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）

埋地热油管道安全停输时间计算方法及其影响因素

罗 丹1，汪 敏2，肖金华3，吴玉国1

（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）

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，幵结合计算实例分析了安全停输时间的主要影响因素。

停输；安全停输时间；影响因素

易凝高粘原油在常温下流动性较差，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50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[1-3]。

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，逐渐进入事故高发期，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性进行研究。

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幵进行积分、整理即得到埋地热油管道安全停输时间的近似计算公式：

式中:Ts—停输终了温度，℃；

Tr—出站温度，℃；

τ —安全停输时间，s；

D、D1、D2—管道的平均直径、管道内径和管道外径，m；

G—质量流量，kg/m3；

cy、cg—油和管材的比热，J/(kg·℃)；

ρy、ρg—油和管材的密度，kg/m3。

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 ℃[4]。

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2 000×104t，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

图1 不同输量下的安全停输时间Fig.1 The safe shutdown time under different 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/(m2·℃)增加至2.0 W/(m2·℃)，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。

表3 不同总传热系数下安全停输时间Table 3 The safe shutdown time under different heat transfer coefficient

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，虽然提高出站温度幵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出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50 ℃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 different 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 different 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Table 5 The safe shutdown time under different oil condensation point

图4 不同凝点下安全停输时间Fig.4 The safe shutdown time under different 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50 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。

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。

［1］杨筱衡. 输油管道设计与管理[M]. 山东青岛：中国石油大学出版社，2006.

［2］许康, 张劲军, 尚孟平,等.含蜡原油管道停输再启动的安全性问题[J].油气储运，2004,23(11): 12-15.

［3］刘晓燕，庞丼萍,等. 庆哈埋地管道允许停输时间的计算[J].油气储运,2003,22(5)18-21.

［4］国家发展和改革委员会. SY/T 5536-2004原油管道运行规程[S]. 北京:石油工业出版社, 2004.

Calculation Methods and Influence Factors of the Maximum Allowable Time of Shutdown for Buried Heated Pipelines

LUO Dan1，WANG Min2，XIAO Jin-hua3, WU Yu-guo1
( 1. College of Petroleum 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)

Nowadays, heating transport method for high pour point and viscous oil 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, an 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 of the maximum allowable time of shutdown were analyzed.

Shutdown; Maximum allowable time of shutdown; Influence factor

TE 832

A

1671-0460（2014）10-2137-03

2014-03-28

罗丹（1993-），女，研究方向：油气储运工程。

吴玉国（1977-），男，副教授，博士，研究方向：油气储存与运输。E-mail：wyg0413@126.com。