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[摘 要]输油管道是油田的主要设施之一，对埋地集输管道进行保温，可减少管道散热损失，有利于安全输送。热油管道保温后，由于热阻增大，管道热损失减小，使得油流沿程温降减小，但却增加了保温材料及保温层施工等费用的一次性投资，因此，保温结构各层材料确定后，关键就是确定保温层厚度，使得年总工作费用最低。
[关键词]输油管道保温层厚度优化设计
中图分类号：TE8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0310-01
前言
目前国外采用的管道保温结构基本形式为，钢管—防腐层—保温层—防水保护层。保温层与保护层之间用粘结剂连接，这样不但构成了管道的“三防体系”，而且使钢管的防腐层、保温层、保护层牢固地合为一体，大大提高了管道的防腐保温效果。
1概述本文针对安徽天长地区一段管道的保温进行计算，年总工作费用为优化目标，建立了输油管道保温层厚度优化设计数学模型，进行了输油管道保温层经济厚度的优化设计。
2建立数学模型
2.1工程投资年偿还C1
对于经济厚度的分析，前提是保温工程投资年分摊率是指保温投资费用在其投资回收年限内，每年平均回收费用占整个投资的百分比，本项目采用贷款，投产后企业按复利偿还
式中： i—年利率，%；
n—计息年数，年；
2.2保温材料与施工费用
C2式中：Dw—管道保温层外径，m
Do—管道外径，m
Cb—管道保温的单位造价，元/m3；
L —管道长度，m。
2.3年散热损失费C3
式中：Q —每米管道散热损失，W/m；
t —年运行小时数，h；
Ch —热价，元/109J。
2.3.1每米管道散热损失Q
式中：K—管道总传热系数，W/（m2·℃）
D—计算直径，m
—管内原油温度，取运行期间运行温度加权平均值，℃
—环境温度，℃
2.3.2综合传热系数K
式中： —保温层导热系数，W/（m·℃）
h—管道与外界对流换热系数，m
2.3.3管内原油温度Ta
式中： —原油凝固温度，℃
—原油初始温度，℃
2.3.4原油初始温度T1
式中：—过程参数，
—原油的质量流量，kg/s
c—原油的比热容
考虑投资年限，经济保温层厚度的值取决于在此厚度下保温工程投资年偿还C1+年散热损失费C3的最小值。
3优化设计参数与条件设置
3.1 环境参数
天長市地处亚热带北部，属北亚热带湿润季风气候，阳光充足，气候温和，雨量适中，四季分明，雨热同季。常年光照为2191.3小时，常年平均气温为14.8摄氏度。累年各月平均气温1月为最冷月，月平均气温为1.2摄氏度；7月为最热月，月平均气温为27.6摄氏度。年平均降水量1041.1毫米，其中46%集中在6、7、8三个月。年蒸发量1397.4毫米，常年无霜期219.3天。年最多风向为东南偏东风，频率为14%
3.2表面放热系数：按GB8175中的设计导则，在经济厚度及热损失计算中，设备和管道的保温结构外表面放热.系数一般取h=11. 63W/（m2*K）
3.3管道参数：本次计算的管道L=5000m，管径 D480mm，管道内原油质量流量G=100kg/s。
3.4原油物理性质：管内原油凝点 30℃，比热为 2340 J/（kg*℃） 。
3.4原油输送参数：管道内原油质量流量G=100kg/s，要求终点油温高于凝点 3℃。
3.5年运行时间：年运行时间按 350 天计，t=8400小时。要求终点油温高于凝点 3℃。
3.6保温材料导热系数：保温材料制品的导热系数或导热系数方程应由制造厂提供的要求。本次保温层材料为聚氨酯泡沫，导热系数为 =0.04W/（m*℃），
3.7保温结构单位造价：管道保温的单位造价为1000元/m3，包括主材费、包装费、运输费、损耗费、安装及保护结构费等。
3.8热价格：安徽天长地区的热价格按照6元/106KJ进行取值。
4计算结果与分析
4.1经济保温层厚度计算
将建立的数学模型加入设置的参数和条件进行计算，从无保温到保温层为30mm分别进行计算，步长为1mm，计算得到保温层厚度与各项费用的关系，随着原油管道保温层厚度的增加，管道的热阻增大，与外界的热损失减小，降低了原油输送的初始温度，从而导致热损费用的逐渐减少；原油管道保温层厚度的增加，也增加了保温材料及施工费用的总投资，从而导致工程费用的逐渐增加。图中总费用为工程费用和热损费用的叠加，可以看到曲线存在最小值，曲线的最小值所对应的保温层厚度就是本次计算得到的经济厚度，可以得出厚度为15mm，对应总费用的最小值为3.24万元，其中保温结构费用为1.39万元，占总费用的42.9%；热损费用为1.85万元，是年总费用的57.1%。
5结论
由计算的结构可以发现，在保温层厚度较小的情况下，热损费用随保温层厚度增加减小得很快，当其达到经济厚度附近时，保温层厚度对其影响不再显著，因而试图通过盲目地加厚保温层来保证安全生产不可取，必须对保温层厚度进行优化设计。
参考文献
[1] 扬嘉瑜译.国外输油管道保温技术概况及发展，国外油田工程，1997（5）
[2] 幺莉.保温层“经济厚度法”计算参数研究.电力设计，2003
[3] 吴双应，陈凌霜，李友荣.管道保温层经济厚度计算.石油化工设备，2001
[4] 张树清等.埋地集输管道保温层优化设计.油气田地面工程2006，25（4）
备注
刘春玲：江苏油田采油二厂天长管理区集输技师
王 萍：江苏油田采油一厂真武管理区集输技师
[关键词]输油管道保温层厚度优化设计
中图分类号：TE8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0310-01
前言
目前国外采用的管道保温结构基本形式为，钢管—防腐层—保温层—防水保护层。保温层与保护层之间用粘结剂连接，这样不但构成了管道的“三防体系”，而且使钢管的防腐层、保温层、保护层牢固地合为一体，大大提高了管道的防腐保温效果。
1概述本文针对安徽天长地区一段管道的保温进行计算，年总工作费用为优化目标，建立了输油管道保温层厚度优化设计数学模型，进行了输油管道保温层经济厚度的优化设计。
2建立数学模型
2.1工程投资年偿还C1
对于经济厚度的分析，前提是保温工程投资年分摊率是指保温投资费用在其投资回收年限内，每年平均回收费用占整个投资的百分比，本项目采用贷款，投产后企业按复利偿还
式中： i—年利率，%；
n—计息年数，年；
2.2保温材料与施工费用
C2式中：Dw—管道保温层外径，m
Do—管道外径，m
Cb—管道保温的单位造价，元/m3；
L —管道长度，m。
2.3年散热损失费C3
式中：Q —每米管道散热损失，W/m；
t —年运行小时数，h；
Ch —热价，元/109J。
2.3.1每米管道散热损失Q
式中：K—管道总传热系数，W/（m2·℃）
D—计算直径，m
—管内原油温度，取运行期间运行温度加权平均值，℃
—环境温度，℃
2.3.2综合传热系数K
式中： —保温层导热系数，W/（m·℃）
h—管道与外界对流换热系数，m
2.3.3管内原油温度Ta
式中： —原油凝固温度，℃
—原油初始温度，℃
2.3.4原油初始温度T1
式中：—过程参数，
—原油的质量流量，kg/s
c—原油的比热容
考虑投资年限，经济保温层厚度的值取决于在此厚度下保温工程投资年偿还C1+年散热损失费C3的最小值。
3优化设计参数与条件设置
3.1 环境参数
天長市地处亚热带北部，属北亚热带湿润季风气候，阳光充足，气候温和，雨量适中，四季分明，雨热同季。常年光照为2191.3小时，常年平均气温为14.8摄氏度。累年各月平均气温1月为最冷月，月平均气温为1.2摄氏度；7月为最热月，月平均气温为27.6摄氏度。年平均降水量1041.1毫米，其中46%集中在6、7、8三个月。年蒸发量1397.4毫米，常年无霜期219.3天。年最多风向为东南偏东风，频率为14%
3.2表面放热系数：按GB8175中的设计导则，在经济厚度及热损失计算中，设备和管道的保温结构外表面放热.系数一般取h=11. 63W/（m2*K）
3.3管道参数：本次计算的管道L=5000m，管径 D480mm，管道内原油质量流量G=100kg/s。
3.4原油物理性质：管内原油凝点 30℃，比热为 2340 J/（kg*℃） 。
3.4原油输送参数：管道内原油质量流量G=100kg/s，要求终点油温高于凝点 3℃。
3.5年运行时间：年运行时间按 350 天计，t=8400小时。要求终点油温高于凝点 3℃。
3.6保温材料导热系数：保温材料制品的导热系数或导热系数方程应由制造厂提供的要求。本次保温层材料为聚氨酯泡沫，导热系数为 =0.04W/（m*℃），
3.7保温结构单位造价：管道保温的单位造价为1000元/m3，包括主材费、包装费、运输费、损耗费、安装及保护结构费等。
3.8热价格：安徽天长地区的热价格按照6元/106KJ进行取值。
4计算结果与分析
4.1经济保温层厚度计算
将建立的数学模型加入设置的参数和条件进行计算，从无保温到保温层为30mm分别进行计算，步长为1mm，计算得到保温层厚度与各项费用的关系，随着原油管道保温层厚度的增加，管道的热阻增大，与外界的热损失减小，降低了原油输送的初始温度，从而导致热损费用的逐渐减少；原油管道保温层厚度的增加，也增加了保温材料及施工费用的总投资，从而导致工程费用的逐渐增加。图中总费用为工程费用和热损费用的叠加，可以看到曲线存在最小值，曲线的最小值所对应的保温层厚度就是本次计算得到的经济厚度，可以得出厚度为15mm，对应总费用的最小值为3.24万元，其中保温结构费用为1.39万元，占总费用的42.9%；热损费用为1.85万元，是年总费用的57.1%。
5结论
由计算的结构可以发现，在保温层厚度较小的情况下，热损费用随保温层厚度增加减小得很快，当其达到经济厚度附近时，保温层厚度对其影响不再显著，因而试图通过盲目地加厚保温层来保证安全生产不可取，必须对保温层厚度进行优化设计。
参考文献
[1] 扬嘉瑜译.国外输油管道保温技术概况及发展，国外油田工程，1997（5）
[2] 幺莉.保温层“经济厚度法”计算参数研究.电力设计，2003
[3] 吴双应，陈凌霜，李友荣.管道保温层经济厚度计算.石油化工设备，2001
[4] 张树清等.埋地集输管道保温层优化设计.油气田地面工程2006，25（4）
备注
刘春玲：江苏油田采油二厂天长管理区集输技师
王 萍：江苏油田采油一厂真武管理区集输技师