[發明專利]原油管道預熱投產熱力過程的計算方法

在審

• 申請號: 201410386941.3
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104102852A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 宇波;張健;張欣雨;章濤;王欣然
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳開磊

技術領域

本發明涉及石油遠程輸送技術領域，尤其涉及一種原油管道預熱投產熱力過程的計算方法。

背景技術

管道運輸作為現代運輸體系的重要組成部分，具有運輸成本低、安全可靠性高以及環境污染小等獨特優勢，尤其適于原油、成品油及天然氣等易燃易爆危險品的長距離運輸。近年來，隨著世界新興經濟體經濟穩步增長和發達經濟體經濟復蘇，世界主要大國對能源的需求日益提高，油氣管道的建設步伐也因此加快。截至2008年底，世界原油管道干線總長度已超過40×10⁴km。我國也迎來了新一輪的管道建設高潮，預計到“十二五”末期，我國管道總里程將突破15×10⁴km。屆時，長距離輸送管道將承擔我國70％的原油輸送任務。

隨著近年來我國原油對外依存度進一步提高，油源多樣化將成為一種趨勢，這就要求多種油品在同一條管道內輸送。由于不同區塊所產原油的品質可能相差較大，不同品質的原油摻混后輸送可能對煉廠設備及產品產生不良影響。因此，這就要求長輸管道具有多種油品順序輸送的能力，從而實現不同品質的原油分儲分輸。即對流動性較好的原油采用常溫輸送，而對部分高凝高粘原油實行加熱輸送。這就需要在從常溫輸送切換到加熱輸送或從加熱輸送流動性較好的油品切換到加熱輸送流動性較差的油品前，提高前一種油品的出站溫度，從而對管道沿線土壤進行預熱，防止后一種油品進管后溫降速率較大而增大凝管風險。這種類型的差溫輸送也可以視為廣義上的熱油管道預熱投產問題。

原油管道預熱投產工藝方案的關鍵在于運行參數的選取，特別是工藝參數的選取和預熱方式的確定。通常認為投油后只需滿足管道終點油溫比原油凝點高3℃～5℃即可，并往往以總能耗最小化的原則設計預熱方案，這并不科學也不符合工程實際。安全生產是重中之重，保證新建管道的安全投產或差溫輸送管道的順利切換才是應該關注的首要問題。由于投產過程中事故或計劃停輸及搶修幾乎難以避免，保證管道在最惡劣工況下停輸后再啟動成功才應作為管道預熱投產方案設計的核心原則。同時，現有的大多數停輸再啟動研究都以管道穩定或準穩定運行作為停輸的初始條件，而在預熱投產過程中管道周圍的土壤溫度場始終處于非穩態變化中，因此這種初始邊界條件下的停輸及再啟動問題也亟待解決。

發明內容

本發明的目的在于提供一種原油管道預熱投產熱力過程的計算方法，以解決上述問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種原油管道預熱投產熱力過程的計算方法，包括如下步驟：

對原油管道預熱投產過程進行合理簡化，建立正常輸送工況下的描述管內介質與管道周圍土壤換熱的物理模型；根據所述物理模型推導出控制方程，并確定計算區域和邊界條件；

建立停輸工況下的數學模型以及再啟動安全評價的數學模型；

采用不同的網格系統分別對所述正常輸送工況下的物理模型、停輸工況下的數學模型以及再啟動安全評價的數學模型進行離散，應用有限容積法和有限差分法得到離散的控制方程；

對所述離散的控制方程進行迭代求解并輸出結果。

較佳地，所述管內介質包括預熱介質、輸送介質。

較佳地，所述對原油管道預熱投產過程進行合理簡化，建立正常輸送工況下的描述管內介質與管道周圍土壤換熱的物理模型；根據所述物理模型推導出控制方程，并確定計算區域和邊界條件，具體包括如下步驟：

為簡化計算過程，作如下基本假設：

(1)正常輸送工況中認為管內同一截面上介質溫度、壓力、流速和密度是均勻的，認為這些變量只是時間和管道軸向位置的函數；(2)將管道周圍土壤視為均勻介質，認為其物理性質各向相同；(3)由于土壤沿管道軸向的溫度梯度遠小于沿管道徑向的溫度梯度，忽略相鄰土壤截面之間的導熱，將問題簡化為二維非穩態導熱；(4)不考慮預熱介質與輸送介質(即水與原油、低凝原油與高凝原油等)在交界面的摻混，認為是“活塞型”驅替；(5)認為管道豎直中心線左右寬10m、深10m的矩形區域為土壤熱力影響區；

基于以上假設與簡化，建立如下數學模型：

所述管內介質的連續性方程、動量方程和能量方程依次為：