热油管道停输后初始启动压力波速的计算.pdf

热油管道停输后初始启动压力波速的计算

张国忠　安家荣

(石油大学建筑工程系,山东东营257062)

摘要　热油管道停输后,管内油品降温收缩,管内会产生油蒸气空间,从而使管道再启动时出现启动充装过程。启动压力波速不仅取决于管子的弹性变形和油品的弹性特征,而且与流体的降温幅度和启动流量的大小有关。考虑管子、流体的弹性变形和管内液体的降温收缩,从质量守恒的原则出发,推导了热油管道停输后启动压力波速的计算公式。对长距离热油管道进行的现场试验表明,该公式适用于工程计算。

主题词　热油管道;管道输送;启输;波速度

中图法分类号　TE832.9Ξ　

第一作者简介　张国忠,教授,1981年华东石油学院研究生毕业。目前从事长距离油气管道输送工艺的教学与研究工作。

1　理论分析与计算

为了简化分析,把两个加热站间的管道分成若

干段,每段长度为ΔX,取其中一段为分析对象。

根据质量守恒原则,启动过程中,压力波传播

ΔX距离时,从起点流入该管段的液体量应等于ΔX

管段内液体质量的增加量。在启动压力作用下,管

内液体质量的增加量可分为三部分:(a)填充管道受

压膨胀后增加的管容量所需的液体量;(b)流体受压

后其密度变化增加的液体量;(c)填充停输降温后产

生的气体空间所需要的液体量。其计算式如下:

ρA u ΔX

a

=ρΔXΔA+ΔXAΔρ+ΔXAβΔT.(1)

其中,ρ为液体密度,kg/m3;A为管子横截面积, m2;u为液体平均流速,m/s;a为压力波传播速度, m/s;β为液体密度变化的温度系数,kg/(m3・℃);ΔT为停输过程的温降,℃.

用ΔX段内液体的质量除以式(1),可得

　u

a =

ΔA

A

+

Δρ

ρ+

βΔT

ρ.(2)

按照管内液体瞬变流的理论,管内流速的变化量与管内压力的变化量应满足以下关系式:

　u=g

a

ΔH.(3)把式(3)代入式(2),可得

　a2=gΔH/ΔA

A

+

Δρ

ρ+

βΔT

ρub　de

.(4)

根据液体体积弹性系数的定义

　K=-

ΔP

ΔV/V=

ΔP

Δρ/ρ,

且ΔP=ρgΔH,可得

　a2=K/ρ1+K

ΔA

AΔP

+K

βΔT

ρΔP ub　w

el

;t　p

er

.(5)

式中,ΔP为启动压力,Pa.

根据液体管道瞬变流理论,对于薄壁弹性

管[1],有

　K

ΔA

AΔP

=KD

Ee

C1,(6)

将式(6)代入式(5),得

　a=K/ρ1+KD

Ee

C1+

KβΔT

ρΔP

me　

ch　c al

.(7)

式中,D为管径,m;E为管子的弹性模量,Pa;e为

管子壁厚,m;C1为管子敷设约束系数。

式(7)为考虑液体降温收缩影响时热流体管道

停输后启动压力波速的计算公式。如果管道没有降

温,即ΔT=0,式(7)即为等温液体压力管道的压力

波速计算公式。

2　应用实例

2.1　试验过程

1994年9月22日在东黄复线进行了40h的停

输再启动现场试验[2]。东黄复线,D N=711.2mm,

全长246.8km,共设三个泵站。东营—寿光为第一

1999年　第23卷

第1期

石油大学学报(自然科学版)

Journal of the University of Petroleum,China

Vol.23　No.1

Feb.1999

Ξ收稿日期:1998209202

站,其间距为80km.停输前,东营站出口油温为46℃,出站压力为5.8MPa,寿光站进口油温为38.4℃,进站压力为2.3MPa.停输5h后,东营站出口压力降为0.22MPa,寿光站进口压力降为0.01 MPa,而站间平均油温仅下降0.15℃.由此可近似认为,在停输起始阶段,管道已处于不带压状态;在停输过程中,管内产生的油蒸气空间完全是油品降温收缩的结果。

东黄复线停输40h后再启动,经过7.92min,东营首站启动压力波传到寿光站,计算出压力波的平均传播速度为168.4m/s.

2.2　计算结果对比

在泵的启动过程中,东营站出站压力不超过0.6MPa.假设初始启动压力波在传播过程中,东营—寿光站间沿线启动压力坡降相同,把两站间管道分为5段,每段长16km.根据站间温度分布,用式(7)近似计算沿线启动过程的压力波速,计算出5段的启动压力波速(m/s)分别为175.7,184.9,191.8, 198.8,206.2.启动压力波速的算术平均值为191.5 m/s,与实测结果的偏差为23.1m/s.如果不考虑降温收缩的影响,根据文献[1]可计算出油品充满管线时的平均压力波速为1065m/s.由此可以认为,式(7)的计算值比用文献[1]的公式计算出的结果更接近实测结果,因此式(7)可以用于工程计算。

3　结　论

(1)热油管道停输过程中油品降温收缩,再启动时会产生启动充装过程并降低初始启动压力波速。利用文中推导出的计算公式可以计算初始启动过程中压力波的传播速度。

(2)热油管道停输后再启动时,由于存在启动充装过程,启动压力波速低,需要控制启动泵的排量。防止短时间内因泵的排量过大,使泵的吸入压力低或启动超载,造成启泵困难。

参　考　文　献

1　张国忠.管道瞬变流动分析.东营:石油大学出版社,1994 2　张国忠,高探贵.东黄复线停输再启动过程研究.油气储运,1996,15(9)

(责任编辑　吕　鹏)

・

3

7

・

第23卷　第1期 张国忠等:热油管道停输后初始启动压力波速的计算