图1、2部分泉州空港油库至航加站埋地管道单线图及其埋深

文|蔡晓君

摘要 泉州空港油库运行近1年半以来，我们发现航班结束后发油总管压力在冬天时经常出现管压上升，而在夏天出现管压下降的情况。对此我们进行了相关理论的学习和研究，利用牛顿冷却定律和物态方程解释泉州空港油库埋地航油管道管压变化符合牛顿冷却定律这条规律。该理论研究对于埋地深度超过1米以上的非保温保压埋地管道管压变化在一定程度上具有共性。对于冬日管压上升问题，我们通过在水击泄压管道设置一旁通“静”泄压小管道使冬天航班结束后的管道压力维持在较低数值，从而不触发管压报警。

关键词 牛顿冷却定律 物态方程 土壤日恒温层 体积膨胀系数 热压力系数

冬天泉州空港油库埋地输油管道中油温比周围土壤环境温度低，热量由土壤经由管道防腐层和管壁向内进行热传导。这个规律符合牛顿冷却定律^[1]（华东地区油温与土壤环境温度相差不大于25K）。

牛顿冷却定律的微分方程表达为：

dQ/dt=-k（T-Ts）（1）

式（1）中k与管道的表面温度、表面光洁度、表面积及土壤环境温度有关，称为散热系数。在两者相差不大时，k为常数^[2]。-k中负号表示当物温高于室温时，物温会下降（物体冷却）；当物温低于室温时，物温会升高（物体吸热）。

设定To为密闭管道中航煤初始温度，T为某时间t下管内航煤温度，Ts为埋地油管所处的土壤温度。

在一般情况下，每日土壤温度日振幅在80～100厘米土壤深处即行消失，即日温不变层的深度为80～100厘米以下。而泉州空港油库至航加的埋地输油管线大部分都埋深1～2米处，Ts视为一常数^[3]、[4]。

则式（1）改写为：

dQ=-k（T-Ts）dt（2）

设该航煤热容为C，吸收热量dQ后，温度改变量为dT，有dQ=CmdT，可得：dT/dt=-k（T-Ts）/Cm（3）

另 K=k/Cm，得：

dT=-K（T-Ts）dt（4）

微积分可得T=Ts+（To-Ts）e^-Kt类似图3曲线图。

（5），由式（5）可得