油气集输管线温降计算方法

整个计算过程的公式包括三部分：一. 天然气物性参数及管线压降与温降的计算 二. 天然气水合物的形成预测模型 三. 注醇量计算方法.天然气物性参数及管线压降与温降的计算 20 C 标准状态1y i M i24.055任意温度与压力下Y i M i式中厂混合气体的密度，P —任意温度、压力下i 组分的密度，kg/m 3; y i — i 组分的摩尔分数； M i —i组分的分子量， V i —i 组分摩尔容积， 天然气密度计算公式pMW gZRT天然气相对密度天然气相对密度△的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密 度之比。

天然气分子量标准状态下，Ikmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量,Y i M iM式中 M —气体的平均分子量，kg/kmol ; y i —气体第i 组分的摩尔分数；M —气体第i 组分的分子量，kg/kmol天然气密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。

0 °C 标准状态按下面公式计算:1 22.414y i M i简称分子量。

(1)kg/m 3；kg/kmol；⑹式中 △—气体相对密度；厂气体密度，kg/m 3；p —空气密度，kg/m 3,在 P o =1O1.325kPa, T o =273.15K 时，p =1.293kg/m 3;在 P o =1O1.325kPa T O =273.15K 时，p =1.293kg/m 3。

因为空气的分子量为28.96,固有28.96假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下列关系 式表示天然气的相对密度天然气的虚拟临界参数任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时, 无论压力增加到多大，都不能使气体液化。

可以使气体压缩成液态的这个极限温 度称为该气体的临界温度。

当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需压力 称为临界压力，此时状态称为临界状态。

混合气体的虚拟临界温度、虚拟临界压 力和虚拟临界密度可按混合气体中各组分的摩尔分数以及临界温度、临界压力和 临界密度求得，按下式计算。

管道温降计算1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。

当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i n e n wi L L D D D KD D D D ααλλ-+???? ?????=+++????????∑ （1-1）式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)；2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)；i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m ；L λ——所结蜡导热系数。

为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。

（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。

在层流状态（Re<2000），当500Pr1 3.65y dNu αλ== （1-2）在层流状态（Re<2000），当500Pr >?Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ??==??（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα??=?? ???（1-4）在过渡区(2000<re<104)< p="">25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ?λα＝（1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：td d -+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-?-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3； f t ——油(液)的平均温度，℃； b t ——管内壁平均温度，℃； 204d ——20℃时原油的相对密度。

摘要在自然条件十分恶劣的滩海油田开发建设过程中，油气集输系统的建设投资和运行管理费用要比常规的陆上和海上油田要高得多。

为了使滩海油田的开发更加经济有效，应采用油气多相混输技术。

多相混输技术的应用不仅可以增大油井集输管道半径，简化集输流程，降低油田建设投资，而且可以降低井口回压，提高油井产量。

所以，对多相混输技术的研究对我国海洋石油工业的发展有着深远的影响。

本文以国内外埋地混输管道温降的研究现状为入手点，通过查阅大量的相关资料，对现有学术论文及参考文献进行研究，得到埋地混输管道的温降计算公式，对公式中的相关系数给出算法，编制计算机程序，研究各种因素对温降的影响。

关键词：埋地；混输；温降；计算AbstractIn the processes of the bad desert development construction as natural condition full of oil field and sea oil field , the construction investment and the running overhead costs of the oil and gas gathering and transferring system compared the oil field on land of the normal regulations to develop is high.For making the oil field of the desert and the development of the sea oil fields more economic valid, we should adopt the oil gas to have th three phases technique.Have the three phases technical of application not only can enlarge the oil well to lose the radii at gather, simplify to lose the flow process at gather, lower the oil field construction investment, but also can lower the wellhead back pressure, raise the oil well output.So we have the profound influence towards having another the technical research of phase to the our country petroleum the development of the indrstry.This text takes covering up the ground to mix the research present condition of lose the piping at home and abroad as to commence the spot, passing the related data of check the mass, to the existing learned essays for the reference progress research, select by examinations among them the in keeping with our country data of big and parts of oil fields, carry on the analysis, be cover up the ground to mix the loss of the temperture calculation formula who lose the piping.To the related coefficient within formula give a related calculate way, counteract the procedure of calculator to carry out that calculate way, the actual engineering that make it be able to apply to correspond calculate medium.Key words：buried；three-phase；temperature drop；calculatation目录第1章绪论 (44)1.1 埋地混输管道温降研究意义 (44)1.2 国内外研究及发展状况 (45)1.3 埋地混输管道的应用领域 (47)1.4 埋地混输管道温降计算的复杂程度 (47)1.5 本文主要工作............................ 错误！未定义书签。

1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。

当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i n e n wi L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑ （1-1）式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m ；L λ——所结蜡导热系数。

为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。

（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。

在层流状态（Re<2000），当500Pr <⋅Gr 时：1 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y y b d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；g ——重力加速度，g ＝9.81m/s 2； υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ； C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)； v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；β——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：td d -+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃；b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。

1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。

当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：1112ln 111ln 22i i n e n w i L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑ （1-1）式中：K ——总传热系数，W/(m 2·℃)；e D ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无保温埋地管路可取沥青层外径）；n D ——管道内直径，m ； w D ——管道最外层直径，m ；1α——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)； 2α——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)； i λ——第i 层相应的导热系数，W/(m·℃)；i D ，1i D +——管道第i 层的内外直径，m ，其中1,2,3...i n =；L D ——结蜡后的管内径，m ；L λ——所结蜡导热系数。

为计算总传热系数K ，需分别计算内部放热系数1α、自管壁至管道最外径的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数2α。

（1）内部放热系数1α的确定放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用1α与放热准数u N 、自然对流准数r G 和流体物理性质准数r P 间的数学关系式来表示。

在层流状态（Re<2000），当500Pr <⋅Gr 时：1 3.65y dNu αλ== （1-2） 在层流状态（Re<2000），当500Pr >⋅Gr 时：0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭（1-3）在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭（1-4）在过渡区(2000<Re<104)25.043.001)Pr Pr (Pr bf f fdK ⋅λα＝ （1-5）式中：u N ——放热准数，无因次；λρυC =Pr ——流体物理性质准数，无因次； ()υβw f t t g d Gr -=3——自然对流准数，无因次；υπρd q vdv4Re ==——雷诺数； )(Re 0f f K =——系数；d ——管道内径，m ；——重力加速度，g ＝9.81m/s 2；υ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；C ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；v q ——流体体积流量，m 3/s ；ρ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：tdd-+-=2042045965634023101β （1-6）f λ——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数f λ约在0.1～0.16W/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-= （1-7）15f ρ——l5℃时的原油密度，kg/m 3；f t ——油(液)的平均温度，℃； b t ——管内壁平均温度，℃；204d ——20℃时原油的相对密度。

1管道总传热系数管道总传热系数K 指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。

当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：（1-1）1112ln 111ln 22i i n e n wi L L D D D KD D D D ααλλ-+⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⎝⎭=+++⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦∑式中：——总传热系数，W/(m 2·℃)；K ——计算直径，m ；（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于e D 无保温埋地管路可取沥青层外径）；——管道内直径，m ；n D ——管道最外层直径，m ；w D ——油流与管内壁放热系数，W/(m 2·℃)；1α ——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m 2·℃)；2α ——第层相应的导热系数，W/(m·℃)；i λi ，——管道第层的内外直径，m ，其中；i D 1i D +i 1,2,3...i n =——结蜡后的管内径，m ；L D ——所结蜡导热系数。

L λ为计算总传热系数，需分别计算内部放热系数、自管壁至管道最外径K 1α的导热热阻、管道外壁或最大外围至周围环境的放热系数。

2α（1）内部放热系数的确定1α放热强度决定于原油的物理性质及流动状态，可用与放热准数、自然1αu N 对流准数和流体物理性质准数间的数学关系式来表示。

r G r P 在层流状态（Re<2000），当时：500Pr <⋅Gr（1-2）1 3.65y dNu αλ==在层流状态（Re<2000），当时：500Pr >⋅Gr（1-3）0.250.330.430.11Pr 0.15Re Pr Pr y y y y y b d Nu Gr αλ⎛⎫==⋅⋅⎪⎝⎭在激烈的紊流状态（Re>104），Pr<2500时：（1-4）0.250.80.441Pr 0.021Re Pr Pr y y yb d λα⎛⎫=⋅⋅ ⎪⎝⎭在过渡区(2000<Re<104)（1-5）25.043.001Pr Pr (Prbf ffd K ⋅λα＝式中：——放热准数，无因次；u N ——流体物理性质准数，无因次；λρυC =Pr ——自然对流准数，无因次；()υβw f t t g d Gr -=3——雷诺数；υπρd q vdv4Re ==——系数；)(Re 0f f K =——管道内径，m ；d ——重力加速度，＝9.81m/s 2；g g ——定性温度下的流体运动粘度，m 2/s ；υ——定性温度下的流体比热容，J/(kg·K)；C ——流体体积流量，m 3/s ；v q ——定性温度下的流体密度，kg/m 3；ρ——定性温度下的流体体积膨胀系数，可查得，亦可按下式计算：β（1-6）tdd-+-=2042045965634023101β——定性温度下的流体导热系数，原油的导热系数约在0.1～0.16f λf λW/(m·K)间，随温度变化的关系可用下式表示：（1-7）153/)1054.01(137.0f t f t ρλ-⨯-=——l5℃时的原油密度，kg/m 3；15f ρ——油(液)的平均温度，℃；f t ——管内壁平均温度，℃；b t ——20℃时原油的相对密度。

原油集输温降与压降的关系一引言原油，是一种粘稠的、深褐色液体。

地壳上层部分地区有石油储存。

主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。

它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于化石燃料。

石油主要被用来作为燃油和汽油，也是许多化学工业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。

石油是目前世界上的主要能源，工业和生活都需要这种能源。

石油也是各国争夺的重要物质，许多战争都是因为争夺石油。

一个国家的强弱，都可以从石油的多少判断，因此，石油的开采对一个国家具有非常重要的作用。

本文研究油田开采中集输温降与压降的关系。

二集输系统温降与压降1. 温降在油田集输系统中，原油从井口被开采出来后，通过集油管道输向集油站，沿途必然会有热量散失。

原油的组分不同，其凝固点也不同。

为了能使原油顺利到达集油站，就必须控制原油在输送过程中温度不能低于其凝固点，否则会发生凝管。

因此，原油集输系统中，温降的控制必须重点考虑。

油气集输管道沿线任意点的流体温度应按下式计算：式中： tx--------管道沿线任意点的流体温度（℃）；t0--------管外环境温度（埋地管道取管中心深度地温）（℃）； t1--------管道计算段起点的流体温度（℃）；e--------自然对数底数，宜按2.718取值；a--------系数x--------管道计算段起点至沿线任意点的长度。

用于原油集输管道计算时单位为“m”；K--------总传热系数[W/(m2·℃)]；D--------管道外径（m）；qm--------原油的质量流量（kg/s）；C--------原油比热容[J/(kg·℃)]。

从油气集输管道沿线的温降的计算公式可以看出，当假定其他值不变时，当管外环境温度越低，温降越大；管线越长，温降越大；管径越大，温降越大。

2. 压降油田开采井口可分为2种油井，一种为机械采油井口，一种为自喷油井。

在油田集输系统中，原油从井口被开采出来后，通过集油管道输向集油站，沿途必然会有压头损失。

整个计算过程的公式包括三部分：一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 二．天然气水合物的形成预测模型 三．注醇量计算方法一．天然气物性参数及管线压降与温降的计算 天然气分子量标准状态下，1kmol 天然气的质量定义为天然气的平均分子量，简称分子量。

∑=ii M y M(1) 式中 M —气体的平均分子量，kg/kmol ；y i —气体第i 组分的摩尔分数；M i —气体第i 组分的分子量，kg/kmol 。

天然气密度混合气体密度指单位体积混合气体的质量。

按下面公式计算： 0℃标准状态∑=i i M y 14.4221ρ (2) 20℃标准状态∑=i i M y 055241.ρ (3) 任意温度与压力下∑∑=ii ii V y M y ρ(4)式中 ρ—混合气体的密度，kg/m 3；ρi —任意温度、压力下i 组分的密度，kg/m 3； y i —i 组分的摩尔分数；M i —i 组分的分子量，kg/kmol ； V i —i 组分摩尔容积，m 3 /kmol 。

天然气密度计算公式gpMW ZRTρ= (5)天然气相对密度天然气相对密度Δ的定义为：在相同温度，压力下，天然气的密度与空气密度之比。

aρρ∆=(6) 式中 Δ—气体相对密度；ρ—气体密度，kg/m 3； ρa —空气密度，kg/m 3，在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3；在P 0=101.325kPa ，T 0=273.15K 时，ρa =1.293kg/m 3。

因为空气的分子量为28.96，固有28.96M∆=(7) 假设，混合气和空气的性质都可用理想气体状态方程描述，则可用下列关系式表示天然气的相对密度28.96gg ga a pMW MW MW RT pMW MW RT∆===(8) 式中 MW a —空气视相对分子质量；MW g —天然气视相对分子质量。

天然气的虚拟临界参数任何气体在温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论压力增加到多大，都不能使气体液化。