熱油管道溫降計算程序開發(fā)

張經(jīng)緯

（廣州船舶及海洋工程設(shè)計研究院，廣州510250）

1 程序開發(fā)背景

在熱油沿管道輸送的過程中，由于其油溫遠高于管道周圍的環(huán)境溫度，油流所攜帶的熱量將不斷地散失，因而使油流不斷地降溫，即引起軸向溫降。軸向溫降的存在，使油流的粘度不斷上升。當油溫降低至接近凝點時，單位管長的摩阻將急劇升高。由于油是一種混合物，溫度降低太多可能會使部分混合物凝析，甚至附著在管路上，從而增加管路的輸送阻力，更有可能腐蝕管路，故無論是在設(shè)計熱油管道時，或是在進行管路熱油輸送時，均必須考慮將油流加熱到多高溫度輸入管道、選擇什么樣的輸送工藝、在管道沿途隔多遠需要建一個中間加熱站等因素。

然而，熱油管道溫降的計算受到諸多因素的影響，而且由于輸送環(huán)境、油品及油泵特性等因素的變化，常需進行反復(fù)的計算和分析。因此如果能將該運算過程進行程序化，則不僅可以迅速得到溫降的結(jié)果，還可便捷地分析由于各種因素變化導(dǎo)致的溫降變化情況。

2 程序開發(fā)目標

本程序開發(fā)的目標有兩個：（1）將溫降計算過程程序化，通過對熱油輸送管線進行參數(shù)的輸入和改變，即可得出溫降的計算結(jié)果；（2）設(shè)置專門的分析比較窗口，可以在其他參數(shù)不變的情況下，通過改變?nèi)加土魉?、管路?nèi)徑、管路周圍介質(zhì)溫度、管路起點油溫四個參數(shù)中的其中一個，對比不同的結(jié)果曲線，同時顯示當前工況下的結(jié)果曲線和20個等距離點的計算結(jié)果。

3 程序功能

3.1 熱油管路溫降計算

本程序通過參數(shù)輸入，點擊計算結(jié)果控件，即可直接計算管路的溫降值。通常情況下，對于特定的油品而言，溫度值和粘度值是相互對應(yīng)的。本程序終點的運動粘度設(shè)為已知值，使用該程序時可以適當調(diào)整運動粘度的值，使計算出來的溫度值與粘度值對應(yīng)接近，即可認為結(jié)果是正確的。因為造成熱油輸送溫降的主要原因是來自熱油與外界的溫差，熱油與外界的傳熱系數(shù)、輸送距離等因素。在穩(wěn)定工況下，油品的自身粘度特性對熱油輸送管的溫降影響不太明顯，所以終點的運動粘度只需要與終點的計算溫度對應(yīng)接近即可。

3.2 顯示演算過程

3.3 分析比較

本程序設(shè)有分析比較窗口，可以通過點擊分析比較控件進入該窗口。

分析比較窗口設(shè)計可以在其他參數(shù)不變的情況下，通過改變?nèi)加土魉?、管路?nèi)徑、管路周圍介質(zhì)溫度、管路起點油溫四個參數(shù)中的其中一個，對比不同的結(jié)果曲線，同時顯示當前工況下結(jié)果曲線和20個等距離點的計算結(jié)果。

4 程序算法原理

4.1 計算算法原理

本過程的算法原理，主要是利用所輸入的參數(shù)進行相關(guān)過程參數(shù)的計算和流態(tài)的判斷等，再利用穩(wěn)態(tài)工況下管路的溫降公式進行計算[1-2]。對計算出來的溫度需要和預(yù)先輸入的終點運動粘度值進行對比，若該值與油品的特性值相近，即可認為該計算結(jié)果正確；若與油品的特性值相差甚遠，則需修正終點運動粘度，再進行運算比較，直至與油品的特性值相近。

4.2 曲線繪制及數(shù)值顯示

本程序曲線繪制的原理，主要是利用程序計算若干段小距離的管路終點油溫值，然后將這些值通過直線將其接連起來，并將當前工況下的20個等距離點的計算結(jié)果賦值在列表框中給予顯示，以便于觀察和分析管路的溫降過程。

5 程序界面窗口

本程序基于Visual Basic語言進行編制，程序共設(shè)有3個窗口。第1個窗口為程序界面窗口。

（1）窗口1最上方為程序設(shè)計的燃油輸送模型，燃油經(jīng)輸油泵站輸出，通過管路，輸送至目的地；

（2）窗口1中間部分為程序的參數(shù)輸入界面，包括：管路的管長L(m)、管路內(nèi)徑D(m)、管路周圍介質(zhì)溫度T0(℃)、泵站流量Q、管路起點油溫TR(℃) 、管壁的絕對當量粗糙度e(mm)、油的熱容C(kJ/(kg·℃) )、油流密度ρ(kg/m3)、油流至周圍介質(zhì)的總傳熱系數(shù)K(kW/m2·℃)、管路油品的起點運動粘度(10-6m2/s)、管路油品的終點運動粘度(10-6m2/s)等參數(shù)，這些參數(shù)的數(shù)值均顯示為黑色。每一個參數(shù)的單位均作出了規(guī)定，考慮到使用習慣，流量單位有m3/h或t/h，默認采用m3/h；

（3）窗口1下半部分為計算結(jié)果及一些重要參數(shù)的數(shù)值和流態(tài)，包括：管路起點水力坡降iq、起點雷諾數(shù)及其流態(tài)、管路終點水力坡降iz、終點雷諾數(shù)及其流態(tài)、燃油流速V(m/s)、管路終點油溫TL(℃)。所有的輸出參數(shù)的數(shù)值均顯示為紅色，每一個參數(shù)的單位同樣均做出了規(guī)定；

（4）窗口1最下方有4個控件按鈕，分別為計算結(jié)果、顯示演算過程、分析比較和結(jié)束退出。

①每個探水鉆孔無論有無涌水，都必須進行壓力注漿。②成孔后，立即安裝壓漿器進行注漿，注漿完畢應(yīng)待漿液達到初凝狀態(tài)后，再進行下一個探水孔施工。

6 計算過程界面窗口

本程序的第2個窗口為計算過程界面窗口。

（1）窗口2的計算依據(jù)來自窗口1的輸入?yún)?shù)，利用前述的步驟和原理進行逐步計算。管路終點油溫計算采用紅顏色字體進行標注；

（2）窗口2最下方有3個控件按鈕，分別為返回參數(shù)輸入界面、分析比較和結(jié)束退出。

7 分析比較界面窗口

本程序的第3窗口為分析比較界面窗口。

窗口3為多結(jié)果的分析比較窗口，窗口最下方有3個控件按鈕，分別為結(jié)果顯示、返回參數(shù)輸入界面和結(jié)束退出。

本程序設(shè)計可以通過點擊流速V(m/s)、管路內(nèi)徑D(m)、管路周圍介質(zhì)溫度T0(℃)、管路起點油溫TR(℃)，在相應(yīng)的文本框內(nèi)修改相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后點擊結(jié)果顯示，即可得到改變某一工況的溫降曲線對比，以及當前工況下20個等距離點的計算結(jié)果，為逐一改變管路油溫TR(℃) 的顯示結(jié)果。

8 結(jié)束語

本程序基于穩(wěn)態(tài)工況下對熱油管道的溫降進行計算和分析，雖然無法動態(tài)模仿實際工況下管道溫降情況，但可在穩(wěn)態(tài)工況下，對相關(guān)參數(shù)的極限低值和極限高值進行分析和比較，迅速判斷出熱油輸送溫降的安全性。

Visual Basic提供了非常方便的窗口設(shè)計平臺，若能夠?qū)踩］敃r間分析、水錘分析等影響熱油管路輸送的安全性指標集成開發(fā)，相信可以對熱油輸送管路的安全性運作提供更加全面的幫助。

[1] 嚴大凡.輸油管道設(shè)計與管理[M].石油工業(yè)出版社，1986.

[2] 楊莜蘅.輸油管道設(shè)計與管理[M].中國石油大學(xué)出版社，2006.

[3] 王棟.Visual Basic程序設(shè)計實用教程[M].清華大學(xué)出版社，2000.

[4] 苗青，閆鋒，徐波等.基于可靠性的原油管道流動安全管理體系構(gòu)建[J].油氣儲運，2013，32(8).

[5] 毛珊，王欣然，宇波等.原油管道YOYO系統(tǒng)流動安全性[J].油氣儲運，2012，31(5).