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1、目录稠油管道与柴油管道同沟敷设逆向输送热力分析中国石油大学（北京）2011年10月30日-15-目 录第一章 双管同沟敷设物理问题描述11.1 稠油管道与柴油管道双管同沟敷设物理问题概述11.2管道与油品参数1第二章 国内外双管同沟敷设研究现状32.1 同沟敷设的意义及热力分析的必要性32.2 双管并行敷设技术发展现状4参 考 文 献5第三章 数学模型6第四章 计算区域离散化及数值计算方法94.1 计算区域离散化94.1.1 区域离散化方法及计算区域的选取94.1.2 网格生成104.2 数值计算方法114.2.1 直角坐标下控制方程的离散114.2.2 极坐标系下控制方程的离散134.3 模
2、拟计算程序的验证14第五章 计算结果分析165.1 计算条件165.2 结果分析165.3 结论26稠油管道与柴油管道同沟敷设逆向输送热力分析第一章 双管同沟敷设物理问题描述1.1 稠油管道与柴油管道双管同沟敷设物理问题概述风城稠油外输采用掺柴油输送工艺，把克石化柴油输送至风城与稠油混掺后外输。新建稠油管道D4577.1/L450，设计压力8Mpa，设计输量500104t/a(混合后油品)，管长102.2km。管道起点为风城油田，末点为克石化，一泵到底。稠油首站外输温度95，末点为81.20。另新建柴油管线D2184.2/L290，设计压力8Mpa，设计输量100104t/a，管长102.2k
3、m。管道起点为克石化，末点为风城油田，一泵到底。首站(克石化)外输温度为40，末站(风城)11.4。图1-1 新建管道示意图由于稠油对温度敏感，温度降低时粘度变化很大。请对两条管道在运行时是否产生相互热影响进行详细分析论证，着重说明柴油管线的运行是否会影响到稠油管道油品的外输温度，如影响，提出处理措施。1.2 管道与油品参数稠油管道与柴油管道同沟敷设，管顶埋深1.7m，两管道净距1.2m。稠油管道采用60mm硬聚氨酯泡沫保温，柴油管线不保温。柴油物性见表1-1，,稠油物性见表1-2和表1-3。表1-1 柴油物性表项目单位温度0柴油馏分密度g/m3200.8427粘度mm2/s37.22156.
4、575105.411154.091203.229表1-2 稠油物性表序号项目风重37井区SAGD重32试验区8-7井区风010井重059井1凝固点， +22+28+45+502开口闪点，+160+2002202203闭口闪点，+120+1501251644含蜡%0.20.80.120.435胶质%152520.9019.106沥青质%280.692.327酸值 mgKOH/g1.151.110.1450.2318含水%253025.9020.489初馏点14227023624010盐含量mgNaCl/g15.725.111密度（50），g/cm30.98360.96731.0114表1-3 稠
5、油粘度表温度,风重37井区重32井区8-7井区风010井重59井508061519907719176200552990080808603334168503519530106510450273807015066634145016160146900754287102808999080745.63024769.766654299085214746612594090364.71424399.930941794095288.5890.129729871060010015090150901051015010150110782078201155048504812035783578第二章 国内外双管同沟敷设研
6、究现状2.1 同沟敷设的意义及热力分析的必要性我国大多数输油管道始建于20世纪70年代，截止到2005年底 ，我国拥有和经营的油气管道总长度已经达到32000多公里，其中原油管道9300多公里、成品油管道2400多公里、天然气管线20000多公里。我国这些油品管道的建设方式，大多都采用传统的单管敷设技术。单管敷设技术，具有施工简单、工程建设速度快、沿线便于操作控制等优点。正是由于其单管敷设的简便快捷安全等这些特点，使其在管道施工建设领域一直占据统治地位。但是，单管敷设技术也同时存在着某些缺点及局限性，例如：管道系统的输送能力有限，初期建设费用高，施工过程中对环境的破坏严重等，并且，部分管道在多
7、年运营后，腐蚀破损严重，输量降低，后期维护也较困难。随着油田管道敷设技术的不断改进及日益成熟，对管道输送过程中的高效性，节能性，环保性的要求越来越高。当管道施工过程中对管道运行的节能性，环保性等方面有特殊要求时，单管敷设技术就已不具有显著的优越性，此时就需要一种新的管道施工方式可以弥补单管敷设这方面的不足。针对以上现状，管道设计开发人员提出了双管并行（同沟）敷设技术。所谓埋地管道并行敷设技术，即：把两条或多条输油管道和输气管道铺设在相距不远的平行走向的管沟中，或者把新的输油输气管道沿着已有的输油输气管道走向平行敷设。埋地管道并行敷设的一种特殊情况就是把两条或多条输油输气管道敷设在同一个管沟中，
8、这种特殊的并行敷设的情况称为“同沟敷设”。双管并行敷设技术相比与单管敷设技术具有以下优势：减少作业带征地面积；减少对地表原始地貌破坏面积，减少植被造成碾压和破坏，便于维持当地生态环境；免二次征地，精简征地过程，有利于农业、林地等地貌养生恢复。同时，还有利于节约工程投资，节省建设费用。此外，双管并行敷设也有利于工程投产后的运行、维护及管理。基于双管并行敷设技术的以上优点，预计其将成为管道敷设方式的一个新的发展方向。在并行敷设技术的设计论证和应用过程中，工程技术人员最为关心的问题之一是并行敷设的两管道相互间有怎样的热力影响，会不会给管道的运营带来安全隐患。2.2 双管并行敷设技术发展现状并行敷设技
9、术目前在我国尚处于初步发展阶段，仅有西部原油管道和成品油管道以及新大线老线和新线采用了并行敷设技术。在并行敷设技术设计论证的初期阶段，国内外对该技术的研究尚属空白。随着西部管道提出并应用并行敷设技术，该研究空白逐渐被我国的研究学者填补和发展。目前，针对并行敷设技术的研究，大部分的工程技术人员是从对国内外现有规范的探究和理解的角度或者从施工工艺的角度进行的 1。在并行敷设技术热力影响规律的研究方面，主要是中国石油大学（北京）进行了相关的研究。在现有规范的探讨方面，具有代表性的研究是郭晓强和黄丽3关于国内外设计规范的探讨，两位学者在对国内外相关规范对比分析的基础上，结合我国目前并行敷设技术现场应用
10、情况，从设计角度分析了油气长输管道并行敷设间距的确定原则。在施工工艺方面，结合并行敷设技术在西部管道中的实际应用，赵汉宁、张军4和赵文杰2对单管沟上、沟下施工工艺和单管单沟工艺、双管沟上单排相对组焊吊管下沟工艺、双管沟上单排同向组焊吊管下沟工艺，双管沟下组焊一次成型工艺，的优缺点进行了对比分析；李加平，张永立5对两管道穿越黑河的过程中，管沟的开挖和管道整体预制分段下沟以及管道的整体试压进行了分析和阐述。此外，王乾坤1在介绍目前国内几条大型的采用油气管道并行敷设技术的管道工程的基础上，探讨了国内外关于油气管道并行敷设的研究现状，对比分析了不同学者在油气管道并行敷设技术研究中的主要研究成果，指出了
11、油气管道并行敷设技术的发展趋势。在并行敷设热力影响规律研究方面，目前已有的研究均是针对两条输油管道并行敷设的情况进行的。宇波6-7，张争伟8-9等针对西部原油管道和成品油管道并行敷设时的热力影响以及并行敷设时管道的停输在启动情况进行了数值模拟研究，得到了1.2m管间距下热力影响比较小的结论，为西部管道提供了的技术支持。凌霄10-11研究了新大线原油管道并行敷设热力影响规律，发现对于新大线并行敷设管间距为1 m时，不必考虑并行敷设对加热炉和泵的选型的影响。石悦12针对不同管径组合的成品油管道和热油管道、热油管道和热油管道并行敷设时不同运行工况组合下热力影响规律进行了数值模拟计算，得到了不同管径组
12、合条件下输油管道沿线油温受并行敷设影响的变化规律。参 考 文 献1 王乾坤，张争伟，石悦等. 埋地油气管道并行敷设技术研究现状J. 油气储运，2011,30（1）：1-4.2 赵文杰，周凤全，王勇. 长输管道双管同沟敷设施工技术J，油气田地面工程，2006,12：38.3 郭小强，黄丽等. 油气长输管道并行敷设间距设计J，油气储运，2009，28 (9)：46-48。4 赵汉宁，张军等. 双管同沟敷设施工工艺在西部管道工程的应用J，青海石油，2008，26（1）：81-84.5 李加平，张永立等：西部管道大型河流双管同沟穿越施工J，石油工程建设，2007，33（1）：36-38.6 宇波，凌霄
13、，张劲军等. 成品油管道与热原油管道同沟敷设技术研究J，石油学报，2007，28 (5)：149-152.7 Bo Yu, Yi Wang, Jinjun Zhang, Xin Liu, Zhengwei Zhang, Kai Wang. Thermal impact of the products pipeline on the crude oil pipeline laid in one ditch The effect of pipeline intervalJ. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2007, 51(3-4)
14、:1-13. 8 张争伟，凌霄，王凯等. 同沟敷设中成品油管道对原油管道顺序输送的热力影响分析J，油气储运，2008，27(6)：10-14.9 张争伟. 双管同沟敷设的停输再启动研究D. 北京：中国石油大学，2009.10 凌霄，王艺. 新大线并行敷设热力分析J，中国工程热物理学报，2009，30（2）：299-301.11 凌霄，王艺，宇波等. 原油成品油管道同沟敷设新技术中的热力分析J，中国工程科学，2008，10 (11)：30-36.12 石悦. 长距离并行敷设输油管道的热力影响研究D，北京：中国石油大学，2009.第三章 数学模型对于运行的埋地输油管道，管内的油品、土壤和大气构成了一个热力系统，因而对其热力问题的完整描述，应包括管内油品的传热和管外土壤中的导热两部分。计算总的思路是应用特征线法推导出描述管内非稳定流动及油流温度分布的特征线方程，并通过差分法求出管道各节点温度的表达式。对于管内油流的传热与土壤中导热的耦合，可利用管道内流体换热量
