含蜡热油管道结蜡厚度计算

2 01 0正 第 5期 管 技 木 5 设 备 P i p e l i n e T e c hn i q ue a nd Eq u i p me n t 2 01 0 No 5 含蜡热油管道结蜡厚度计算 王伟 强 贺相军 杜茂敏 郭秀丽 1 中石大工程设计有限公司 山东东营2 5 7 0 6 1 2 海洋石油工程股份有限公司 天津3 0 0 4 5 1 3 中国石油天然气管道工程公司天津分公司 天津3 0 0 2 8 0 摘要 结蜡是影响热油管道安全 经济运行的重要 因素 管线结蜡厚度可以根据 管道的运行参数 反算 文 中为此设计 了计算模型 可以准确快捷地计算出管道 的结蜡厚度 为管道的安全 经济运行提 供 了依 据 关键词 含蜡原油 结蜡厚度 热油管道 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 5 0 0 1 2 0 2 Ca l c ul a t i o n o f W a x De po s i t Thi c k ne s s o f He a t e d W a x y Cr u de Oi l Pi p e l i ne s WA N G We i q i a n g H E X i a n g j u n D U Ma o rai n G U O X i u 1 i 1 U P C D e s i g n I n s t i t u t e C o L t d D o n g y i n g 2 5 7 0 6 1 C h i n a 2 O ff s h o r e Oi l E n g i n e e r i n g C o L t d T i a n j i n 3 0 0 4 5 1 C h i n a 3 C h i n a P e t r o l e u m P i p e l i n e E n gin e e r i n g C o r p o r a t i o n T i a n j i n B r a n c h T i a n j i n 3 0 0 2 8 0 C h i n a Ab s t r a c t W a x d e p o s i t i s t h e i mp o r t a n t f a c t o r t h a t a f f e c t s t h e s a f e a n d e c o n o mi c o p e r a t i o n o f t h e h o t o i l p i p e l i n e T h e w a x d e p o s i t t h i c k n e s s o n t h e wa l l o f t h e p i p e l i n e c a n b e c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e o p e r a t i o n a l d a t a Ac c o r d i n g t o t h e me o d a c o m p u t a t i o n a l p r o a m i s ma d e wi t h wh i c h t h e w a x d e p o s i t t h i c k n e s s c a n b e c alc u l a t e d q u i c k l y I t p r o v i d e s a s afe a n d e c o n o mi c o p e r a t i o n b a s i s f o r h o t o i l p i p e l i n e Ke y wo r d s w ax y c r u d e o i l wax d e p o s i t t h i c k e n s s h o t o i l p i p e l i n e 0 引言 结蜡是影响热 油管道 安全 经济运 行 的重要 因 素 当含蜡热油 管道中的油温低 于原油析蜡点温度 时 管道 内壁会产生结蜡现象 由于结蜡使得有效管 径减小 导致管道沿程摩 阻加大 增 加 了动力 费用 当结蜡到一定程度时就需要清管 结蜡厚度是确定清 管周期的一个决定性因素 对于一条运行中的热油管道 油品性质 压降 温 度等运行参数 以及环境参数都可 以得到 根据这些 参数进行反算就成为确定结蜡厚度 的一个简单易行 的计算方法 1 计算模型 在热油管道 中 原油刚刚 出站 时通 常温 度较高 原油呈牛顿流体 随着温度的降低 当油温低 于原油 析蜡点时 蜡晶开始析出 管壁开始结蜡 根据析蜡 点的位置可以把整条管道分成两个部分 析蜡点前和 析蜡点后 在析蜡点前 管内原油 呈现牛顿流体特性 计算 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 2 1 收修改稿 日期 2 0 1 0 0 4 1 8 时可 以按牛顿流体计算 析蜡点后 开始流体仍呈 现 牛顿流体特性 但随着温度的进一步 降低 流体会呈 现非牛顿流体特性 该点称反常点 工程上计算时多 采用幂律流体计算 1 1 沿程摩阻计算 热油管道的摩阻计算 文献 1 采用式 1 计算 n 一 1 h 卢 1 式中 h 为管道沿程摩阻 m 3为系数 s 2 m 层流取 4 1 5 紊流取0 0 2 4 6 m为系数 层流取 1 紊流取 0 2 5 Q为管道体积流量 m s D为管道 内径 m i 为油 品 平均温度下的运动黏度 m s Z 为管道长度 m 可以利用式 1 计算牛顿流体的沿程摩阻 对于非牛顿流体 层流时沿程摩阻计算采用圆管 内幂律流体的压降计算公式 J P l J I J 式中 P为管道压降 P a L为管道长度 m K为稠度系 数 n为流变指数 为流体平均流速 m s 非牛顿流体紊流时的摩阻计算方法远不如层 流 第 5期 王伟强等 含蜡热油管道结蜡厚度计算 1 3 的成熟 通常采用达西公式 计算摩阻 要判断流体的流态首先要计算雷诺数 对于非牛 顿流体 雷诺数的计算公式为式 3 稃 p D nv 2 nn 式中 为非牛顿流体在管道中的雷诺数 p为原油 密度 k g m 1 2 管道结蜡厚度的计算 对于一条运行 中的管道而 言 已知 管道 的压 降 这样就可以通过式 1 式 2 得到牛顿流和非牛顿流 时管道实际内径的计算公式 lR D 8 v 5 式 中 D 为管道结蜡后 的实际内径 1T I 计算出了管道的实际内径 就可以得到管线的结 蜡厚度 d d D D 2 6 1 3 平均油温及析蜡点 反常点的确定 计算时 平均油温在牛顿流体范围内按式 7 计算 7 式 中 T p j 为平 均油温 为管道起点 油温 o C 为管道终点油温 非牛顿流体范围内按式 8 计算 寺 寻 8 根据列宾宗公式 可以求 出析蜡点 反常点温度 距离管道起点的距离 z 簪1 0 9 n r n 一 式 中 T l 为距离管道起点 Z 处油温 T o为周 围介质 温度 埋地管道取管 中心埋 深处 自然地温 口 6为 参 数 6 为 管 道 总 传 热 系 数 W 1 1 1 G为质量 流量 k g s 为水力坡 降 I n m c为比热容 J k g g为重力加速度 m s 将各参数代人公式 9 即可求 出析蜡点 反常点 距离管道起点的距离 1 4 原油密度 原油的密度采用文献 3 提供的公式计算 J D 1 o 式 中 J D 为 2 0 时原油密度 k g m 为系数 7 8 0 k g m P 2 o 8 6 0 k g m 时 O t 3 0 8 3 2 6 3 8 X 1 0 P 2 0 1 0 8 6 0 k g m lD 加 9 6 0 k g m 时 O t 2 5 1 3 1 9 7 5 X 1 0 P 2 0 X 1 0 1 5 原油黏度 原油的动力黏度采用文献 3 中的公式计算 1 0 一1 1 1 式 中 为原油黏度 m P a s Y 1 8 t 3 2 t 为温度 o C Y 1 0 Z 5 6 9 2 6 2 8 6 2 5 A 为 1 5 c 原油的相对密度 1 6 管道总传热系数 管道的传热系数随着结蜡层厚度变化 而且随钢 材 油品 防腐层及周围环境等变化 是一个难以准确 计算的量 计算时 仍根据运行参数计算管道平均传 热系数 文中采用文献 1 提供的公式 1 2 n 1 2 2 计算说明 根据进 出站油温的不 同 管道运行可能出现以下 几种情况 1 进站油温高于析蜡温度 此时全程不结蜡 2 出站油温低于析蜡温度 此 时全程结蜡 当 进站油温高于反 常温度 时 虽然全程结蜡 但全程仍 为牛顿流 当进站油温低于反常温度时 整条管道会 有部分为牛顿流 部分非牛顿流 计算时分两部分计 算 取非牛顿流部分的结蜡厚度作为最终的结果 3 出站油温高于析蜡温度 进站油温低于析蜡温 度但高于反常温度 此时部分结蜡 全程为牛顿流 计算 时分两部分计算 按析蜡点以后的长度计算结蜡厚度 4 出站油温高于析蜡 温度 进站油温低于反常 温度 此时部分结蜡 此时管道分 3部分 首先为不结 蜡部分 其次为结蜡 但 流动为牛顿流 最后 为非牛顿 流部分 计算时采用非牛顿流部分作为最终的结果 5 出站油温低于反常点温度 通 常正常运行 的 管道不会出现该种情况 3 计算 实例 某输油管道 的一 个站间距 为 2 1 1 k m 两站间高 程差 一 6 0 m 管线外径 4 2 6 mm 内径 下转第 2 9页 第5期 尹旭等 基于 E R D A S和 A G I S的数 字管道 系统的设计与实现 2 9 信息 如管道经过哪些县市 穿越哪些河流等 在管道经过区域清晰 的影像 下 尽管可 以看到管 道上地表地物的特征 但是无法体现管道属性特性和 管道空间属性 对管道进行 了需求分析 在 A r c G I S中 的A r c C a t a l o g 模块中对管道本身 泵站等建立了属 性数据 系统设计的功能包括对 数字管道信 息进行显示 输出 查询统计 数据编辑 以及空间分析操作等功 能 提供多方面 多层次的管道信息服务 为数字管道的 管理 决策提供服务 1 基本操作 用户可 以对 管道地 图进 行放大 缩小 平移等操作 还提供了全景 分层管理等功能 2 查询功能 包括空 间信息查询 属性信息查 询 模糊查询 由空间信息查询属性信息 由属性信息 查询空间信息等查询 还可以通过鼠标点选地物从 而获取地物的详细信息 3 数据编辑 管理人员可以对系统数据进行编 辑 包括添加删除图层 添加删 除实体要素 修改实体 要素的空间位置 属性数据等 4 空间分析 空 间分析是 A r c G I S的核心 考 虑到数字管道 的特点 系统实现 了缓 冲区分析 纵断 面显示 距离量测 面积量测等功能 图3的圆形区域 显示了当管道发生泄漏时受影 响的地 区 从 图中可 以 方便 的看到哪些城市将受到影 响 受影响 的程度 从 而达到管道泄漏灾害预测分析的 目的 j 4结束语 将传统地形 图与现代遥感技 术 地理信息技术结 合 实现了计算机上的数字管道信息管理 采用遥感 和地理信息技术实现对管道资源 环境 社会 经济等 信息的获取 建立数字管道系统 提取的方法先进 使 得管道管理人员可以方便地获取管道信 息 突破了靠 人工管理管道信息的局限性 有效地提高管道信息管 理水平 进而提高管道 运营管理水平 安全生产水平 更进一步地为管道运营提供决策支持和服务 为数字 管道新的运行模式提供了有力的技术支持 图3 管道泄漏灾害预测示意图 参考文献 1 李贞培 李平 吴明 基于 A r c G I S E n g i n e和 A r c G I S S e e r 的数字管道系统的设计与实现 计算机工程与设计 2 0 1 0 3 6 3 8 6 4 1 6 4 6 2 刘姝娟 刘建峰 李平 等 数字化管道现状及发展趋势 石油工程建设 2 0 0 6 2 5 8 3 汤 国安 邓凤东 吕恒 等 E R D A S遥感数字图像处理实 验教程 北京 科学出版社 2 0 0 9 4 吴秀芹 张红岩 李瑞改 等 A r c G I S 9地理信息系统应用 与实践 北京 清华大学出版社 2 0 0 7 5 常德娥 基 于 A r c G I S与 E R D A S I MA G I N E数 字地貌 构建 及应 用研究 大 众科 技 2 0 0 8 8 5 3 5 4 6 郝明武 史徐武 油气管道泄漏检测技术 管道技术与设 备 2 0 0 8 5 2 1 2 2 2 7 作者简介 尹旭 1 9 8 2 一 硕士研究生 研究方向为工业过程先 进控制与优化 上接第 1 3页 4 1 2 m m 输量 1 4 0 4 m h 管道埋深处 地温 2 3 出站压力 2 5 MP a 进站压力 2 4 MP a 出 站温度 6 2 进站温度 4 0 油 品性质如表 1 所示 表 1 油品性质 根据管道进 出站温度及原油的析蜡温度 和反常 温度可以判断 该条管道运行属于第三种状况 整条 管线可以分两部分计算 前一部分不结蜡 根据式 9 可以计算出不结蜡部分长度为9 3 5 k m 结蜡部分 长度为剩余的 1 1 7 5 k m 均