裸露油气管道最低管壁温度的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，所述测量方法包括：第一步，计算得到以管道外表面面积为基准的总传热系数K；第二步，计算得到管道末端的介质温度t

Method and device for measuring minimum pipe wall temperature of bare oil and gas pipeline

The invention discloses a method for measuring the bare minimum wall temperature of oil and gas pipelines, including the measurement method: the first step is to calculate the total heat transfer coefficient K on the external surface of the pipe area for reference; the second step, the calculated temperature of the medium pipeline at the end of the T

【技术实现步骤摘要】
裸露油气管道最低管壁温度的测量方法及装置
本专利技术涉及管道壁温的工程计算
，特别涉及一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，主要用于低温环境下裸露的石油天然气管道最低管壁温度的测量计算。本专利技术还涉及一种裸露油气管道最低管壁温度的测量装置。
技术介绍
低温环境下以及野外的石油天然气输送管道一般都是铺设在地表面以下的，但是在中继站、中转站以及维修站等站场的管道通常都铺设在地面之上，然而由于工艺原因部分站场管道外表面无保温层，直接受到低温环境的影响。管材在低温环境下韧性降低，当温度低于材料韧脆转变温度时，管道就有可能发生脆性断裂，造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，对低温环境下的石油天然气输送管道管壁温度的测量计算，实时地掌握管道管壁的温度，有利于确保油气管道的安全运行，也能够及时的发现安全隐患。在我国，西气东输二线工程的西段管道有多个站场位于高海拔寒冷地区，如霍尔果斯首站、乌鲁木齐压气站、红柳联络压气站等，这些地区的环境最低温度很低，且常伴有大风。以霍尔果斯为例，该地区年平均气温为9.1℃，常年最低气温一般在-35℃左右，历史上有记载的极端最低气温达-42.6℃，并且最大风速可达9级。这样，如果不能实时地掌握这些站点裸露管道的管壁温度，则大大增加了事故发生的几率。目前，为了防止低温环境下石油天然气输送管道因脆性而断裂，国内外相关标准都对管材的韧性指标提出了要求。例如：GB/T9711.3-2005《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第3部分：C级钢管》给出了避免发生脆性断裂的夏比冲击试验温度及冲击功要求，冲击试验温度的规定如表1所示。ISO15590-1：2001《Petroleumandnaturalgasindustries—Inductionbends,fittingsandflangesforpipelinetransportationsystems—Part1:Inductionbends》和ISO15590-2：2003《Petroleumandnaturalgasindustries—Inductionbends,fittingsandflangesforpipelinetransportationsystems—Part2:Fittings》对于低温环境油气输送管系统所用弯管和管件也规定了避免发生脆性断裂的夏比冲击试验温度与最低设计温度相关。但是，这些标准并未提出最低设计温度的确定方法。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：目前还没有专利技术出一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，因此，开发一种低温环境下裸露管道的管壁最低温度的工程确定方法可以为石油天然气站场裸露管道的设计和采购提供依据，能够避免石油天然气输送管道安全事故的发生。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，低温环境下裸露石油天然气管道中的介质自出土裸露处开始通过管壁向环境散热，最低温度出现在钢管外壁，该方法可以根据管道规格、介质参数和环境温度，计算裸露管道任意某处的钢管外壁最低壁温。所述技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，所述测量方法包括：S1、计算得到以管道外表面面积为基准的总传热系数K(单位：W/m2·℃)；S2、计算得到管道末端的介质温度t2(单位：℃)，测量得到管道末端所处区域的环境温度te(单位：℃)，用管道末端的介质温度t2减去管道末端所处区域的环境温度te得到管道末端的温度差Δt(单位：℃)：Δt＝t2-te；S3、利用公式(1)计算出管道末端的最低壁温tmin(单位：℃)：tmin＝te+KΔt/αo(1)公式(1)中，αo(单位：W/m2·℃)为管道外壁与大气环境之间的对流传热系数。进一步地，步骤S1中以管道外表面面积为基准的总传热系数K的计算方法包括：S101、测量出管道内径di(单位：m)、管内介质热传导系数λf(单位：W/m·℃)、管内介质质量流量M(单位：kg/s)、管内介质黏度μf(单位：kg/m·s)、管内流体的定压比热容Cpf(单位：J/kg·℃)，根据公式(2)计算出管内介质与管道内壁之间的对流传热系数αi(单位：W/m2·℃)：αi=0.023λfdi(4Mπdiμf)0.8(Cpfμfλf)0.3---(2);]]>S102、测量出管道外直径do(单位：m)和管道材料热传导系数λ(单位：W/m·℃)，根据公式(3)计算出以管道外表面面积为基准的总传热系数K：K=11αo+do2λlndodi+dodiαi---(3),]]>公式(3)中，αo(单位：W/m2·℃)为管道外壁与大气环境之间的对流传热系数。公式(2)和公式(3)中的部分参数是需要实时测量获取的，另一部分参数是可以通过查询这些石油天然气输送管道安装时的档案数据获取得到的。进一步地，步骤S2中管道末端的介质温度t2的计算方法包括：S201、根据公式(4)计算得到系数α(系数α为系数)：α=πdiKMCpf---(4),]]>公式(4)中，di(单位：m)为管道内径、K(单位：W/m2·℃)为以管道外表面面积为基准的总传热系数、M(单位：kg/s)为管内介质质量流量、Cpf(单位：J/kg·℃)为管内流体的定压比热容；S202、测量得到管道出土裸露起始处的介质温度t1(单位：℃)和管道出土裸露起始处至其末端的总长度x(单位：m)，利用公式(5)计算出管道末端的介质温度t2(单位：℃)：t2＝te+(t1-te)e-αx-(3～5)(5)公式(5)中，te(单位：℃)为管道末端所处区域的环境温度。综上所述，只需给定管道规格长度及管材属性(di、do、x、λ)、管内介质流量和介质属性(M、μf、Cpf、λf)、管道外壁与大气环境之间的对流传热系数(αo)、管道出土裸露起始处的介质温度(t1)和管道该处的环境温度(te)，根据公式(1)～公式(5)即可计算得到管道任意某处的外壁最低温度，裸露管道的最低壁温即可作为管道的设计温度。由以上计算公式可以看出，本专利技术的计算方法涵盖了环境温度(te)、介质温度(t1、t2)、环境风速(αo)、输送流量(M)、管道规格(di、do)和管道长度(x)等六个影响低温环境下裸露管道最低壁温的因素，计算结果精确可靠。另一方面，本专利技术还提供了一种裸露油气管道最低管壁温度的测量装置，所述测量装置包括：测量模块，用于测量管道末端所处区域的环境温度te；第一计算模块，用于计算以管道外表面面积为基准的总传热系数K；第二计算模块，用于计算管道末端的介质温度t2，根据测量得到的管道末端所处区域的环境温度te，用管道末端的介质温度t2减去管道末端所处区域的环境温度te得到管道末端的温度差Δt；第三计算模块，用于根据公式tmin＝te+KΔt/αo计算得到管道末端的最低壁温tmin。进一步地，所述第一计算模块包括：第一计算子模块，用于根据公式计算得到管内介质与管道内壁之间的对流传热系数αi，其中，di为测量出的管道内径，λf为管内介质热传导系数，M为管内介质质量流量，μf为管内介质黏度，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：S1、计算得到以管道外表面面积为基准的总传热系数K；S2、计算得到管道末端的介质温度t

【技术特征摘要】
1.一种裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：S1、计算得到以管道外表面面积为基准的总传热系数K；S2、计算得到管道末端的介质温度t2，测量得到管道末端所处区域的环境温度te，用管道末端的介质温度t2减去管道末端所处区域的环境温度te得到管道末端的温度差Δt；S3、利用公式(1)计算出管道末端的最低壁温tmin：tmin＝te+KΔt/αo(1)公式(1)中，αo为管道外壁与大气环境之间的对流传热系数；其中，步骤S1中，以管道外表面面积为基准的总传热系数K的计算方法包括：S101、测量出管道内径di、管内介质热传导系数λf、管内介质质量流量M、管内介质黏度μf、管内流体的定压比热容Cpf，根据公式(2)计算出管内介质与管道内壁之间的对流传热系数αi：S102、测量出管道外直径do和管道材料热传导系数λ，根据公式(3)计算出以管道外表面面积为基准的总传热系数K：公式(3)中，αo为管道外壁与大气环境之间的对流传热系数。2.根据权利要求1所述的裸露油气管道最低管壁温度的测量方法，其特征在于，步骤S2中管道末端的介质温度t2的计算方法包括：S201、根据公式(4)计算得到系数α：公式(4)中，di为管道内径、K为以管道外表面面积为基准的总传热系数、M为管内介质质量流量、Cpf为管内流体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，田伟，冯耀荣，吉玲康，刘迎来，张广利，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11