[发明专利]裸露油气管道最低管壁温度的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及管道壁温的工程计算技术领域，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。本发明还涉及一种裸露油气管道最低管壁温度的测量装置。 

背景技术

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°C，常年最低气温一般在-35°C左右，历史上有记载的极端最低气温达-42.6°C，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/T 9711.3-2005《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《Petroleum and natural gas industries-Induction bends,fittings and flanges for pipeline transportation systems-Part 1:Induction bends》和ISO15590-2：2003《Petroleum and natural gas industries-Induction bends,fittings and flanges for pipeline transportation systems-Part 2: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。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：目前还没有发明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。 

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明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，本发明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·°C）； 

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t_e（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t_e得到管道末端的温度差Δt（单位：℃）：Δt=t₂-t_e； 

S3、利用公式（1）计算出管道末端的最低壁温t_min（单位：℃）： 

t_min=t_e+KΔt/α_o                    （1） 

公式（1）中，α_o（单位：W/m2·°C）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：