油溫變化，長(zhǎng)輸管道的工藝計(jì)算應(yīng)充分考慮這些相關(guān)變化規(guī)律。若不引入輸油平均溫度，則必須用數(shù)值方法才能準(zhǔn)確地進(jìn)行工藝計(jì)算。（2）從輸送距離、壓降和油溫這三者之間符合關(guān)系式出發(fā)，定義了具有物理意義的三個(gè)平均溫度，給出了新的平均溫度的計(jì)算式。當(dāng)以析蠟點(diǎn)溫度和反常點(diǎn)溫度作為分界點(diǎn)進(jìn)行工藝計(jì)算時(shí)，這三個(gè)平均溫度具有高度的一致性，并在不同溫度區(qū)間呈現(xiàn)出非常好的線性關(guān)系。（3）運(yùn)用新的平均輸油溫度計(jì)算式和相應(yīng)計(jì)算方法使含蠟原油長(zhǎng)輸管道的工藝計(jì)算快捷而準(zhǔn)確。該方法可以應(yīng)用于較大的溫度區(qū)間，同時(shí)適用于層流和紊流。參考文獻(xiàn)1 楊筱衡,張國(guó)忠. 輸油管道設(shè)計(jì)與管理m. 東營(yíng): 石油大學(xué)出版社, 19962 輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范gb502532003m. 北京: 中國(guó)計(jì)