稠油管道與柴油管道同溝敷設(shè)熱力分析

萬捷，李衛(wèi)濤，曹喜文，丁川

新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆克拉瑪依834000

稠油管道與柴油管道同溝敷設(shè)熱力分析

萬捷，李衛(wèi)濤，曹喜文，丁川

新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆克拉瑪依834000

某油田稠油外輸采用摻柴油降黏輸送工藝，稠油管道加熱外輸，柴油管道常溫輸送，兩條管道同溝敷設(shè)。對(duì)于同溝敷設(shè)的管道（特別是加熱輸送的油品管道），管道之間的相互熱影響情況需要研究與探討。在介紹了工程概況的基礎(chǔ)上，應(yīng)用特征線法推導(dǎo)出描述管內(nèi)非穩(wěn)定流動(dòng)及油流溫度分布的特征線方程，并通過差分法求出管道各節(jié)點(diǎn)溫度的表達(dá)式，而后利用ANSYS進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：柴油管道對(duì)稠油管道前段基本無熱影響，對(duì)后段進(jìn)站有微小正的影響，在設(shè)計(jì)中可以不予考慮，但在施工中一定要確保保溫層的厚度及質(zhì)量，并嚴(yán)格按規(guī)定包裹管道，否則會(huì)使管道散熱增大，導(dǎo)致稠油進(jìn)站溫度降低。

稠油管道；柴油管道；同溝敷設(shè)；熱力影響；ANSYS；加熱輸送

1 稠油管道與柴油管道雙管同溝敷設(shè)問題概述

某油田稠油外輸采用摻柴油降黏輸送工藝，即先把煉油廠柴油輸送至稠油管道首站與稠油混摻處理后回輸至煉油廠，然后將混油分離出的柴油再輸送至首站，如此循環(huán)。稠油管道與柴油管道同溝敷設(shè)，稠油采用加熱輸送，首站出站溫度95℃，柴油出站溫度40℃，站間距離103 km。稠油管道采用厚60 mm聚氨酯泡沫保溫，柴油管道不保溫，兩條管道均采用一泵到底的密閉輸送工藝，見圖1。

圖1 管道流向示意

本文主要對(duì)大溫差管道同溝敷設(shè)且逆向輸送時(shí)，兩條管道之間的熱影響情況進(jìn)行分析，探討了同溝敷設(shè)大溫差管道相互間的熱影響程度和熱影響因素。

2 數(shù)學(xué)模型的建立

總的計(jì)算思路是應(yīng)用特征線法推導(dǎo)出描述管內(nèi)非穩(wěn)定流動(dòng)及油流溫度分布的特征線方程，并通過差分法求出管道各節(jié)點(diǎn)溫度的表達(dá)式[1]。模型假設(shè)油流為均勻介質(zhì)，溫度只是時(shí)間和管道軸向位置的函數(shù)，忽略土壤的軸向溫降[2]。

基于上述假設(shè)，參照?qǐng)D2，建立了單管敷設(shè)和雙管同溝敷設(shè)的數(shù)學(xué)模型，并利用ANSYS進(jìn)行計(jì)算。

圖2 數(shù)學(xué)模型示意

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 計(jì)算條件

根據(jù)已建立的數(shù)學(xué)模型，確定本研究的計(jì)算參數(shù)如下：稠油管道D457 mm×7.1 mm，輸量500萬t/a（混合后油品），保溫層厚60 mm，保溫層導(dǎo)熱系數(shù)0.03 W/（m·K），出站溫度95℃，管頂埋深1.7 m。柴油管道D 219 mm×5.2 mm，輸量100萬t/a，出站溫度40℃。土壤導(dǎo)熱系數(shù)取1.5 W/（m·K），地溫2℃，兩條管道凈距1.2 m，管道長度103 km。

3.2 結(jié)果分析

圖3～6給出了稠油黏度為400 mPa·s、土壤導(dǎo)熱系數(shù)為1.5 W/（m·K）時(shí)，單管敷設(shè)稠油管道不同位置的土壤溫度場(chǎng)。圖7～10給出了稠油黏度為400 mPa·s、土壤導(dǎo)熱系數(shù)為1.5 W/（m·K）時(shí)，雙管敷設(shè)稠油/柴油管道不同位置的土壤溫度場(chǎng)。

圖3 單管出站處溫度場(chǎng)/K

圖4 單管34 km處溫度場(chǎng)/K

圖5 單管68 km處溫度場(chǎng)/K

對(duì)比單管敷設(shè)和雙管同溝敷設(shè)的土壤溫度場(chǎng)可以看出，雙管敷設(shè)的稠油管道出站處（對(duì)于柴油管道為進(jìn)站處）土壤溫度場(chǎng)受稠油管道影響較大，進(jìn)站處（對(duì)于柴油管道為出站處）土壤溫度場(chǎng)受柴油管道影響較大。熱柴油在稠油管道進(jìn)站處的加熱作用使稠油管道進(jìn)站處的土壤溫度上升。

圖11對(duì)比了雙管同溝敷設(shè)下稠油溫度和單管敷設(shè)下的稠油溫度，可以看出在稠油管道的出站處，稠油溫度基本不受柴油管道的影響，在稠油管道的進(jìn)站處稠油溫度受柴油管道的影響，稠油溫度有微小幅度上升。從圖11中還可看出，雖然柴油管道對(duì)稠油管道的溫度有微小的正的影響，但在工程中可以忽略不計(jì)。

圖6 單管進(jìn)站處溫度場(chǎng)/K

圖7 雙管出站處溫度場(chǎng)/K

圖8 雙管34 km處溫度場(chǎng)/K

圖9 雙管68 km處溫度場(chǎng)/K

圖10 雙管進(jìn)站處溫度場(chǎng)/K

圖11 單管敷設(shè)和雙管敷設(shè)的稠油管道沿線溫度對(duì)比

4 結(jié)論

（1）雙管敷設(shè)時(shí)，柴油管道對(duì)稠油管道前段基本無熱影響，對(duì)后段進(jìn)站有微小正的影響，在設(shè)計(jì)中可以不予考慮。但在施工中一定要確保保溫層的厚度及質(zhì)量，并嚴(yán)格按規(guī)定包裹管道，否則會(huì)使管道散熱增大，導(dǎo)致稠油進(jìn)站溫度降低。

（2）隨著稠油管道保溫層的老化，稠油管道進(jìn)站溫度有下行趨勢(shì)，而柴油管道油溫會(huì)逐漸上升。

[1]宇波，凌霄，張勁軍，等.成品油管道與熱原油管道同溝敷設(shè)技術(shù)研究[J].石油學(xué)報(bào)，2007，28（5）：149-152.

[2]趙漢寧，張軍，王新峰.雙管同溝敷設(shè)施工工藝在西部管道工程的應(yīng)用[J].青海石油，2008，26（1）：81-84.

Thermodynamic Analysis on Both HeavyOilPipeline and DieselOilPipeline L aying in One Trench

WAN Jie，LIWeitao，CAO Xiwen，DING Chuan
Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute，Kelamayi834000，China

An oilfield applies the transportation process of blending dieseloilinto heavy oilto decrease viscosity，in which the heavy oil pipeline adopts heating transmission mode，the diesel oil pipeline adopts normal temperature transmission mode.Both pipelines are laid in one trench.The mutual thermal influence between the two pipelines should be researched.This paper uses the method of characteristics to derive the equation of characteristics that describes unstable flow and its temperature distribution in the pipeline，and obtains temperature expression at pipeline nodes by difference method，then applies ANSYS to calculate.The calculation results show that the diesel oil pipeline has basically no thermal influence on the front section of the heavy oil pipeline and has slight positive influence on the back-end section so that it can be ignored in design，but the thickness and quality of the thermalinsulation layer must be ensured in construction.Otherwise，the thermal dissipation willincrease and lead to decrease the temperature of heavy oilentering the station.

heavy oilpipeline；dieseloilpipeline；laying in one trench；thermodynamic influence；ANSYS；transmission by heating

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.05.007

萬捷（1970-），男，江西南昌人，高級(jí)工程師，1994年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)方面的設(shè)計(jì)工作。

2015-06-17