埋地管道原油停输时间的计算*

王 琪，马贵阳，付 丽

（1．广东石油化工学院，广东茂名525000；2.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001）

埋地管道原油停输时间的计算*

王 琪1，马贵阳2，付 丽2

（1．广东石油化工学院，广东茂名525000；2.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001）

在建立埋地输油管道周围土壤温度场的物理模型时，大多认为温度分布是关于管道中心对称的，因此只考虑对称的一侧，且都为二维计算，简体化了很多方面，这样的考虑是不精确的。结合横向，纵向建立了三维运算模型，使土壤温度场的模拟更接近现实，模拟的结果更加精确。

埋地管道；土壤温度场；停输；数值计算

石油作为一个国家的血液，多采用管道输送，而为了降低粘度，减少摩阻损失和防止凝管，加热输送是国内埋地长输管道的主要输送方式，且长输管道大多采用埋地敷设。但由于受自然环境、人为因素破坏及输送工艺变化等的影响，不可避免的发生停输事故。在停输过程中，当管内油品温度降低到一定值后，可能造成凝管事故，给管道再启动带来极大困难。因此，准确计算出管道的停输降温及允许停输时间，对指导油田的输油生产、管道安全运行和节能降耗具有重要意义[1-6]。研究输油管道非稳态热力过程的关键是分析管道周围土壤温度场分布。

1 原油停输时间的计算

1.1 计算步骤

由于管内油品的温降是由管内油品和周围土壤温度场相互影响的，所以研究停输时油品的温降必须知道停输时土壤温度场的情况，所以首先我先通过用有限元的方法编辑三维温度场的模拟程序，计算出输油稳定时土壤温度场的情况，然后再在这个基础上再编辑程序模拟出管内油温的变化，找出温降最大的断面和停输时间。

1.2 数学模型及计算结果分析

本文根据三维非线性热传导方程,利用传热模型，采用有限单元法，受大气温度季节性变化影响的原油管道土壤温度场进行了数值计算。导热方程：

2 土壤温度场计算及停输时间确定

某热油管道管径Φ=529 mm，埋地深度H=1.53 m，土壤的导热系数λ1=1.512 W/（m2·℃），土壤的导温系数a=0.002 5 m2/h，土壤表面对大气的放热系数αk=17.5 W/(m2·℃)，管内油品与管外壁土壤间的当量换热系数αh=117 W/(m2·℃)，初始油温Tw=52℃，土壤初始温度T0=10℃，计算下边界温度为8℃，地面空气温度Tk=-20℃，平均流量为325 m/h，油品凝点为27℃。

图1 埋深1.38 m轴向温降图Fig.1 The axial temperature dropmapatburieddepth1.38 m

计算输送热油一定时间后的土壤温度场分布断面，温降最大及停输的确定。取地面以下5 m×5 m区域进行计算。计算中采用三节点三角形单元进行单元划分。

图1为埋深1.38 m，10，40，80，150，180，245，2 50 h的土壤轴向温降图。

图2-6分别管道输油40，100，150，200，250 h后土壤温度场的分布曲线。

图2 输油40 h后土壤温度场径向分布（45 km）Fig.2 Oil transportationforty hours later，the distributionof soil temperature field（45 km）

图3 输油100 h后土壤温度场径向分布（45 km）Fig.3 Oil transportationone hundredhours later，the distributionof soil temperature field（45 km）

图4 输油150 h后土壤温度场径向分布（45 km）Fig.4 Oil transportationone hundredandfifty hours later，the distributionof soil temperature

图5 输油200 h后土壤温度场径向分布（45 km）Fig.5 Oil transportationtwo hundredhours later，the distributionof soil temperature

图6 输油250 h后土壤温度场径向分布（45 km）Fig.6 Oil transportationtwo hundredandfifty hours later，the distributionof soil temperature field（45 km）

从图2-图6中可以看到，土壤温度场中等温线大致呈椭圆形并接近圆形。管路周围的等温线上密下疏。这主要因为给定的热油输送过程为52，而地面温度只有-20℃管路往上散失的热流密度大。由于钢管的导热能力强，管外壁在启输很短时间便达到稳定状态，随时间变化温度值几乎无变化。随着输送时间的增加，土壤温度场受热油管道的影响半径明显增大，靠近输油管的土壤温度渐渐升高，而靠近地面土壤中的温度渐渐降低，在输油120 h后，由于输油管对土壤的加热作用影响的扩大，25 h后，土壤中的10℃温度线渐渐趋于稳定，也就是说这以后土壤温度场趋于稳定。可以在此基础上计算停输问题。

通过图可看出进站处温度最低，所以要以进站温度为准，表1为进站处1－10 h的油品进站温度。

通过图表可以看出4.5 h的时候油品温度大于凝点，5 h时已经降至27℃以下了，所以允许停输时间为4.5 h。与客观事实相符，所以这个方法可行，可以用这种方法来计算停输时间。

表1 停输温降表Table 1 The temperature droplistof shutdowm

3 结束语

由上述说明可以看出，此三维数值模拟与客观事实相符，比二维考虑更贴近事实，所以对现实更具有指导意义，可以用于指导生产。

[1]蒋洪，朱聪，雷利.土壤导热系数法测定魏荆输油管道总传热系数[J].油气储运，2006，25（6）：48-51.

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[5]吴国忠，庞丽萍，卢丽冰，等.埋地输油管道热力计算求解结果分析[J].油气地面工程，2001，20（2）：1-2.

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Calculation of Shutdown Time for Buried Crude Oil Pipeline

WANGQi1，MA Gui-yang2，FU Li2
（1.Guangdong University of Petrochemical Technology，Guangdong maoming 525000，China；2.Liaoning ShihuaUniversity，Liaoning Fushun113001，China）

When establishing the physical model of soil temperature field around buried oil pipeline，it is mostly considered that temperature distribution is symmetrical on the pipe center，so many factors is usually simplified and computing model is two-dimensional，which will result in errors during establishing the physical model.In this paper，a three-dimensional computing model was established，so the simulation of the soil temperature field was closerto reality，andthe simulationresultwas more precise.

Undergroundpipeline；Soil temperature；Shutdown；Numerical calculation

TE832

A

1671-0460（2010）04-0433-03

2010-02-09

王 琪（1982-），女，辽宁抚顺人，助教，广东石油化工学院，从事油气储运工程方面的研究。wangqi1982.good@163.com。