含蜡原油长输管道平均温度研究

含蜡原油长输管道平均温度研究Study on Average Temperature in Long Distance Waxy Oil Pipeline摘要：含蜡原油长输管道工艺计算因考虑物性参数与油温的关系而变得复杂。从输送距离、压降和油温这三者之间的关系式出发，引出了具有物理意义的三个平均温度。当以析蜡点温度和反常点温度作为分界点进行工艺计算时，三个平均温度具有高度的一致性，并在不同温度区间呈现出非常好的线性关系。本文给出的综合平均输油温度计算式和相应计算方法使含蜡原油长输管道的工艺计算快捷而准确。该方法可以应用于较大的温度区间，同时适用于层流和紊流。关键词：长输管道；含蜡原油；平均温度；水力计算；热力计算含蜡原油热输管道的沿线温度按近似于对数曲线规律变化1，而与油流温度相关的物性参数，如密度、粘度（或表观粘度）、比热容等均按自身规律随油温变化，管道工艺计算过程中充分考虑原油物性随温度的变化规律，对于保证计算的精确性是十分必要的。但为了计算的简便，文献和规范中引入了可用于任一温度区间的输油平均温度及其算法12，导致不同计算公式的结果之间产生矛盾，而且计算结果精度较差45。本文给出几种有实际意义的平均温度计算方法，并通过计算实践给出了与理论平均温度有良好近似的输油平均温度计算公式，提高了计算的快捷性，同时能有效减小不同计算方法所得结果之间的差异。1 长输管道沿程温度与压降计算长输热油管道的工艺计算主要包括两个方面：沿线油温分布和沿线压降分布。1.1 管线沿程温度分布对dl的管道微元运用能量方程式，对于稳定工况，有 (1)式中： K，管道总传热系数，W/（m2）；T0，管道中心埋深处的自然地温，；dp，微元管道上的压降，Pa；dl，微元管道长度，m；g，重力加速度，m/s2。 (2)方程式(1)经过积分得到出站管道长度与对应油温的关系: (3)式中：TL，距离出站口L处的油温，；TR，管道的出站温度，。1.2 管道沿线压降的计算距离出站口L处消耗的压降为 (4)将式（3）的右端表示成数值积分，从出站温度TR开始，以微元温度逐步下降，计算对应温度下所需的物性参数1,2和摩阻系数3，由式（3）就可计算出出站距离与管中油温的关系。进而利用式（4）求出出站距离与摩阻的关系，求解时式（4）的右端同样用数值积分表示，利用已经求出的与出站距离相对应的油温、油品物性和摩阻系数，就可求出与出站距离相对应的压降。1.3管线压降与油温的关系根据式（1），令，并结合，则可得到热油管道沿线温降与压降之间的关系式: (5)2 热油管道平均温度2.1 热油管道平均温度的定义根据不同的解析关系式可以定义不同的平均温度，此时关系式中所有的物性参数和摩阻系数都必须与该平均温度相对应。使式（3）得到满足的平均温度定义为Tm1，则式（3）中除了T外其余参数都作为常数，此时式（3）变为 (6)式中，其中是Tml作为特性温度计算得到的平均摩阻系数。与式（4）相对应平均温度定义为Tm2，此时式（4）变为 (7)式中，是Tm2作为特性温度计算得到的平均摩阻系数。同理，与式（5）相对应平均温度定义为Tm3，此时式（5）变为 (8)式中，其中是Tm3作为特性温度计算得到的平均摩阻系数。2.2 热油管道平均温度的计算以Tml的计算为例。在已知管径、埋深处地温、输量、油品物性随温度的变化规律以及出站油温的情况下，由式（3）用数值积分的方法求出对应出站距离L处的油温TL，对式（6）运用二分法求解，Tml以及对应的cml、m1、m1使式（6）得到满足。类似计算方法可求出平均温度Tm2和Tm3。为了工艺计算的简便性，文献1,2定义输油平均温度为 (9)本文从大量的计算实践中得知，以析蜡点温度和反常点温度作为分界点进行分段计算时，三个平均温度Tm1、Tm2和Tm3相差甚微，定义一个综合平均输油温度Tmm=(Tm1+Tm2+Tm3)/3，它与TR和TL之间存在良好的线性关系： (10)3 算例 某管道长L=259.09km，设有三个热泵站。管道内径 D=0.704m，埋深处自然地温T0=5.0，全线总传热系数为K1.8 W/(m2)。一段时间内管道热力越站运行，此时的质量流量G=595.24kg/s，首站出站油温TR=50.0，所输原油物性见表1。表1原油物性系数0kgm-3kgm-3-1TSLTcmaxAJkg-1-1n1-1BJkg-1-1m-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由于各参数随着沿线油温的不同而变化，文中定义的各个平均温度也是随着输送距离的不同而不同，本算例条件下平均温度与TL的关系见图3。图3 TR=50.0至不同TL区间内的平均油温由图3可以看出，有实际意义的各个平均温度与沿程油温呈现出复杂的非线性关系。在沿程油温高于析蜡点的温度区间内，三个平均温度近似相等，并呈现出较好的线性关系。当计算处油温低于析蜡点温度后，三个平均温度表现出明显不同的规律。若本算例的计算过程以析蜡点和反常点作为分界点，分成三个温度区间分别进行计算，结果见图4。从图中可以看出三个平均温度在每个温度区间都表现出良好的一致性，并呈现出近似相同的线性关系，可用Tmm=0.45TR+0.55TL表示。为验证这一计算方法的正确性，将上述算例中的质量流量改变为178.57kg/s，此输量是本管道的最低允许输量，计算结果见图5。可以看出，本文给出的计算方法和平均温度线性关系式表现出很好的适用性。从图4和图5两个不同流量的计算结果可以看出，用文献1,2方法计算的输油平均温度明显偏低。 图4 温度分区间计算时的平均温度 图5 最小输量时管道的平均温度4 结束语（1）含蜡原油的物性参数均随油温变化，长输管道的工艺计算应充分考虑这些相关变化规律。若不引入输油平均温度，则必须用数值方法才能准确地进行工艺计算。（2）从输送距离、压降和油温这三者之间符合关系式出发，定义了具有物理意义的三个平均温度，给出了新的平均温度的计算式。当以析蜡点温度和反常点温度作为分界点进行工艺计算时，这三个平均温度具有高度的一致性，并在不同温度区间呈现出非常好的线性关系。（3）运用新的平均输油温度计算式和相应计算方法使含蜡原油长输管道的工艺计算快捷而准确。该方法可以应用于较大的温度区间，同时适用于层流和紊流。参考文献1 杨筱衡,张国忠. 输油管道设计与管理M. 东营: 石油大学出版社, 19962 输油管道工程设计规范GB502532003M. 北京: 中国计划出版社, 20033 罗哲明,李传宪. 原油流变性及测量M. 东营: 石油大学出版社, 20014 侯连荣, 李津等. 长输热油管道水力和热力计算J.油气储运,1996, 15 (3): 12-155 王岳. 热油管道工艺的数值计算J. 抚顺石油学院学报, 1996, 15 (4): 71-75