含蠟原油長輸管道平均溫度研究

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1、含蠟原油長輸管道平均溫度研究StudyonAverageTemperatureinLongDistanceWaxyOilPipeline張足斌張國忠王海琴（中國石油大學(xué)（華東））摘要：含蠟原油長輸管道工藝計(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

2、度區(qū)間，同時(shí)適用于層流和紊流。關(guān)鍵詞：長輸管道；含蠟原油；平均溫度；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)算過程中充分考慮原油物性隨溫度的變化規(guī)律，對于保證計(jì)算的精確性是十分必要的。但為了計(jì)算的簡便，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[1][2]，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[4][5]。本文給出幾種有實(shí)際意義的平均溫度計(jì)算方法，并通過計(jì)算實(shí)踐給出了與理論平均溫度有良

3、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長輸管道沿程溫度與壓降計(jì)算長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dl的管道微元運(yùn)用能量方程式，對于穩(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，微元管道長度，m；g，重力加速度，m/s2。(2)方程式(1)經(jīng)過積分得到出站管道長度與對應(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，℃。

4、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開始，以微元溫度逐步下降，計(jì)算對應(yīng)溫度下所需的物性參數(shù)[1,2]和摩阻系數(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)

5、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，，，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）相對應(yīng)平均溫度定義為Tm2，此時(shí)式（4）變?yōu)椤?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、

6、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應(yīng)出站距離L處的油溫TL，對式（6）運(yùn)用二分法求解，Tml以及對應(yīng)的cml、ρm1、λm1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)算的簡便性，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：　　　　　　　　　　　　

7、　　　(10)3算例某管道長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K＝1.8W/(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℃，所輸原油物性見表1。表1　原油物性系數(shù)ρ0kg?m-3ξkg?m-3?℃-1TSL℃Tcmax℃AJ?kg-1?℃-1n1℃-1BJ?kg-1?℃-1m℃-1Tfan℃TSL1℃912.00.6241.8629.83484.00.34651925.50.0116436.243.0M1m2?s-

8、1N1m2?s-1?℃-1M2m2?s-1N2m2?s-1?℃-1AKPa?snNK℃-1An