裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括：第一步，計(jì)算得到以管道外表面面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K；第二步，計(jì)算得到管道末端的介質(zhì)溫度t2，測(cè)量得到管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度te，用管道末端的介質(zhì)溫度t2減去管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度te得到管道末端的溫度差Δt；第三步，利用公式tmin＝te+KΔt/αo計(jì)算出管道末端的最低壁溫tmin。本發(fā)明的技術(shù)方案綜合考慮了環(huán)境溫度、介質(zhì)溫度、環(huán)境風(fēng)速、輸送流量、管道規(guī)格和管道長(zhǎng)度等六個(gè)影響低溫環(huán)境下裸露鋼管最低壁溫的主要因素，最低壁溫的估算結(jié)果精確可靠，與實(shí)際測(cè)量壁溫差距較小，精確度高于其它工程估算方法，與數(shù)值計(jì)算方法相當(dāng)，但比數(shù)值計(jì)算方法簡(jiǎn)單方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管道壁溫的工程計(jì)算【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，主要用于低溫環(huán)境下裸露的石油天然氣管道最低管壁溫度的測(cè)量計(jì)算。本發(fā)明還涉及一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫環(huán)境下以及野外的石油天然氣輸送管道一般都是鋪設(shè)在地表面以下的，但是在中繼站、中轉(zhuǎn)站以及維修站等站場(chǎng)的管道通常都鋪設(shè)在地面之上，然而由于工藝原因部分站場(chǎng)管道外表面無(wú)保溫層，直接受到低溫環(huán)境的影響。管材在低溫環(huán)境下韌性降低，當(dāng)溫度低于材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，管道就有可能發(fā)生脆性斷裂，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，對(duì)低溫環(huán)境下的石油天然氣輸送管道管壁溫度的測(cè)量計(jì)算，實(shí)時(shí)地掌握管道管壁的溫度，有利于確保油氣管道的安全運(yùn)行，也能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)安全隱患。在我國(guó)，西氣東輸二線(xiàn)工程的西段管道有多個(gè)站場(chǎng)位于高海拔寒冷地區(qū)，如霍爾果斯首站、烏魯木齊壓氣站、紅柳聯(lián)絡(luò)壓氣站等，這些地區(qū)的環(huán)境最低溫度很低，且常伴有大風(fēng)。以霍爾果斯為例，該地區(qū)年平均氣溫為9.1° C，常年最低氣溫一般在-35° C左右，歷史上有記載的極端最低氣溫達(dá)-42.6° C，并且最大風(fēng)速可達(dá)9級(jí)。這樣，如果不能實(shí)時(shí)地掌握這些站點(diǎn)裸露管道的管壁溫度，則大大增加了事故發(fā)生的幾率。
[0003]目前，為了防止低溫環(huán)境下石油天然氣輸送管道因脆性而斷裂，國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)管材的韌性指標(biāo)提出了要求。例如:GB/T 9711.3-2005《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第3部分:C級(jí)鋼管》給出了避免發(fā)生脆性斷裂的夏比沖擊試驗(yàn)溫度及沖擊功要求，沖擊試驗(yàn)溫度的規(guī)定如表I所示。IS015590-1:2001 ((Petroleum and natural gasindustries-1nduction bends, fittings and flanges for pipeline transportationsystems-Part 1:1nduction bends〉〉和 IS015590-2:2003 ((Petroleum and natural gasindustries-1nduction bends, fittings and flanges for pipeline transportationsystems-Part 2:Fittings》對(duì)于低溫環(huán)境油氣輸送管系統(tǒng)所用彎管和管件也規(guī)定了避免發(fā)生脆性斷裂的夏比沖擊試驗(yàn)溫度與最低設(shè)計(jì)溫度相關(guān)。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)并未提出最低設(shè)計(jì)溫度的確定方法。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:目前還沒(méi)有發(fā)明出一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，因此，開(kāi)發(fā)一種低溫環(huán)境下裸露管道的管壁最低溫度的工程確定方法可以為石油天然氣站場(chǎng)裸露管道的設(shè)計(jì)和采購(gòu)提供依據(jù)，能夠避免石油天然氣輸送管道安全事故的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，低溫環(huán)境下裸露石油天然氣管道中的介質(zhì)自出土裸露處開(kāi)始通過(guò)管壁向環(huán)境散熱，最低溫度出現(xiàn)在鋼管外壁，該方法可以根據(jù)管道規(guī)格、介質(zhì)參數(shù)和環(huán)境溫度，計(jì)算裸露管道任意某處的鋼管外壁最低壁溫。所述技術(shù)方案如下:
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括:
[0007]S1、計(jì)算得到以管道外表面面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K (單位:W/m2.° C);
[0008]S2、計(jì)算得到管道末端的介質(zhì)溫度t2 (單位:°C)，測(cè)量得到管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度(單位:°C)，用管道末端的介質(zhì)溫度t2減去管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度得到管道末端的溫度差A(yù)t (單位:°C): Δ t=t2-te ；
[0009]S3、利用公式(I)計(jì)算出管道末端的最低壁溫tmin (單位:°C):
[0010]Un=VK Λ t/α。(I)
[0011]公式(I)中，α。(單位:w/m2.° C)為管道外壁與大氣環(huán)境之間的對(duì)流傳熱系數(shù)。
[0012]進(jìn)一步地，步驟SI中以管道外表面面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K的計(jì)算方法包括:
[0013]S101、測(cè)量出管道內(nèi)徑屯(單位:m)、管內(nèi)介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)Af (單位:W/m.° C)、管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流量M (單位:kg/s)、管內(nèi)介質(zhì)黏度(單位:kg/m.S)、管內(nèi)流體的定壓比熱容Cpf (單位:J/kg.。C)，根據(jù)公式(2)計(jì)算出管內(nèi)介質(zhì)與管道內(nèi)壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù) a j (單位:W/m2.° C):
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，其特征在于，所述測(cè)量方法包括: S1、計(jì)算得到以管道外表面面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K； S2、計(jì)算得到管道末端的介質(zhì)溫度t2，測(cè)量得到管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度％，用管道末端的介質(zhì)溫度t2減去管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度得到管道末端的溫度差Λ t ； S3、利用公式(I)計(jì)算出管道末端的最低壁溫tmin: tmin = te+K At/ Cl o(I) 公式(I)中，α。為管道外壁與大氣環(huán)境之間的對(duì)流傳熱系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，其特征在于，步驟SI中總傳熱系數(shù)K的計(jì)算方法包括: S101、測(cè)量出管道內(nèi)徑屯、管內(nèi)介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)Xf、管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流量M、管內(nèi)介質(zhì)黏度Uf、管內(nèi)流體的定壓比熱容Cpf，根據(jù)公式(2)計(jì)算出管內(nèi)介質(zhì)與管道內(nèi)壁之間的對(duì)流傳熱系數(shù)α i:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量方法，其特征在于，步驟S2中管道末端的介質(zhì)溫度t2的計(jì)算方法包括:S201、根據(jù)公式(4)計(jì)算得到系數(shù)α:
4.一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置包括: 測(cè)量模塊，用于測(cè)量管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度； 第一計(jì)算模塊，用于計(jì)算以管道外表面面積為基準(zhǔn)的總傳熱系數(shù)K ; 第二計(jì)算模塊，用于計(jì)算管道末端的介質(zhì)溫度t2，根據(jù)測(cè)量得到的管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度％，用管道末端的介質(zhì)溫度t2減去管道末端所處區(qū)域的環(huán)境溫度得到管道末端的溫度差A(yù)t; 第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)公式tmin = te+K Λ t/ α。計(jì)算得到管道末端的最低壁溫tmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一計(jì)算模塊包括: 第一計(jì)算子模塊，用于根據(jù)公式
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種裸露油氣管道最低管壁溫度的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二計(jì)算模塊包括: 第三計(jì)算子模塊，用于根據(jù)公式
【文檔編號(hào)】G01K11/00GK103837259SQ201210484862
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】王海濤, 田偉, 馮耀榮, 吉玲康, 劉迎來(lái), 張廣利 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所