不同土壤中保温层破损对埋地输油管道温降特性的影响研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2026.03.009

辽宁石油化工大学学报 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (3): 66-72.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2026.03.009

不同土壤中保温层破损对埋地输油管道温降特性的影响研究

班梓轩¹(), 樊丽敏², 周志强³, 任泽乾³, 关丽³, 洪兰兰⁴, 刘德俊¹(), 荣峰¹

^1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.中国石油天然气股份有限公司辽宁朝阳销售分公司，辽宁朝阳 122000
^3.中国石油天然气管道工程有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳 110031
^4.中国石化销售股份有限公司福建泉州石油分公司，福建泉州 362000

收稿日期:2025-12-25 修回日期:2026-03-09 出版日期:2026-06-25 发布日期:2026-06-10
通讯作者: 刘德俊
作者简介:班梓轩（1998-），男，硕士研究生，从事保温管道部分失效安全分析方面的研究；E⁃mail：754830686@qq.com。
基金资助:
辽宁省科技厅博士启动基金项目(2025?BS?0416)

Study on the Impact of Insulation Damage on Temperature Drop Characteristics of Buried Oil Pipelines in Different Soils

Zixuan BAN¹(), Limin FAN², Zhiqiang ZHOU³, Zeqian REN³, Li GUAN³, Lanlan HONG⁴, Dejun LIU¹(), Feng RONG¹

^1.College of Petroleum and Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.PetroChina Company Limited Liaoning Chaoyang Sales Branch，Chaoyang Liaoning 122000，China
^3.Shenyang branch，China Petroleum Pipeline Engineering Corpretion，Shenyang Liaoning 110031，China
^4.Quanzhou Branch of SINOPEC Fujian Oil Products Company，Quanzhou Fujian 362000，China

Received:2025-12-25 Revised:2026-03-09 Published:2026-06-25 Online:2026-06-10
Contact: Dejun LIU

摘要/Abstract

摘要：

埋地输油管道保温层破损会显著改变管周土壤温度场的分布，进而影响管道的热力性能和运行安全。基于多物理场耦合传热理论，构建了埋地输油管道三维稳态传热模型，定量分析了不同土壤介质（黏土、壤土、砂等）条件下管道的温降特性和管周土壤温度场的演化规律；采用ANSYS Fluent 2022软件对模型进行求解，求解过程中考虑了水分侵入效应。结果表明，在砂土地段，埋地输油管道保温层全部破损的临界段数为15段（单段长度100 m），对应的临界破损距离为1.5 km；依据此临界距离设置初始段监测点，80 km管道共需设置56个温度监测点；各监测点温度沿管道轴向呈非线性下降趋势，其中第28个监测点（管道42.0 km处）的出口温度首次降至析蜡临界温度（45 ℃）。研究提出的“临界距离分段监测法”可实现砂土地段埋地管道保温层破损状态的精准监测，为埋地管道的安全运行提供技术支撑。

关键词: 埋地管道, 保温层破损, 温度场, 多物理场耦合, 数值模拟

Abstract:

Damage to insulation layer of buried oil pipelines will significantly change the distribution of the soil temperature field around the pipeline, thereby affecting the thermal performance and operational safety of the pipeline. Based on the theory of multi?physics field coupling, this study establishes a three?dimensional steady?state heat transfer model to quantitatively analyze the temperature drop characteristics of the pipeline and the evolution law of the soil temperature field under different soil types (clay, loam, sand). The model was solved using ANSYS Fluent 2022, with the effect of moisture intrusion considered. The numerical simulation results show that in sand soil, the critical number of segments with complete insulation damage is 15 segments (each 100 meters), corresponding to a critical damage distance of 1.5 kilometers. According to this critical distance, initial monitoring points are set, and a total of 56 monitoring points are required for an 80?kilometer pipeline. The temperature at each monitoring point shows a non?linear decreasing trend along the pipeline. The outlet temperature at the 28th monitoring point (42 kilometers away) drops to the wax precipitation point of 45 ℃ for the first time. The "critical distance segmented monitoring method" proposed in this study can achieve accurate monitoring of the pipeline damage status in the sand soil section, providing technical support for the safe operation of the pipeline.

Key words: Buried pipeline, Insulation layer damage, Temperature field, Multi?physics field coupling, Numerical simulation

中图分类号:

TE624.1

班梓轩, 樊丽敏, 周志强, 任泽乾, 关丽, 洪兰兰, 刘德俊, 荣峰. 不同土壤中保温层破损对埋地输油管道温降特性的影响研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2026, 46(3): 66-72.

Zixuan BAN, Limin FAN, Zhiqiang ZHOU, Zeqian REN, Li GUAN, Lanlan HONG, Dejun LIU, Feng RONG. Study on the Impact of Insulation Damage on Temperature Drop Characteristics of Buried Oil Pipelines in Different Soils[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2026, 46(3): 66-72.

图/表 8

表1 埋地输油管道计算参数

Table 1 Calculation parameters of buried oil pipeline

参数	数值
开孔直径/mm	200
开孔面积/m²	0.031 4
北方雨季日降水量/（mm $⋅$ d^-1）	20
单位开孔面积日总降水量/（m³ $⋅$ d^-1）	0.000 628
水力梯度	1

表1 埋地输油管道计算参数

Table 1 Calculation parameters of buried oil pipeline

参数	数值
开孔直径/mm	200
开孔面积/m²	0.031 4
北方雨季日降水量/（mm $⋅$ d^-1）	20
单位开孔面积日总降水量/（m³ $⋅$ d^-1）	0.000 628
水力梯度	1

表2 我国北方地区典型土壤渗透系数及透水性特征

Table 2 Thepermeability coefficientand and water permeability characteristics of typical soils in northern China

土壤

类型

渗透系数

/（m $⋅$ d^-1）

表2 我国北方地区典型土壤渗透系数及透水性特征

Table 2 Thepermeability coefficientand and water permeability characteristics of typical soils in northern China

土壤

类型

渗透系数

/（m $⋅$ d^-1）

透水性特征

砂土

颗粒粗、孔隙大，透水性极强

壤土

10^-2

砂粒⁃粉粒⁃黏粒比例均衡，透水性中等

黏土

10^-4

颗粒细、孔隙小，透水性极差

图1 三维埋地输油管道模型及破损区示意图

Fig.1 Schematic diagram of 3D buried oil pipeline model and damaged area

表3 埋地输油管道相关计算参数

Table 3 Relevant calculation parameters of buried oil pipelines

参数	数值
总长/km	80
公称直径/mm	700
保温层厚度/mm	80
绝缘层厚度/mm	5
进口温度/℃	60
流速/(m $⋅$ s^-1)	1.5
密度/（kg $⋅$ m^-3）	850
定压比热容/(J $⋅$ kg^-1·K^-1)	2 100

表3 埋地输油管道相关计算参数

Table 3 Relevant calculation parameters of buried oil pipelines

参数	数值
总长/km	80
公称直径/mm	700
保温层厚度/mm	80
绝缘层厚度/mm	5
进口温度/℃	60
流速/(m $⋅$ s^-1)	1.5
密度/（kg $⋅$ m^-3）	850
定压比热容/(J $⋅$ kg^-1·K^-1)	2 100

表4 各类型土壤在进水饱和状态下的热导率及材料特性

Table 4 Thermal conductivity and material characteristics of various types of soil under water?saturated conditions

类型	热导率/ （W·m^-1·K^-1）	特性
PUF保温层（完好）	0.03	闭孔率高，保温性能优异
PUF保温层（破损）	0.60	水分渗入后保温性能退化
砂土	1.50~2.00	热导率最高，热损失最大
壤土	0.80~1.20	热导率中等
黏土	0.40~0.70	热导率最低，热损失最小

图2 埋地输油管道在不同土壤类型地基下的温度分布（a）黏土（b）壤土（c）砂土

Fig.2 Temperature distribution of buried oil pipelines under foundation with different soil types

表5 保温完好工况下砂土地基埋地输油管道各监测点温度沿程变化

Table 5 Temperature variation along the pipeline at each monitoring point of buried oil pipelines in sandy soil foundation under intact thermal insulation condition

监测点位置/km	出口温度/℃	累计温降/℃
0	60.00	0
10	59.40	0.60
20	58.90	1.10
30	58.30	1.70
40	57.80	2.20
50	57.20	2.80
60	56.70	3.30
70	56.10	3.90
80	55.60	4.40

图3 砂土地基埋地输油管道在保温破损工况下各监测点位置及温度沿程变化

Fig.3 Location of each monitoring point and temperature variation along buried oil pipelines in sandy soil foundation under thermal insulation damage condition

参考文献 25

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不同土壤中保温层破损对埋地输油管道温降特性的影响研究

Study on the Impact of Insulation Damage on Temperature Drop Characteristics of Buried Oil Pipelines in Different Soils

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