油气集输管线温降计算方法

油气集输管线温降计算方法

屈艳梅,马响亮,张孟

陕西宇阳石油科技工程有限公司，陕西，西安，710018

摘要：在油管散热以及沿程压降等因素的影响下，油气集输管线会出现温降等问题，科学计算温降有利于促进石油工业的发展，因此本文利用文献资料法等方法对油气集输管线温降计算方法进行了研究与探讨。在探究过程中先分析了相关的数学模型，例如热力计算模型、传热系数计算模型等，之后分析了计算方法以及具体案例。在分析后发现通过能量平衡微分方程等模型以及计算程序可以增强计算结果的准确性，减少计算误差，所以需要提高对这一计算方法的重视程度。

关键词：油气集输管线；温降；计算方法

前言：

    温降是油气集输管线经常出现的问题，在进行油气开采管理时做好温降计算工作有利于增强管线运行的安全性与经济性。但利用传统的苏霍夫温降公式进行估算会降低计算结果的准确性，所以需要探讨新的、精准的计算方法，从而增强温降计算结果的精准性，为管理工作提供依据。

1.油气集输管线温降相关数学模型

1.1热力计算模型

由于液相中含有不相溶的油和水这两种液体，所以石油工业中的油、气、水混合物流动属于多液多相流动。但从实际情况来看，其流动的力学关系类似于气液两相流动相，所以将其归纳到气液两相流动的范畴中。在这种情况下，若假设两相之间没有温度滑梯，且不计油品径向温度阶梯，就可以将气液两相混合物沿管线的能量微分方程设置为公式（1）【1】。

（1）

公式（1）当中的q指的是垂直于管壁方向的热流量、H指的是混合物焓、V指的是混合物平均速度、g为重力加速度、θ指的是管轴线与水平面夹角。

但混合物焓会受到其压力和温度的影响，所以可以利用公式（2）表示。

（2）

公式（2）中的为焦耳-汤普森系数、为混合物定压比热、为混合物焓自身的温度。

从公式（1）与公式（2）可以获取公式（3）。

  （3）

公式（3）中的P为混合物焓自身的压力，且=-2π （4）

公式（4）中的负号表示散热，k为传热系数，为环境土壤温度。

从公式（3）与公式（4）可以得到公式（5）。

（5）

公式（5）中的， - - 。

且公式（5）属于一阶线性微分方程，若x为0，则=。

通过公式（5）可以获取公式（6），且只要计算出传热系数与压降就可以获取温降曲线【2】。

  （6）

公式（6）中的k为传热系数，其余参数都是常数。

1.2传热系数计算模型

传热系数对温降计算有较大影响，所以需要在忽略管壁导热热阻的基础上利用公式（7）计算总传热系数。

  （7）

公式（7）中的为保温半径，为管道外径。

1.3压降计算模型

    气液两相流动的相界面相对复杂，所以需要根据流型情况选择合适的计算模型。在这一过程中需要利用Baker流型转变曲线划分流型，为计算模型的选择奠定基础。同时，针对两相流动压降的计算模型主要包括以实验室数据为基础、以油田现场数据为基础的经验关联式，其中以现场数据为基础的关联式精度更高。

2.油气集输管线温降计算方法与案例

    在明确相应的计算模型后需要利用计算机编写温降计算程序，从而降低油气集输管线温降计算难度。

2.1计算方法

    首先，需要利用计算机编写温降计算程序，使该程序按照“输入基础数据→根据基础数据计算混合物流动参数与物性参数→计算各种热阻，例如管内对流热阻、管外土壤热阻等→计算总传热系数→根据基础数据判断流型→根据流型计算沿程压降梯度→计算温度→利用公式（7）进行计算”这一流程自动计算油气集输管线温降情况【3】。

2.2计算案例

    例如，某石油企业需要计算油气集输管线温降情况。在应用该程序时先将基础数据输入到了程序中，即将“原油密度为820.77kg/m³、气体流量为0.037m³/s、气体粘度为1×10-5Pa∙s、环境温度为-12℃、管长为8.0km”等数据输入到了程序中，之后计算机程序自动根据这些数据进行了计算且最终的计算结果较为准确。因此，需要通过能量微分方程等模型获取温降曲线的表达式，之后再根据实际情况利用C语言编写计算机程序，使计算机程序利用上述公式进行自动计算，增强温降计算结果的准确性，为开采管理提供支持。

结语：

油气集输是一个十分复杂的多相流动过程，但针对多相流动机理的理性理解较为匮乏，影响到了对油气集输管线温降计算的研究。而应用计算机技术与能量微分方程构建温降计算程序可以弥补传统计算方法的不足，因此需要灵活应用这种计算方法，减小计算误差。
参考文献：

[1]庆新霞.油气集输安全管理及对策措施研究[J].现代商贸工业,2020,41(24):63-64.

[2]曾勇.油气集输管线优化运行问题探讨[J].当代化工研究,2019(03):41-42.

[3]王楚琦,薛正燕,韩宏志.油气集输系统流程设计及优化[J].天津化工,2022,36(05):103-106.