影响长输管道轴向温降原因分析

摘　要：正确的温降计算是合理设计加热站、热负荷、站间距和输油管道顺序投产和运行管理的重要科学依据。所以，分析热油管道轴向温降的影响因素十分重要。针对我国热油管道输送的特点，在查阅大量文献资料的基础上，分析了影响热油管道轴向温降的各种因素。分析表明，影响热油管道轴向温降的主要因素有管道总传热系数 ，质量流量 和管道埋深处的土壤温度 。总传热系数 增大时，温降将显著加快。质量流量 增大时，温降反而减小。土壤温度 低时，温降就快。

关键词：管道　轴向温降

我国原油的显著特征是凝点高、粘度大，因而管输原油一般采用加热输送工艺。长输管道的沿线温度分布计算是管道设计的核心内容之一，油流在加热站加热到一定温度后进入管道，沿管道流动中不断向周围介质散热，使油流温度降低。散热量及沿线油温分布受很多因素影响，如输油量、加热温度、环境条件、管道散热条件等。严格的讲，这些因素是随时间变化的，故热油管道经常处于热力不稳定状态。工程上将正常运行工况近似为热力、水力稳定状况，在此前提下进行轴向温降计算。设计阶段根据稳态计算结果确定加热站、泵站的数目和位置，即设计加热输送管道是以稳态热力、水力计算为基础的。

一、热油管道轴向温降公式推导

设管道周围介质温度为T0， 微元段上油温为T，管道输油量G，水力坡降为i。流经　段后散热油流产生温降dT。在稳定工况下， 微元管段上的能量平衡式如下： （1.1）

式中左端为　管段单位时间向周围介质的散热量，右端第一项为管内油流温降dT的散热量，第二项为　段上油流摩擦损失转化的热量。因　与dT的方向相反，故引入负号。

设管长L的段内总传热系数K为常数，忽略水力坡降 沿管长的变化，对上式分离变量并积分，可得沿程温降计算式，即列宾宗公式。

或

（1.3）

式中G-油品的质量，kg/s；

c-输油平均温度下油品的比热容，J/(kg·℃)；

D-管道外直径，m；

L-管道加热输送的长度，m；

K-管道总传热系数

TL-距起点 处油温，℃；

T0-周围介质温度，埋地管道取管中心埋地深处自然地温，℃ ；

i-油流水力坡降，m/m；

a,b-参数， ；

g-重力加速度，m/s2 。

若加热站出站油温为定值 ，则管道沿程的温度分布可用下式表示，其温降曲线见图。

式推导中，水力坡降i取定值，实际上热油管的i沿程是变化的。计算中可近似取加热站间管道的平均水力坡降值

（1.5）

式中iR、iL——计算管段的起点、终点的水力坡降。

热力计算时，沿程温度分布待求，故水力坡降也未知，只能近似取值计算或迭代求解。

对于距离不长、管径小、流速较低、温降较大的管道，摩擦热对沿程温降影响不大的情况下，或概略计算温降时，可以忽略摩擦热的作用。令b=0，代入式，得到苏霍夫公式

㏑ 　 （1.6）

或 （1.7）

二、影响温降的因素

由列宾宗公式可以看出，影响热油管道轴向温降的因素主要有出站温度、周围介质温度、总传热系数、流量、摩擦热、管径。

三、热油管道物性参数

1.原油的物性参数

油品在流动过程中，其温度不断变化，粘度、密度、比热容均为温度的函数，尤其是当进出站温差较大时，油品物性的变化幅度也大。

2.含蜡原油的流变参数

含蜡高凝点原油的流变特性受温度的影响很大。温度较高时，石蜡溶于原油中，原油为液态，是单相体系，这时原油表现为牛顿流体。当温度降低至一定值时，原来溶于油中的蜡因溶解度下降而以悬浮态的结晶颗粒结晶析出，并分散在原油中，这时原油为连续相的两相体系。

3.进出站温度的确定

在热力计算中，进、出站温度的选择是影响热力费用的主要因素。油品输送温度越高，粘度越小，摩阻损失随之减小，但在不同的温度范围内，温度对粘度的影响程度不同。过高的温度往往并不能达到理想的降粘效果，而且增大了油流与周围介质之间的散热损失。

4.总传热系数K的确定

管道总传热系数K是指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量。它表示油流至周围介质散热的强弱，在计算热油管道沿程温降时，K值是关键参数。

四、计算分析与结论

1.总传热系数K对长输管道轴向温降的影响较大，K值增大时，温降将显著加快，并且离管道起点越远，这种变化就越明显。

2.流量G对长输管道轴向温降的影响也很大，在大流量下沿线的温度分布要比小流量时平缓得多，而且随着流量的减少，终点油温急剧下降。即输油管道的轴向温降随着流量的增加而增大，随着流量的减少而减小。

3.管道埋深处的土壤温度T0越低，温降就越快。即在不同的季节，管道埋深处的土壤温度T0不同，温降情况也不同。冬季土壤温度T0低，温降就快；夏季土壤温度T0高，温降就慢。

4.长输管道沿线各处的温度梯度是不同的，在站的出口处油温高，油流与周围介质的温差大，温降就快。但在进站前的管段上，由于油温低，温降就慢。加热温度愈高，散热愈多，温降就快。

5.摩擦热对长输管道轴向温降也有影响。当流量大及油流粘度高时，或管道散热量较小时，摩擦热对油温的影响会很明显。

参考文献

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