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埋地热油管道安全停输时间计算方法及其影响因素

文档作者：罗丹汪敏肖金华吴玉国文档来源： 1．辽宁石油化工大学石油天然气工程学院 2．中国石油天然气管道工程有限公司 3．中国石油天然气管道通信电力工程总公司，		点击数：	更新时间： 2022年11月19日
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第43卷第10期
2014年10月
当 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．43．No．1 0
October，201 4
埋地热油管道安全
停输时间计算方法及其影响因素
罗丹 ，汪敏 ，肖金华。，吴玉国
(1．辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺113001； 2．中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000；
3．中国石油天然气管道通信电力工程总公司，河北廊坊065000)
摘 要：加热输送是目前易凝高粘原油的最主要的广泛采用的输送工艺，但管道停输时间过长，易导致凝
管事故。为了避免凝管事故的发生，需要对输油管道的停输安全性进行研究。介绍了埋地热油管道安全停输时
间的近似计算方法，并结合计算实例分析了安全停输时间的主要影响因素。
关键词：停输；安全停输时间；影响因素
中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 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
易凝高粘原油在常温下流动l生较差，通常需要
采用加热或添加化学剂等方法改善其流动性才能在
管道中输送。我国所生产的原油大多为易凝高粘原
油，自20世纪5O年代起，易凝高粘原油安全、经
济输送的理论和技术一直是我国油气储运科技进步
的重点方向之一，但是，加热输送仍然是易凝高粘
原油的最主要的广泛采用的输送工艺n 。
热油管道的输油温度一般高于原油凝点，但管
道停输时间过长，仍可导致凝管。由于原油长输管
道受自然环境、人为因素破坏及输送工艺变化等的
影响，不可避免地会发生停输事故。我国已建的东
部管网大都运行了30 a以上，逐渐进人事故高发期，
加之近些年来打孔盗油等人为破坏管道安全的行为
呈上升趋势，导致管道停输次数增多，这给管道的
安全运行带来一定威胁。因此，有必要对输油管道
的停输安全眭进行研究。
1 计算方法
对于埋地管道，考虑到停输后温降受管道周围
土壤较大的蓄热量和热阻的影响比较缓慢这一点，
管内原油停输后的冷却过程可以按一系列准稳定状
态处理，列出其微元时间段内的热平衡方程，进行
近似求解。
求解是基于以下假设条件下进行的。
(1)忽略管内横截面上温度梯度、轴向温降；
(2)总传热系数恒定；
(3)忽略原油物性随温度的变化；
(4)环境温度恒定；
(5)不考虑保温层的热容量；
(6)微元时间段内，因管内存油及钢管温降
产生的放热量等于管道的散热，总传热系数等于稳
态时的传热系数值。
在以上假设下列出微元段时间内的热平衡方程
并进行积分、整理即得到埋地热油管道安全停输时
间的近似计算公式：
f =(L h rr-一 ro一 GL)／ 6 ㈩
收稿日期： 2014-03—28
作者简介： 罗丹(1993-)，女，研究方向：油气储运工程。
通讯作者： 吴玉国(1977一)，男，副教授，博士，研究方向：油气储存与运输。E-mail：wyg0413@i 26．corn。
化 工 2014年10月
式中：
- l —]
。4~yP 、。。一 一 cg
式中： —停输终了温度，℃；
一出站温度，℃；
f一安全停输时间，s；
D、D 、D厂管道的平均直径、管道内径和管道外径，
G一质量流量，kg，m’；
一油和管材的比热，J／(kg· )；
pg一油和管材的密度，kg／m 。
其中，热油管道停输终了温度取决于允许的最
低进站温度。至于原油最低进站温度，则应依据管
道状况以安全经济为原则确定，宜高于所输原油凝
点3℃ 。
2 计算实例
以西部原油管道鄯善至四堡段输送北疆油时为
例计算热油管道的安全停输时间，所涉及到的有关
参数情况如表1所示。
表1 算例中管道及原油相关参数
Table 1 Pipeline and oil related parameters in example
根据以上表格中的已知数据以及前文所述方
法进行计算，即可得到相应条件下的安全停输时间：
79．72 h。
3 安全停输时间的影响因素
从以上所介绍的埋地热油管道安全停输时间计
算方法当中，不难看出其影响因素很多，包括管道
的总传热系数、原油的物性、出站温度、输量等，
为了更清楚地了解各主要因素影响情况，以上述算
例为基础进行不同条件下的安全停输时间计算。
3．1 输量
输量是对热油管道温降影响较大的两个参数之
一
。随着输量的减小，油温下降速度将显著增大，
而且由于输量的不同也导致沿线的停输开始时刻油
温不同，这些必然对管道安全停输时间产生影响。
为考察具体影响情况，计算了不同输量下的管道安
全停输时间。
计算结果和安全停输时间随管道输量的变化
关系如表2和图1所示。结果表明输量的变化导致
安全停输时间的不同是比较明显的，例如，年输量
从1 040×104t增加至2 000X 104t，对应的安全停
输时间的差别达到了40 h以上。从总体的趋势上看，
随着输量的增大，安全停输时间延长；在输量比较
大的范围内，安全停输时间随输量增大而延长的趋
势变缓。
表2 不同输量下的安全停输时间
Table 2 The safe shutdown time under different flow
道输垦／m ·s。
图1 不同输量下的安全停输时间
Fig．1 The safe shutdown time under diferent flow
3．2 总传热系数
总传热系数是另一个对热油管道温降影响较
大的参数，它表示管内油流至周围介质散热的强弱，
是计算热油管道温降的关键参数，总传热系数增大
时，温降将显著加快。为考察其对安全停输时间的
具体影响情况，计算了不同总传热系数下的管道安
全停输时间。
计算结果和安全停输时间随总传热系数的变
化关系如表3和图2所示。结果表明总传热系数的
变化导致安全停输时间发生明显变化，例如，总传
热系数从1．0 W／m ·℃)增加至2．0 W／(m ·oC)，对
应的安全停输时间的差别超过了40 h。从总体的趋
势上看，随着总传热系数的增大，安全停输时间明
显缩短；在总传热系数比较大的范围内，安全停输
时间随总传热系数增大而缩短的趋势变缓。
第43卷第10期 罗丹，等：埋地热油管道安全停输时间计算方法及其影响因素 2139
表3 不同总传热系数下安全停输时间
Table 3 The safe shutdown time under diferent heat
transfer coefi cient
总传热系数／w·m ·℃
图2 不同总传热系数下安全停输时间
Fig．2 The safe shutdown time under different heat transfer
coefficient
3．3 出站油温
热油管道出站油温的确定要考虑油品的粘温
特性，热胀和温度应力等安全因素以及经济性等，
也跟停输时间有很大关系。出站温度越高，进站温
度就越高，虽然提高出站温度并不能获得等值的进
站温度升高，也会延长安全停输时间。为考察其对
安全停输时间的具体影响情况，计算了不同出站温
度下的管道安全停输时间。
计算结果和安全停输时间随H{站温度的变化
关系如表4和图3所示。结果表明出站温度的变化
导致安全停输时间发生明显变化，例如，出站温度
从5O 增加至70℃，对应的安全停输时间的差别
近40 h。从总体的趋势上看，随着出站温度的增大，
安全停输时间延长；在出站温度比较大的范围内，
安全停输时间随出站温度增大而延长的趋势变缓。
但是，相对获得出站温度的提高、安全停输时间的
延长而言，需要出站温度更大程度的提高，能耗费
用代价较大。
表4 不同出站油温下的安全停输时间
Table 4 The safe shutdown time under diferent out．station
temperature
图3 不同出站温度下安全停输时间
Fig．3 The safe shutdown time under diferent out-station
temperature
3．4 凝点
凝点是与热油管道安全停输时间关系最为密
切的油品流动特性参数，加热站的进站温度基本是
依据油品凝点来确定的。对于同样的停输开始时刻
温度，凝点越低，安全停输时间越长。为考察其对
安全停输时间的具体影响情况，计算了不同凝点下
的管道安全停输时间。
表5 不同原油凝点下的安全停输时间
Thble 5 The safe shutdown time under diferent oil
condensation point
原油凝点／℃
图4 不同凝点下安全停输时间
Fig．4 The safe shutdown time under diferent oil
condensation point
计算结果和安全停输时间随出站温度的变化
关系如表5和图4所示。结果表明凝点的变化导致
安全停输时间发生明显变化，例如，凝点从30℃
降至20℃，对应的安全停输时间的差别近5O h。
从总体的趋势上看，随着凝点的降低，安全停输时
间延长；在凝点比较高的范围内，安全停输时间随
凝点降低而延长的趋势相对较缓。
(下转第2142页)
2142 当 代 化 工 2014年10月
泄漏的影响，总结出各类因素对燃气管道泄漏过程
影响的重要程度。另外，对泄漏口径的不同形状也
进行了讨论。目前国内外对天然气管道泄漏检测技
术的研究已取得了阶段性的成果，根据泄漏介质的
不同，泄漏检测可以分为直接和间接两种检测方式；
根据检测手段的不同又可以分为，基于硬件和软件
的两种不同的检测方法 。通过近几十年在天然
气泄漏方面问题的研究 ，国内外学者虽然在描述
管道泄漏气体扩散的控制方程达成一致，但气体泄
漏扩散过程的研究依然不够全面。
目前，国内外对天然气管道的泄漏过程研究尚
无成熟理论。国内对天然气管道泄漏扩散问题的研
究还不够深入。随着世界天然气工业的发展和计算
机技术的不断进步，对天然气泄漏问题的研究将逐
步走向成熟。
4 未来发展趋势
未来10年是天然气市场发展高峰期，国内各大
油田的天然气在积极的开采，国外优质天然气也会
被引用，因此，如何合理定价，在未来天然气市场
中，将起到主导作用，管道安全方面需要科技工作
者，多做工作力求模拟到位，预防为主。
未来十年，我国天然气长输管道及配套城市燃
气管网和大型地下储气库，将进人大规模建设时期，
在基础设施完善的情况下，会提高人民的生活水平。
力求天然气资源能在安全的管道运输下，运输到用
户家中。
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(上接第2139页)
可以通过添加降凝剂等方式降低油品的凝点
以提高管道输油的安全性、降低管道停输再启动的
难度。
4 结束语
基于管道热平衡分析在一定假设条件下得出
了埋地热油管道安全停输时间的近似计算方法，结
合实例分析了各主要因素的影响，根据分析结果可
知，为了保障热油管道的安全性，兼顾经济性尽可
能维持较高的输量，采取措施降低总传热系数、油
品的凝点。
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