２０１１年第４０卷石油矿场机械
第７期第３９页
ｏＨ。
ＦＩＥＬＤ
ＥＱｕＩＰＭＥＮＴ
２０１１，４０（７）：３９～４３
文章编号：１００１—３４８２（２０１１）０７一００３９一０５
天然气输送管线温度计算
高德洁１，王鑫２，王春生１，孙启冀１’３，孙
勇１，徐国富４
（１．东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆１６３３１８；２．海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津３００４５７；３．大庆油田公司储运销售分公司，黑龙江大庆１６３４５３；４．大庆油田公司采气分公司，黑龙江大庆１６３５１８）
摘要：天然气管道温降的数值计算可以为输气管道的设计、判断水合物的生成、保证生产运行提供参考数据。在苏霍夫公式的基础上，考虑了焦耳一汤姆逊效应的影响，根据天然气在管道中流动的导热基本理论，结合工程热力学、传热学、流体力学知识，建立天然气输气管线温降模型，采用循环迭代方法计算出天然气沿程温度，对影响管道温降的各种因素，例如气体组成、管道运行参数、保温情况等进行分析比较，为减小天然气管输的温降，伴热功率、加热炉加热温度的计算及节能优化提供了理论依据。
关键词：天然气；温度；计算；输气管道中图分类号：ＴＥ９７３．１
文献标识码：Ａ
ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＤｒｏｐＣａｌｃｕＩａｔｉｏｎｆｏｒＮａｔｕｒａＩＧａｓＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＰｉｐｅｌｉｎｅ
ＧＡｏ
Ｄ—ｉｅｌ，ＷＡＮＧＸｉｎ２，ＷＡＮＧ
Ｃｈｕｎ—ｓｈｅｎ９１，ＳＵＮ
ＱＨｉｌ”，ＳＵＮＹｏｎ９１，ＸＵＧｕｏ—ｆｕ４
（１．ＣＤＺＺＰｇＰｏ厂Ｐ已ｆｒ０ＺＰ氍ｍ
Ｅ，ｚｇｉ咒已Ｐｒｉ咒ｇ，Ｎｏ以＾∞甜ＰＰｆｒ０￡Ｐ“ｍＵｈｉｔ懈＂ｉ砂，Ｄ钾ｉ咒ｇ１６３３１８，（冼ｉ理口；
２．ｃ０咒ｓ￡ｒ“ｃ￡ｉｏ咒ｃｏ优加ｎｙ，叫弘＾ＤｒＰ饶ｚＥ挖ｇｉ咒已Ｐｒ撕｝ｃｏ．。Ｌ缸，１＇妇力ｉ挖３００４５７，鳓ｉ，ｚ口；
３．Ｓ￡ｏｒ口ｇｅ口规ｄＴ，－ｎ挖ｓ户Ｄ以口，ｌｄＭ口ｒ走ｅ￡ｉ孢ｇＳ“６＿ｃＤｍｐ口咒ｙ，Ｄｎｑｉ咒ｇ（Ｘ￡，ｉＰＺｄＣＤｍ声ｎ咒了，Ｄ口ｑｉ７ｌｇ１６３４５３，Ｃ矗ｉ竹口；
４．＆ｓＰｒＤｄ越ｃ￡ｉｏ竹Ｓ“６－ｃｏｍ加挖ｙ，眈ｑｉ咒ｇＱＺ，捌ｄｃｏ优加挖ｙ，Ｄ口ｑｉ行ｇ１６３５１８，吼ｉ咒ｎ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｏｐｗｉ王ｌｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆ—
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ａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ．０ｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＳｕＨｕｏＦｕｆｏｒｍｕｌａ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅＪｏｕｌｅ＿Ｔｈｏｍｓｏｎ，ａｃ—
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ
ｇａｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｇａｓｌｉｎｅ
在天然气管道输送过程中，随着温度降低，可能会生成水合物使管道截面变小，降低输气效率，通常
收稿日期：２０１１～０１—１２
基金项目：国家自然科学基金项目“超重力流化床气固相间作用机理与颗粒流矩模型的研究”（２１０７６０４３）资助
作者简介：高德洁（１９８７一），女，山东阳谷人，硕士研究生，研究方向为储运系统优化与节能降耗技术，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｄｅｊｉｅｌ０４６
＠１２６．ｃｏｍ。
万方数据
来用脱水、加热或件热辖送等方法输进＾然气，Ｋ然气许越潞障的敷竹ｉ１算一口“为箱７Ｌ骨进的堙计、
判断承台物的ｑ城，雠征生产运行攫供骞奇数措
。
奉ｊ从导热筚奉理沧出发．艇据＾然’（在管道中谶曲的导热蕈乖Ⅱ论．结台Ｔ程热力学、体热学、试体
力学知＊．综合考虑天然气组分、管道设计参数、保
温和埋地情况等同索时Ｒ然气管道温降的影响实
现丁什遒温降的Ⅲ向计算和反向计算一并绘制出温降曲线．得ｍｒ天然气犄气管鳗沿秤溜降的ｌｆ斡公
式Ⅻ影响溢降的各种目索，例如。【悻组成、管道运
行参数、保温情况等进行比鞍．为碱小天鼎气秆输的泓降挺供ｒｍ路，ｌ物理模型
自于埋地管遭“打受地形地物限制嘲最少，能
缩短远箱距离、安幸宙州、甚率水量恶钟７ｔ候的影
响、Ｋ阍稳定运行等位点所Ｈ柞精钠骨世Ｉ＃中得到非常昔追的麻Ⅲ。埋地天然气保温管道物理模型
如图ｌ。
d1d2d3
２天然气物性参数
管进＋的★然气是出Ⅱ不发一ｎ化学厦戊的多种
单一组分气体淀台而成－其平均参数・，Ｉｍ竹一组分
气体的性质按混合法则球得．主要体现在Ｘ然气的
分于虽、平均密度、虚拟‰群参数，对＆鸯微年计算
ｎ程中需确定的物性参数主要有比热窖、牯度和导热系数。
２
Ｉ址热窖
山热力学‘ｎｆ知对于实自｛气体的比搀群计算
公式为
坐、
篓
ｍ
式中．（ｊ为质最定压热容．Ｕ（ｋｍｏｌ・Ｋ）・（ｊ为质万方数据
量定容热群．Ｕ（ｋｎｌｏ＿・Ｋ）｛Ｔ山寅酥７ｔ体温度
Ｋ＂为实际’ｔ体蟛睦，ｈ
ｒｎ
ｐ为实环气体ｍ
力．ｈ，
２
２粘度
坼组分气体的精度取陡ｆ温度和ｍ儿．ｍ气件
混合物的粘度还々气体的目ｆ成打芰，舟气催的牯度
随着温度的升高ｍ增大。泓度对’ｔ悼功力牯度的影
响近似计算公式为
一ｍ等等ｃ匆÷
ｍ
式－Ｉ｜．Ｈ，为Ⅺ度为Ｔ时的７ｔ悼础山竹度，Ｐａ・５Ⅲ，
为温度为２７３
Ｋ时的气体功力轴鹱ｔＩ’…；ｃ为与
气体种豢有盖的尤周趺城骑系敷，
矗１给出Ｔ１十绝对大气压力时ｎ种碳氰化合物帕ｔⅨ扶试特最数（’。
￥Ｉ
ｎ＃４§ｍ☆＃ｉ目女ｔ＃ｇ＃（
２３导热系数
气体磷氧化旮物的导热系数随温度或压力的月高ｍ增＾．气体导热系数可用矗ｌ目法和计算法
确定‘，
２
３Ｊ
ｉ＊目｝＃■ｔ∞＊■
一翟三ｉｃ知
ｍ
式中．一为气体的实际＊热幕散－ｗ＋（ｍ・Ｋ）；＾ｎ为气体在２７３Ｋ时的｛热系数．ｗ，（ｍ・Ｋ），ｃ为々气
体性质有关的五四趺试验系教。
２３
２Ⅱ＾目｝＃ｉｔ∞＊ｔ
庄商Ⅲ下．竹组丹气件导热系数Ｗ报据对比带
度ｎ进行ｉ｛苒。
ｏ＜０ｊ臼寸
（ｉ一＾），’ｚ＝（２６¨ｊｌ×１０’＇（ｒ’‘１）（＿１）
０
５＜Ａ＜２０时
第４０卷第７期高德洁．等：天然气输送管线温度计算
（Ａ～Ａｏ）ｒｚ：＝（２．５１９７２×１０一４）（Ｐｏ・６７Ｐｒ一１．０６９）
（５）
２．ｏ＜仇＜２．８时
（Ａ—Ａｏ）心：＝（５．７４６７３×１０。５）（Ｐ１・１５５Ｐｒ＋２．０１６）
（６）
式中，ｎ为气体对比密度，ｋｇ／ｍ３；Ａ。为低压气体导热系数，Ｗ／（ｍ・Ｋ）；Ｚ。为临界压缩系数。
３管道内天然气水力计算ｎ巧３
３．１气体流速
管道中的气体流速计算公式为
旷２．３×１０。５×鬻
（７）
式中，Ｑ为管线起始处天然气流量，ｍ３／ｓ；Ｚ为压缩
系数。
３．２气体压力
设一段输气管道ＡＣ长为Ｌ。以ｚ表示管段上任意一点Ｂ至起点Ａ的距离，管道中的气体压力为
圹在乏磊琵
（８）
式中，夕Ｑ为输气管道计算段起点压力或上游压缩机站的出站压力，ＭＰａ；ｐｚ为输气管道计算段终点压
力或下游压缩机站的进站压力，ＭＰａ。
４管道内天然气热力计算
４．１总传热系数［６１
埋地管道的传热过程由３部分组成：①气体至管壁的放热；②管壁、保温层等，ｚ层的传热；③管道至周围土壤的传热。总传热系数的计算公式为
而２忑十瓦ｍ石十瓦１ｎ乏十忑南＝壶＋麦ｔｎ宝＋去－ｎ宝＋去ｃ９，
‘９’
式中，口。为气体至管内壁的放热系数，Ｗ／（ｍ２・Ｋ）；口。为管道外壁至周围介质的放热系数，Ｗ／（ｍ２
・Ｋ）；Ａ。为管壁的导热系数，Ｗ／（ｍ・Ｋ）；Ａｂ为保温层的导热系数，ｗ／（ｍ・Ｋ）；ｄ为确定总传热系数的计算直径，ｍ，当口１＞＞口２时，ｄ取矗３；当口１≈口２时，ｄ取（ｄ１＋ｄ３）／２；当口１＜＜口２时，ｄ取ｄ１。４．２温降［７’８］
Ｔ＝Ｔ。＋（ＴＱ—Ｔ０）ｅ—ａｘ—Ｄｉ学（１一ｅ—ａｘ）
管道温降计算公式为
（１０）
式中，加为管道起点压力，Ｐａ；户ｚ为管道终点压力，
万方数据
Ｐａ；Ｌ为管道长度，ｍ；Ｔ为气体温度，Ｋ或℃；Ｒ为管道埋深处地温，Ｋ或℃；Ｄｉ为焦耳一汤姆逊系数，℃／ＭＰａ。
５计算实例及分析
５．１管道设计参数
以徐深６集气站至宋一联输气管道为例，设计参数为：管径０２１９ｍｍ×７ｍｍ，长度１２ｋｍ；管道材质
为２０８钢，输送介质为天然气，起点温度６０℃，起点压力１０ＭＰａ，终点压力３ＭＰａ，设计输量８０×１０４ｍ３／ｄ；保温材料采用导热系数为ｏ．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）
的超细玻璃棉毡，保温层厚度１５ｍｍ。５．２管道铺设条件
管道中心处埋深为１ｍ，土壤导热系数为１．５ｗ／（ｍ・Ｋ），空气温度为一２０℃（最恶劣工况）。
天然气各组分所占百分比如表２。
表２天然气各组分所占百分比
％
５．３拟合温度与距离的关系
由于考虑了节流效应的影响，管道中的天然气温度会降至埋深处地温以下。当温度降至最低点
后，土壤向管道传递热量，所以在管道末端温度会缓慢上升嘲。管道拟合温度与距离的关系如图２。
印∞加如加ｍ
魁赠旷《怅
ｏ
ｍ
图２天然气管道压降曲线
５．４各参数对温降的影响及比较
为了便于分析各因素的影响，对某些设定值做了放大或缩小处理…］。管道长度设定为１５
ｏｏｏ
ｍ，其他参数与徐深６集气站至宋一联输气管道的参数相同。管道参数对温降的影响计算结果如图
３～１１。
‘４２・
石油矿场机械２０１１年７月
莓『赠矿《吣
距管道起点距离三，ｍ
图３
甲烷和乙烷含量对温降的影响
护
亡魁赠Ｆ《Ｈ＜
距管道起点距离Ｌ，ｍ
图４不同水蒸气含量的沿程温降
妒毒髓赠旷《帐
距管道起点距离“ｍ
图５不同管径的沿程温降
护毒髓赠扩《帐
距管道起点距离Ｌ，ｍ
图６不同管道长度的沿程温降
恻赠扩《怅
距管道起点距离Ｌ，ｍ
图７不同流量的沿程温降
万方数据
雠赠Ｆ距管道起点距离Ｌ，ｍ
图８不同起点压力的沿程温降
护ｉ赠扩《瞅
Ｏ３０００６０００９０００１２０（）ｏ１５０００
距管道起点距离“ｍ
图９不同终点压力的沿程温降
馘赠扩《联
Ｏ
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６０００
９０００
１２０００
１５０００
距管道起点距离“ｍ
图１０不同保温层导热系数的沿程温降
髓赠扩《帐
Ｏ
３０００
６０００
９０００
１２０（）（）１５０（）（）
距管道起点距离“ｍ
图１１
不同保温层厚度的沿程温降
６
结论
１）
对温降影响较大的因素有气体组成、管长、
任务流量、起点和终点压力、保温层厚度等；对温降影响比较小的因素有水蒸气含量、管径和保温层导
热系数等。
２）
对于长距离输气管道，温降在管道起点附
近最明显，越往后越趋于平缓；由于节流效应的影
响，天然气的最低温度会低于地温，之后外界对气体传热，使天然气温度略有升高。
２０１１年第４０卷石油矿场机械
第７期第４３页
ｏＩＬ
ＦＩＥＩ．Ｄ
ＥＱｕＩＰＭＥＮＴ
２０１１，４０（７）：４３～４６
文章编号：ｌ００１—３４８２（２０１１）０７一００４３一０４
ＪＣ３０ＤＢ—ＷＺ型单轴绞车结构设计及
起升系统特性分析
王瑞成
（川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，西安７１００１８）
摘要：针对我国传统绞车存在传动复杂、效率低、送钻不均匀、钻压不稳定等缺点，介绍了一种新型
电机直驱单轴绞车结构型式——ＪＣ３０ＤＢ＿ｗＺ型交流变频电驱动单轴绞车，并对起升系统的特性
进行了分析。该绞车采用２台大功率、低速、大扭矩变频电机从滚筒轴两端直接驱动滚筒，形成电机外置与滚筒一体化单轴绞车结构型式，具有结构简单新颖、调速范围宽、适应能力强等优点，可满足恒扭矩、恒功率等多种工况要求。关键词：绞车；结构设计；特性分析中图分类号：ＴＥ９２２
文献标识码：Ａ
ＤｅｓｉｇｎｏｆＪＣ３０ＤＢ—ＷＺＳｉｎｇｌｅＳｈａｆｔＤｒａｗｗｏｒｋｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｏｉｓｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧ
Ｒｕｉ—ｃｈｅｎｇ
（Ｃ＾口，ｌｇｑｉ，ｌｇＤｒｉ￡￡ｉ扎ｇ
Ｃｏｍ户口７ｌ了，ＣＣＤＣ，Ｘｉ’口推７１００１８，Ｃ矗ｉ触）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔ
ｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｕｎｅｖｅｎｌｙｄ“１１ｉｎｇ，ａｎｄｕｎｓｔａｂｌｅ
ＰＯＢｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎ
ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒａｗｗｏｒｋｓ’ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｓｉｎｇｌｅｓｈａｆｔｄｒａｗｗｏｒｋｓｄｒｉｖｅｎｂｙＤＣｍｏ—
ｔｏｒ
ｆｏｒ
ＪＣ３０ＤＣ—ＷＺｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ
ａｎｄ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈｏｉｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｗｏｈｉｇｈｐｏｗｅｒＶＦＤｍｏｔｏｒ
ａｒｅ
ａｄｏｐｔｅｄ，ｗｉｔｈ
１０ｗｓｐｅｅｄａｎｄｌａｒｇｅｔｏｒｑｕｅ，ｗｈｉｃｈ
ａｒｅ
ｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｎｎｅｃｔｅｄ
＋—＋－—卜－＋－＋——●—・＋一—＋—・—卜－＋－＋－＋－＋－＋－—＋—－＋一＋－＋－—＋－——｝－－＋—＋－——卜－＋—＋－＋－—卜－—＋一－—卜—＋一—卜——＿卜－＋－—卜－＋－＋－—｝——＋－＋－—卜－—－卜－＋－＋－＋——卜－・－卜－‘－卜－—・卜－—卜・
３）
影响最低点温度的因素是起点、终点压力
［４］陶文铨．计算传热学的近代进展［Ｍ］．北京：科学出版
和管长。起点与终点压差越大，管长越小，节流效应社，２０００：１—１６，３３—３７・
越显著，天然气的最低温度越低。
［５］许俊良，刘键，任红・天然气水合物取样高度探讨
４）
管线较长时，管径对节流效应的影响不
口］．石油矿场机械，２０１０，３９（１０）：１２—１５．
［６］李文彩。王凤军，李艳梅．长输管道总传热系数分析及
显著。
评价［Ｊ］．油田地面工程，２００６，２５（１０）：２０一２１．
［７］王树立，赵志勇，王淑华．油气集输管线温降计算方法
参考文献：
［Ｊ］．油田地面工程，１９９９，１８（２）：２２—２５．
［１］姚莉，张丽娜，赵芸．国内外天然气储运技术现状
［８］李长俊．天然气管道输送［Ｍ］．北京：石油工业出版社
与发展趋势综述［Ｊ］．天然气经济，２００４（５）：ｓ３—６６．２０００：８６—９４．
［２］沈维道，蒋智敏，童钧耕．工程热力学［Ｍ］．３版．北京：
［９］刘德生，宫敬，吴海浩．水平管油气水３相流试验研
高等教育出版社，２００１．
究进展［Ｊ］．石油矿场机械，２０１０，３９（４）：９—１６．
［３］杨世铭，陶文铨．传热学［Ｍ］．４版．北京：高等教育出
［１０］李晋，王平，王洪霞．裸露管线温降规律研究［Ｊ］．
版社，２００６：４—６．
石油化工高等学校学报，２００９，２２（１）：７３—７５．
收稿日期：２０１１一０３—２８
作者简介：王瑞成（１９７５一），男，河南通许人，工程师，目前从事钻井设备的管理工作。
万方数据
天然气输送管线温度计算
作者：作者单位：
高德洁， 王鑫， 王春生， 孙启冀， 孙勇， 徐国富， GAO De-jie， WANG Xin， WANGChun-sheng， SUN Qi-ji， SUN Yong， XU Guo-fu
高德洁,王春生,孙勇,GAO De-jie,WANG Chun-sheng,SUN Yong(东北石油大学,石油工程学院,黑龙江,大庆,163318)， 王鑫,WANG Xin(海洋石油工程股份有限公司,建造公司,天津,300457)， 孙启冀,SUN Qi-ji(东北石油大学,石油工程学院,黑龙江,大庆,163318;大庆油田公司储运销售分公司,黑龙江,大庆,163453)， 徐国富,XU Guo-fu(大庆油田公司,采气分公司,黑龙江,大庆,163518)石油矿场机械
OIL FIELD EQUIPMENT2011,40(7)1次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
参考文献(10条)
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5.许俊良;刘键;任红 天然气水合物取样高度探讨[期刊论文]-石油矿场机械 2010(10)
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9.刘德生;宫敬;吴海浩 水平管油气水3相流试验研究进展[期刊论文]-石油矿场机械 2010(04)10.李晋;王平;王洪霞 裸露管线温降规律研究[期刊论文]-石油化工高等学校学报 2009(01)
引证文献(1条)
1.李金民 螺杆泵井抽油杆柱校核及下泵深度设计计算[期刊论文]-石油矿场机械 2012(9)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sykcjx201107011.aspx