油气集输管线温降计算方法

摘要：油气集输管线沿线的温降将在一定程度上受到油管向着周围地层环境散热以及沿线压降等多种因素的影响。然而沿程压降又将由于不同的流动形态而各有区别。通过考虑上述要素，提出了计算油气集输管线沿着温降数学模型，从集输管线稳态的能量微分方程为基础，综合考虑平均气舍以及其对传热的影响，从而得出了油气集输管线的温降解析表达式，为类似油气集输管线温降的计算提供了可供参考的经验。

关键词：油气 集输管线 温降 计算方法

从油井开采到地面的原油由于包含带有溶解盐的油层水、泥砂以及天然气等杂质。在油气的开采管理过程当中，油气集输管线沿程的温降计算是其中重要的内容之一，与油气管线运行的安全性以及经济性有着密切的联系。然而由于相流动问题具有复杂性，成熟的油气混合物温降的方法依旧处于研究当中，由此在实际的工程项目中，往往通过单相油流的苏霍夫温降公式进行估算，然而往往将造成很大的误差。随着石油工业的迅速发展，油田的实际生产中需要提出一种油气集输管线沿线温降的精确计算方式，通过从能量微分方式为基础，同时与压降等经验关联式结合起来，从而得出了油气集输管线沿程温降的计算公式，同时也编制除了大型计算机程序。通过将计算的结果与AGA数据相比较，相应的精度符合要求。

一、建立数学模型

1.热力计算能量平衡方程

石油工业开采过程中的油、汽、水混合物流动而言，液相包括不相溶的油以及水两种液体，由此其属于气液多相流动。然而其流动的力学关系与气液两相流动类似，由此一般也可将其规划为气液两相流动的研究范围。若是两相之间不存在温度滑移，同时也不计算油品的径向温度梯度，由此，气液两相混合物沿着管线的能量微分方程可表达为：

上述公式中，q是与管壁方向垂直的热流量；H为混合物焓；V为混合物的平均速度；θ为管轴线与水平面的夹角；g为重力加速度。

由于H混合物焓在很大程度上依赖于其自身压力P以及温度，由此可用下列公式表示：

公式中的μJ是焦耳一汤普森系数，是由于流体没单位压力变化而引起的温度变化，CPm是混合物的定压比热。由此整合公式（1）和公式（2）可得出：

公式中的负号表达散热，T1是环境土壤温度，k是传热系数。将公式（4）代入式（3），整理可得出：

公式（5）实际上是一阶线性微分方程，其边界条件为在油管的出油口，当x的值为零时，Tf=Tf0。通过解方程（5）可得出温度分布公式为：

公式（6）当中除了传热系数k以及压降dP/dx之外，其他的参数均为常数，由此只需要计算出传热系数k以及压降，则可得出温降曲线。

二、计算传热系数

地下管道示意图如上图所示，若是忽略管壁导热热阻，那么总传热系数可表示为：

上述公式中h为管线埋藏深度，r0 =d0/2为保温半径，r1 =d1/2为管道的外径。

而油气管道周围土壤的导热热阻，其倒数可表示为：

其中λ1是土壤导热系数，与土壤基质导热系数、土壤颗粒的大小分布、干土的计算密度以及土壤湿度相关。一般而言，干土质是由两种颗粒尺寸构成，砂以及粘土。砂的颗粒尺寸一般为0.002！2rnm，而粘土的颗粒尺寸则小于0.002mm。若是设置粘土的重量百分数为Sc，设置粘土重量的百分数为Sw。那么湿土的导热系数为

上述公式中的a为0.1424～0.000465Sc，b为0.0419 ～0.000313Sc，c的值为6.24 x10-4ρs。

当前集输管内对流换热系数的计算，当前存在多种经验关联式。而几乎所有的经验关联式都是以单相流体的对流传热计算公式为基础进行修正的。通过使用Groeneveld提出了经验关联式表达如下：

油气管道中，在气液两相的流动当中，相界面的形式十分复杂，同时由于气相容易被压缩，从而导致相交的界面容易产生变形，从而构成了不同组合的相界面。不同的相界面将构成不同的流型，而不同的流型也具有完全不相同的流动以及传热热性。由此对压降的计算不仅仅要按照不同的流型选择不同的计算机的关联式。

在通过对两相流动压降计算的问题研究，得出了各种不同的经验关联式。总结起来可分为两大类型：一类是以实验室为基础而建立起来的经验关联式，而另一类则是建立在油田的现场数据基础之上的经验关联式。通常而言，以油田现场数据基础所建立起的经验关联式具有更高的精度。相关的文献从不同的角度明确了油、气、水等联合运输过程中各种流型的流动特性、流型的划分以及其相关的压降计算关联式，同时使用美国煤气以及石油协会数据库中的数据对计算方法进行了验证和评述。

参考文献

[1] 王卫强，吴明，王勇，吴玉国，荣登科. 油气两相流温降计算方法的研究[J]. 辽宁石油化工大学学报. 2007（02） .

[2] 欧阳伟雄，刘扬，魏立新. 埋地混输管道热力计算分析[J]. 油气储运. 2007（08） .

[3] 刘武，陈才林，吴小红，石昕，曹学博. 多相管流流体温度分布计算公式的推导与应用[J]. 西南石油学院学报. 2003（06） .

[4] 王晓瑜. 浅谈油气集输管网的优化设计[J]. 油气田地面工程. 2004（07）.