原油管道輸送技術(shù)相關(guān)知識(shí).ppt

1、原油管道輸送技術(shù),主要內(nèi)容 一、輸油泵站的工作特性 二、輸油管道的壓降計(jì)算 三、原油管道的溫降計(jì)算 四、輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié) 五、熱油管道的日常運(yùn)行管理 六、含蠟原油管道的石蠟沉積 七、提高輸油系統(tǒng)效率的途徑,由于離心泵具有排量大、揚(yáng)程高、效率高、流量調(diào)節(jié)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)輸管道上得到廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)距離輸油管道均采用離心泵，很少使用其他類型的泵。,離心泵的型式有兩種：,(1)多級(jí)（高壓）泵:排量較小,又稱為并聯(lián)泵；,(2)單級(jí)（低壓）泵:排量大，揚(yáng)程低，又稱為串聯(lián)泵。,1、長(zhǎng)輸管道用泵,一般來(lái)說(shuō)，輸油泵站上均采用單一的并聯(lián)泵或串聯(lián)泵，很少串并聯(lián)泵混合使用，有時(shí)可能在大功率并聯(lián)泵或串

2、聯(lián)泵前串聯(lián)低揚(yáng)程大排量的給油泵，以提高主泵的進(jìn)泵壓力。,一、輸油泵站的工作特性,長(zhǎng)距離輸油管道是耗能大戶，而輸油主泵輸油管道的主要耗能設(shè)備，因此提高輸油主泵的效率是提高輸油管道經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。如果將我國(guó)目前輸油管道的輸油主泵效率由70%左右提高85%左右，輸油電耗將減少20%以上。因此，在輸油管道的日常管理中，加強(qiáng)對(duì)輸油主泵的維修保養(yǎng)，使其始終處于高效狀態(tài)，對(duì)提高輸油管道的經(jīng)濟(jì)效益非常重要。,輸油泵原動(dòng)機(jī), 電動(dòng)機(jī), 柴油機(jī), 燃?xì)廨啓C(jī),輸油泵的原動(dòng)機(jī)應(yīng)根據(jù)泵的性能參數(shù)、原動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、能源供應(yīng)情況、管道自控及調(diào)節(jié)方式等因素決定。分為 ：,電動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕、噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、便于

3、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于電力供應(yīng)充足的地區(qū)一般均采用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。其缺點(diǎn)是調(diào)速困難，需要專門(mén)的調(diào)速裝置。但對(duì)于電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)，是否采用電動(dòng)機(jī)要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。如果需要架設(shè)長(zhǎng)距離輸電線路，采用電動(dòng)機(jī)是不合適的。,與電動(dòng)機(jī)相比，柴油機(jī)有許多不足之處：體積大、噪音大、運(yùn)行管理不方便、易損件多、維修工作量大、需要解決燃料供應(yīng)問(wèn)題。其優(yōu)點(diǎn)是可調(diào)速。對(duì)于未被電網(wǎng)覆蓋或電力供應(yīng)不足的地區(qū)，采用柴油機(jī)可能更為經(jīng)濟(jì)。,燃?xì)廨啓C(jī)單位功率的重量和體積都比柴油機(jī)小得多，可以用油品和天然氣作燃料，不用冷卻水，便于自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠，功率大，轉(zhuǎn)速可調(diào)。一些退役的航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)改型后可用于驅(qū)動(dòng)離心泵。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的

4、大型油氣管線，采用燃?xì)廨啓C(jī)可能是比較好的選擇。如橫貫阿拉斯加管線采用的就是改型后的航空燃?xì)廨啓C(jī)。,2、離心泵的工作特性,(1) 離心泵的特性方程,對(duì)于電動(dòng)離心泵機(jī)組，目前原動(dòng)機(jī)普遍采用異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為常數(shù)。因此H=f(q)，揚(yáng)程是流量的單值函數(shù)，一般可用二次拋物線方程H=a-bq2表示。,對(duì)于長(zhǎng)輸管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b為常數(shù)，可根據(jù)泵特性數(shù)據(jù)由最小二乘法求得；m與流態(tài)有關(guān)；q為單泵排量。采用上式描述泵特性，與實(shí)測(cè)值的最大偏差2%。,(2) 改變泵特性的方法,改變泵特性的方法主要有：,切削葉輪,式中：D0、D 變化前后的葉輪直徑，mm a、b與葉輪直徑D0 對(duì)應(yīng)的泵特

5、性方程中的常系數(shù),改變泵的轉(zhuǎn)速,n調(diào)速后泵的轉(zhuǎn)速，r/min,n0調(diào)速前泵的轉(zhuǎn)速，r/min,a、b與轉(zhuǎn)速n0 對(duì)應(yīng)的泵特性方程中的常系數(shù),式中：,多級(jí)泵拆級(jí) 多級(jí)泵的揚(yáng)程與級(jí)數(shù)成正比，拆級(jí)后，泵的揚(yáng)程按比例降低。但級(jí)數(shù)不能拆得太多，否則，泵的效率會(huì)降低。,進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié),進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié)一般只用于小型離心泵，大型離心泵一般要求正壓進(jìn)泵，不能采用此方法。多數(shù)采用切削葉輪或改變泵的轉(zhuǎn)速（串級(jí)調(diào)速和液力藕合器等）。對(duì)于多級(jí)泵可首先考慮采用拆級(jí)的方法改變泵特性。,油品粘度對(duì)離心泵特性的影響,一般當(dāng)粘度大于6010-6m2/s時(shí)要進(jìn)行泵特性的換算。,3、輸油泵站的工作特性,輸油泵站的工作特性可用H=f(Q)

6、表示,輸油泵的基本組合方式一般有兩種：串聯(lián)和并聯(lián),(1) 并聯(lián)泵站的工作特性,并聯(lián)泵站的特點(diǎn) ：,泵站的流量等于正在運(yùn)行的輸油泵的流量之和，每臺(tái)泵的揚(yáng)程均等于泵站的揚(yáng)程。即：,設(shè)有n1臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)，即,注意 ：,泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，在改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)時(shí)，要防止電機(jī)過(guò)載。,即：,例如兩臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，若一臺(tái)泵停運(yùn)，由特性曲線知，單泵的排量qQ/2，排量增加，功率上升，電機(jī)有可能過(guò)載。,(2) 串聯(lián)泵站的工作特性, 各泵流量相等，q=Q,設(shè)有n2臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)，則：, 泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和：,特點(diǎn)：,(3) 串、并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定,選擇泵機(jī)組數(shù)的原則主要有四條：,滿足輸量要求；,充分利用管路

7、的承壓能力；,泵在高效區(qū)工作；,泵的臺(tái)數(shù)符合規(guī)范要求（一般不超過(guò)四臺(tái)）。, 并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定,其中 :,Q為設(shè)計(jì)輸送能力， q為單泵的額定排量 。,顯然 不一定是整數(shù) ，只能取與之相近的整數(shù)，這就是泵機(jī)組數(shù)的化整問(wèn)題。,如果管線的發(fā)展趨勢(shì)是輸量增加，則應(yīng)向大化，否則向小化。一般情況下要向大化。,由此可見(jiàn)并聯(lián)泵的臺(tái)數(shù)主要根據(jù)輸量確定，而泵的級(jí)數(shù)（揚(yáng)程）則要根據(jù)管路的設(shè)計(jì)工作壓力確定。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定，泵站至少設(shè)一臺(tái)備用泵。, 串聯(lián)泵,其中：H 為管路的許用強(qiáng)度（或設(shè)計(jì)工作壓力） H 為單泵的額定揚(yáng)程。,一般來(lái)說(shuō)，串聯(lián)泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)向小化，如果向大化，則排出壓力可能超過(guò)管子的許用強(qiáng)度，是很危險(xiǎn)的。串

8、聯(lián)泵的額定排量根據(jù)管線設(shè)計(jì)輸送能力確定。,(4)串、并聯(lián)組合形式的確定, 從經(jīng)濟(jì)方面考慮，串聯(lián)效率較高，比較經(jīng)濟(jì)。我國(guó)并聯(lián)泵的效率一般只有70%-80%，而串聯(lián)泵的效率可達(dá)90%。串聯(lián)泵的特點(diǎn)是：揚(yáng)程低、排量大、葉輪直徑小、流通面積大，故泵損失小，效率高。, 串聯(lián)泵便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化運(yùn)行。,目前國(guó)內(nèi)管線使用的基本上都是并聯(lián)泵組合形式，節(jié)流損失大，調(diào)節(jié)困難，不易實(shí)現(xiàn)密封輸送。因此，東部管線改造的一個(gè)重要任務(wù)是并聯(lián)泵改串聯(lián)泵，進(jìn)而改旁接油罐流程為密閉流程，實(shí)行優(yōu)化運(yùn)行。,不存在超載問(wèn)題 調(diào)節(jié)方便 流程簡(jiǎn)單 調(diào)節(jié)方案多,1、輸油管道的壓降組成,根據(jù)流體力學(xué)理論，輸油管道的總壓降可表示為：,其中：

9、hL為沿程摩阻 h為局部摩阻 (zj-zQ) 為計(jì)算高程差,二、輸油管道的壓降計(jì)算,2、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算,計(jì)算長(zhǎng)輸管道的摩阻損失主要是計(jì)算沿程摩阻損失 hL 。,達(dá)西公式 ：,對(duì)于一條給定的長(zhǎng)輸管道，L和D都是已知的，輸量（或流速）也是已知的，現(xiàn)在的問(wèn)題就是如何計(jì)算水力摩阻系數(shù) 。,根據(jù)流體力學(xué)理論,其中：e為管壁的絕對(duì)粗糙度，D為管道內(nèi)徑。,是Re和e/D 的二元函數(shù)，具體的函數(shù)關(guān)系視流態(tài)而定。,在解決工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)，為了安全，一般盡量避開(kāi)過(guò)渡區(qū)，因該區(qū)的流態(tài)不穩(wěn)定。實(shí)在無(wú)法避開(kāi)時(shí)，該區(qū)的可按紊流光滑區(qū)計(jì)算。,流態(tài)：分為層流和紊流，中間還存在一個(gè)過(guò)濾區(qū)。,(1) 流態(tài)劃分和輸油管道的常見(jiàn)流

10、態(tài),層流：Re2000 過(guò)渡流：2000Re2 （簡(jiǎn)稱粗糙區(qū)）,我國(guó)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的流態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)是：,其中：,輸油管道中所遇到的流態(tài)一般為：,熱含蠟原油管道、大直徑輕質(zhì)成品油管道：水力光滑區(qū) 小直徑輕質(zhì)成品油管道：混合摩擦區(qū) 高粘原油和燃料油管道：層流區(qū),長(zhǎng)輸管道一般很少工作在粗糙區(qū)。,(2) 管壁粗糙度的確定,管壁粗糙度 ：,相對(duì)粗糙度：絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值(e/D或2e/D)。,絕對(duì)粗糙度：管內(nèi)壁面突起高度的統(tǒng)計(jì)平均值。,紊流各區(qū)分界雷諾數(shù)Re1、Re2及水力摩阻系數(shù)都與管壁粗糙度有關(guān)。我國(guó)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的各種管子的絕對(duì)粗糙度如下：,無(wú)縫鋼管：0.06mm 直縫鋼

11、管：0.054mm 螺旋焊縫鋼管：DN=250350時(shí)取0.125mm DN400時(shí)取0.1mm,(3) 水力摩阻系數(shù)的計(jì)算,我國(guó)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計(jì)算公式見(jiàn)下表：,普朗特-卡門(mén)公式,勃拉休斯 公式,伊薩耶夫 公式,尼古拉茲 公式,3、流量壓降綜合計(jì)算公式列賓宗公式,令,整理得,即得到列賓宗公式：,不同流態(tài)下的A、m、值,不論是采用列賓宗公式還是達(dá)西公式計(jì)算壓降，都必須先確定計(jì)算溫度，以便計(jì)算油品粘度。計(jì)算溫度可根據(jù)管道的起終點(diǎn)溫度（或加熱站間進(jìn)出站溫度）按加權(quán)平均法計(jì)算：,4、管路的水力坡降,定義：管道單位長(zhǎng)度上的摩阻損失稱為水力坡降。用 i 表示：,或,水力坡降與

12、管道長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，只隨流量、粘度、管徑和流態(tài)不同而不同。,在計(jì)算和分析中經(jīng)常用到單位輸量(Q=1m3/s)的水力坡降f，即單位流量下、單位管道長(zhǎng)度上的摩阻損失：,5、管路工作特性,定義：,已定管路（D , L , Z 一定）輸送某種已定粘度油品時(shí)，管路所需總壓頭（即壓頭損失）與流量的關(guān)系（H-Q關(guān)系）稱為管路工作特性。,6、離心泵與管路的聯(lián)合工作,確定泵站與管路的工作點(diǎn)（即流量、泵站揚(yáng)程）的方法有兩種，即圖解法和解析法。,圖解法：,下面重點(diǎn)討論解析法。,(1) 一個(gè)泵站的管道,由斷面1-1到2-2列能量方程有：,式中：,HS1泵的吸入壓力，為常數(shù)。,HC 泵站揚(yáng)程,hc 站內(nèi)損失,hL 沿程摩阻,

13、Z2-Z1起終點(diǎn)計(jì)算高差,即：,(2) 多泵站與管路的聯(lián)合工作, 旁接油罐輸油方式（也叫開(kāi)式流程）,優(yōu)點(diǎn),水擊危害小，對(duì)自動(dòng)化水平要求不高。,缺點(diǎn),流程和設(shè)備復(fù)雜，固定資產(chǎn)投資大；,油氣損耗嚴(yán)重；,全線難以在最優(yōu)工況下運(yùn)行，能量浪費(fèi)大 。,工作特點(diǎn),每個(gè)泵站與其相應(yīng)的站間管路各自構(gòu)成獨(dú)立的水力系統(tǒng);,上下站輸量可以不等（由旁接罐調(diào)節(jié)）；,各站的進(jìn)出站壓力沒(méi)有直接聯(lián)系 ；,站間輸量的求法與一個(gè)泵站的管道相同 ：,Lj、Zj第j站至第j1站間的計(jì)算長(zhǎng)度和計(jì)算高差;,Aj、Bj第 j 站的站特性方程的系數(shù)。,式中：, 密閉輸油方式（也叫泵到泵流程）,優(yōu)點(diǎn):,全線密閉，中間站不存在蒸發(fā)損耗；,流程簡(jiǎn)單

14、，固定資產(chǎn)投資小；,可全部利用上站剩余壓頭，便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。,缺點(diǎn)：,要求自動(dòng)化水平高，要有可靠的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。,工作特點(diǎn),全線為一個(gè)統(tǒng)一的水力系統(tǒng)，全線各站流量相同；,輸量由全線所有泵站和全線管路總特性決定；,設(shè)全線有n個(gè)泵站，各站特性相同，則輸量為：,式中：,Lj為管道計(jì)算長(zhǎng)度,Z為管道計(jì)算高程差,當(dāng)各站特性不同時(shí)：,各站進(jìn)、出站壓力相互影響。,首站：,第二站：由站間能量平衡方程 :,第 j 站：,式中：,Lj-1為第j -1站到第j 站的管道長(zhǎng)度，,Zj-1為第j站與第j -1站的高程差,設(shè)有一條熱油管道 ，管外徑為 D ，周圍介質(zhì)溫度為 T0 , 總傳熱系數(shù)為 K ,輸量為 G ，油

15、品的比熱為C ，出站油溫為 TR，加熱站間距為 LR。則距加熱站為L(zhǎng)的地方的油溫為：,上式為考慮摩擦熱時(shí)的軸向溫降計(jì)算公式，又叫列賓宗溫降公式。,式中,三、原油管道的溫降計(jì)算,1、軸向溫降公式,右圖為軸向溫降曲線，其特點(diǎn)是：,溫降曲線為一指數(shù)曲線，漸近線為 T=T0+b,在兩個(gè)加熱站之間的管路上，各處的溫度梯度不同，加熱站出口處，油溫高，油流與周圍介質(zhì)的溫差大，溫降快，曲線陡。,隨油流的前進(jìn)，溫降變慢，曲線變平。因此隨出站溫度的提高，下一站的進(jìn)站油溫TZ變化較小。一般如果TR提高10，下一站進(jìn)站油溫TZ只升高23 。因此為了減少熱損失，出站油溫不宜過(guò)高。,2、溫度參數(shù)的確定,確定加熱站的進(jìn)、出

16、站溫度時(shí)，需要考慮三方面的因素：,油品的粘溫特性和其它的物理性質(zhì)；,管道的停輸時(shí)間，熱脹和溫度應(yīng)力等因素；,經(jīng)濟(jì)比較，使總的能耗費(fèi)用最低。, 加熱站出站油溫的選擇,考慮到原油中難免含水，加熱溫度一般不超過(guò)100。如原油加熱后進(jìn)泵，則其加熱溫度不應(yīng)高于初餾點(diǎn)，以免影響泵的吸入。,含蠟原油在凝點(diǎn)附近粘度隨溫度變化很大，而當(dāng)溫度高于凝點(diǎn)30-40時(shí)，粘度隨溫度的變化很小，而且含蠟原油管道常在紊流光滑區(qū)運(yùn)行，摩阻與粘度的0.25次方成正比，高溫時(shí)提高溫度對(duì)摩阻的影響很小，而熱損失卻顯著增大，故加熱溫度不宜過(guò)高。,確定出站溫度時(shí)，還必須考慮由于運(yùn)行和安裝溫度的溫差而使管路遭受的溫度應(yīng)力是否在強(qiáng)度允許的范

17、圍內(nèi)，以及防腐保溫層的耐熱能力是否適應(yīng)等。, 加熱站進(jìn)站油溫的選擇,加熱站進(jìn)站油溫首先要考慮油品的性質(zhì)，主要是油品的凝固點(diǎn)，必須滿足管道的停輸溫降和再啟動(dòng)的要求，但主要取決于經(jīng)濟(jì)比較，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝點(diǎn)。, 周圍介質(zhì)溫度 T0 的確定,對(duì)于架空管道，T0 就是周圍大氣的溫度。,對(duì)于埋地管道，T0則取管道埋深處的土壤自然溫度。,設(shè)計(jì)原油管道時(shí), T0取管道中心埋深處的最低月平均地溫，運(yùn)行時(shí)按當(dāng)時(shí)的實(shí)際地溫進(jìn)行計(jì)算。,3、軸向溫降公式的應(yīng)用, 設(shè)計(jì)時(shí)確定加熱站間距(加熱站數(shù)),設(shè)計(jì)時(shí)，L、D、G、K、C、T已定, 按上述原則選定TR和 TZ ，則加熱站間距為:,設(shè)計(jì)的加熱站間距為:,然后

18、重新計(jì)算TR。, 運(yùn)行中計(jì)算沿程溫降, 特別是計(jì)算為保持要求的進(jìn)站溫度 TZ 所必須的加熱站出站溫度 TR 。, 校核站間允許的最小輸量Gmin, 運(yùn)行中反算總傳熱系數(shù) K 值,總傳熱系數(shù)是熱油管線設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中的重要參數(shù)，在管線的日常運(yùn)行管理中定期反算和分析管線的總傳熱系數(shù)不僅可為新建管線提供選擇總傳熱系數(shù)的依據(jù)，而且還可根據(jù)總傳熱系數(shù)的變化分析管線沿線的散熱和結(jié)蠟情況，幫助指導(dǎo)生產(chǎn)：,若K，如果此時(shí)Q，H，則說(shuō)明管壁結(jié)蠟可能較嚴(yán)重，應(yīng)采取清蠟措施。,若K，則可能是地下水位上升，或管道覆土被破壞、保溫層進(jìn)水等。,在熱油管道的運(yùn)行管理中，通常根據(jù)管線的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（管線的輸量、站間起終點(diǎn)溫度

19、和壓力、管線中心埋深處的自然地溫等）利用軸向溫降公式來(lái)反算管道總傳熱系數(shù)。計(jì)算方法如下：,式中：K 管線的總傳熱系數(shù)，W/m2； TR 管線起點(diǎn)油溫，； Tz 管線終點(diǎn)油溫，； G 原油質(zhì)量流量，kg/s； C 原油比熱，J/kg； T0 管線中心埋深處自然地溫，； i 管線的水力坡降； g 重力加速度，g=9.8m/s2； D 管線外徑，m； L 管線長(zhǎng)度，m。,管線的水力坡降可根據(jù)實(shí)測(cè)的站間壓降和站間高程差計(jì)算：,式中：P1 管線起點(diǎn)壓力，MPa； P2 管線終點(diǎn)壓力，MPa； z1 管線起點(diǎn)高程，m； z2 管線起點(diǎn)高程，m； 原油密度，kg/m3。,由于軸向溫降公式的前提是穩(wěn)定運(yùn)行工況

20、，因此管線運(yùn)行工況的穩(wěn)定性對(duì)總傳熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果有重大影響，運(yùn)行工況不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致極不合理的總傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果。因此，在反算總傳熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取管線穩(wěn)定運(yùn)行期間的運(yùn)行參數(shù)。 由軸向溫降公式可知，影響總傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果的運(yùn)行參數(shù)包括輸量、管線起終點(diǎn)壓力和溫度，其中影響最大、測(cè)量精度最難保證的是管線起終點(diǎn)溫度。目前大多數(shù)輸油管線仍然采用套管中插玻璃溫度計(jì)的方法測(cè)量油度，由于套管熱阻、溫度計(jì)本身誤差和讀數(shù)誤差等原因，測(cè)量結(jié)果很難反映管線中的實(shí)際油溫，誤差常在1以上，當(dāng)站間溫降較小時(shí)，會(huì)給總傳熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)較大誤差。另外，站間溫降越小，抵抗運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)和測(cè)量誤差的能力越差，總傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果的誤

21、差就越大。,輸油管線中心埋深處的自然地溫是影響總傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果的重要因素。為了保證測(cè)量精度，必須選擇合適的測(cè)溫地點(diǎn)和測(cè)溫儀表。在某些管線上，目前測(cè)量地溫的方法仍然是在套管中懸掛玻璃地溫計(jì)的方法，由于地溫計(jì)不直接與土壤接觸，且讀數(shù)時(shí)常常需要將地溫計(jì)向上提升一段距離，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際地溫有時(shí)偏差相當(dāng)大。例如對(duì)于東辛管線，夏季地溫計(jì)的讀數(shù)經(jīng)常高達(dá)2930，而氣象臺(tái)的測(cè)量結(jié)果僅為2425。,4、油流過(guò)泵的溫升,油流經(jīng)過(guò)泵時(shí)，由于流道、葉片摩擦、液體內(nèi)部的沖擊和摩擦，會(huì)產(chǎn)生能量損失，轉(zhuǎn)化為摩擦熱加熱油流。,輸油泵內(nèi)能量損失包括機(jī)械、水力、容積和盤(pán)面摩擦等項(xiàng)損失，泵效p就是考慮了上述損失計(jì)算出來(lái)的。除機(jī)械

22、損失所產(chǎn)生的熱量主要由潤(rùn)滑油和冷卻水帶走外，其余三部分能量損失大都轉(zhuǎn)化為摩擦熱加熱油流。,設(shè)泵效為p、揚(yáng)程為H、質(zhì)量流量為G、原油比熱為C，則油流過(guò)泵的溫升為：,式中,對(duì)于揚(yáng)程為600m, p=70%的離心泵，原油過(guò)泵的溫升約為1。,閥門(mén)節(jié)流引起的溫升可按同樣的方法計(jì)算：,5、熱力計(jì)算所需的主要物性參數(shù),(1)原油比熱,我國(guó)含蠟原油的比熱容隨溫度的變化趨勢(shì)均可用下圖所示的曲線描述，,區(qū) ：,油溫 T 高于析蠟點(diǎn)TsL，比熱容CLY 隨溫度升高而緩慢升高。在這個(gè)區(qū), 石蠟還未析出，可用下式表示:,式中 ：,d415為15時(shí)原油的比重 。,可將其分為三個(gè)區(qū):,(kJ/kg ),區(qū):,TcmaxTT

23、sL。Tcmax為比熱容達(dá)到最大值時(shí)的溫度。在該區(qū)，隨油溫的降低，比熱容急劇上升。該區(qū)內(nèi)有大量石蠟析出，比熱容溫度關(guān)系可表示為:,其中A、n為與原油有關(guān)的常數(shù)。,區(qū):,0TTcmax。在該區(qū)內(nèi)，隨油溫的降低比熱容減小，其關(guān)系可表示為:,式中B、m為與原油有關(guān)的常數(shù)。,(kJ/kg ),(kJ/kg ),(2)原油導(dǎo)熱系數(shù),液態(tài)石油產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度而變化，可按下式計(jì)算,式中：,y油品在 T 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m；,T 油溫，；,d41515時(shí)原油的比重 。,(3)原油粘度,粘溫指數(shù)關(guān)系式,式中：,1、2溫度 T1、T2 時(shí)油品的運(yùn)動(dòng)粘度,u 粘溫指數(shù),該式適用于低粘度的成品油及部分重燃料油，

24、不適用于含蠟原油。對(duì)于含蠟原油，采用該公式時(shí)可分段寫(xiě)出其粘溫指數(shù)方程。不同的油品有不同的u值，一般規(guī)律是低粘度的油u值小，約在0.010.03之間；高粘度的油u值大，約在0.060.10之間,(4)原油品密度,6、熱油管道的總傳熱系數(shù)K,管道總傳熱系數(shù)K系指油流與周圍介質(zhì)溫差1時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道單位面積所傳遞的熱量。它表示了油流向周圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱 。,以埋地管道為例，管道散熱的傳熱過(guò)程由三部分組成：即油流至管壁的放熱，鋼管壁、防腐絕緣層或保溫層的熱傳導(dǎo)，管外壁至周圍土壤的傳熱（包括土壤的導(dǎo)熱和土壤對(duì)大氣和地下水的放熱）。其總傳熱系數(shù)可用下式計(jì)算：,在輸油管道的各層熱阻中，管內(nèi)油流至管內(nèi)壁

25、的對(duì)流放熱熱阻占的比例很小，不到1%，鋼管壁的熱阻占的比例更小，這兩項(xiàng)熱阻通?？珊雎圆挥?jì)。對(duì)于埋地不保溫管道，防腐絕緣層的熱阻約占10%左右，管外壁至土壤的放熱熱阻約占90%左右。保溫管道的熱阻主要取決于保溫層。 由于計(jì)算埋地管道的總傳熱系數(shù)時(shí)要用到土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，而土壤的導(dǎo)熱系數(shù)受許多因素的影響，不同季節(jié)、不同地方的導(dǎo)熱系數(shù)相差很大，故在實(shí)際應(yīng)用中，一般不采用上述公式計(jì)算管道的總傳熱系數(shù)，而是根據(jù)已有管道反算得到的總傳熱系數(shù)選取。,四、輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié),1、工況變化原因及運(yùn)行工況分析方法,以“密閉輸送”方式運(yùn)行的輸油管道，有許多因素可以引起運(yùn)行工況的變化，可將其分為正常工況變化和事

26、故工況變化。,(1) 正常工況變化, 季節(jié)變化、油品性質(zhì)變化引起的全線工況變化，如油品的、變化；, 由于供銷的需要，有計(jì)劃地調(diào)整輸量、間歇分油或收油導(dǎo)致的工況變化。,(2) 事故工況變化, 電力供應(yīng)中斷導(dǎo)致某中間站停運(yùn)或機(jī)泵故障使某臺(tái)泵機(jī)組停運(yùn)；, 閥門(mén)誤開(kāi)關(guān)或管道某處堵塞；, 管道某處漏油。,不論是正常工況變化還是事故工況變化，都會(huì)引起運(yùn)行參數(shù)的變化。這些參數(shù)主要包括輸量，各站的進(jìn)出站壓力及泵效等。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使某些參數(shù)超出允許范圍。為了維持輸送，必須對(duì)各站進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了對(duì)各站進(jìn)行正確無(wú)誤的調(diào)節(jié)，事先必須知道工況變化時(shí)各種參數(shù)的變化趨勢(shì)。因此，掌握輸油管運(yùn)行工況的分析方法，對(duì)于管理好一條輸油管

27、道是十分重要的。,(3) 運(yùn)行工況的分析方法,突然發(fā)生工況變化時(shí)（如某中間站停運(yùn)或有計(jì)劃地調(diào)整輸量而啟、停泵），在較短時(shí)間內(nèi)全線運(yùn)行參數(shù)劇烈變化，屬于不穩(wěn)定流動(dòng)。我們這里不討論不穩(wěn)定流動(dòng)工況，只討論變化前后的穩(wěn)定工況。為此，我們假設(shè)在各種工況變化的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，全線將轉(zhuǎn)入新的穩(wěn)定工況。,運(yùn)行分析的出發(fā)點(diǎn)是能量供求平衡。,2、幾種事故工況下的運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì),(1) 中間泵站停運(yùn)時(shí)的工況變化,對(duì)于密閉輸送的長(zhǎng)輸管道，當(dāng)中間某泵站停運(yùn)時(shí)，管線的輸量將減小，停運(yùn)站前各站的進(jìn)出站壓力均升高，停運(yùn)站后各站的進(jìn)出站壓力均下降，離停運(yùn)站越近的站進(jìn)出站壓力變化越大。 對(duì)于以旁接油罐方式運(yùn)行的長(zhǎng)輸管道

28、，中間某站停運(yùn)后，停運(yùn)站后面一站的來(lái)油量將明顯減小，具體表現(xiàn)是該站旁接油罐的罐位將不斷下降，各個(gè)站的進(jìn)出站壓力無(wú)明顯變化。,密閉輸送的長(zhǎng)輸管道發(fā)生泄漏后，漏點(diǎn)前的流量增大，漏點(diǎn)后流量減小，全線各站進(jìn)出站壓力均下降，且距漏點(diǎn)越近的站進(jìn)出站壓力下降幅度愈大。 根據(jù)進(jìn)出站壓力的變化可判斷泄漏點(diǎn)的大體位置。但這種方法只能判斷較大的泄漏量，因?yàn)樾÷c(diǎn)引起的壓力變化不明顯。如果出現(xiàn)全線壓力有較大下降、且全線各站輸油泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常這種情況，就可以斷定管線某處發(fā)生了較大的泄漏，此時(shí)應(yīng)根據(jù)各站壓力變化的幅度判斷出泄漏點(diǎn)所處的站間，然后排出巡線隊(duì)伍查找漏點(diǎn)，同時(shí)為了減少泄漏量，應(yīng)降低管道的運(yùn)行壓力。,(2) 干線泄漏

29、后的工況變化,3、輸油管道的調(diào)節(jié),輸油管道的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變管道的能量供應(yīng)或改變管道的能量消耗，使之在給定的輸量條件下，達(dá)到新的能量供需平衡，保持管道系統(tǒng)不間斷、經(jīng)濟(jì)地輸油。,(1) 調(diào)節(jié)的分類,管道的調(diào)節(jié)就是人為地對(duì)輸油工況加以控制。從廣義上說(shuō)，調(diào)節(jié)分為輸量調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性調(diào)節(jié)兩種情況。, 輸量調(diào)節(jié),首站從油田的收油是不均衡的，一年之內(nèi)各季不均衡，甚至各個(gè)月份也有差別；末站向外轉(zhuǎn)油受運(yùn)輸條件或煉廠生產(chǎn)情況的影響，有時(shí)出路不暢。這些來(lái)油和轉(zhuǎn)油的不均衡必然使管道的輸量相應(yīng)變化，這些輸量的改變要靠調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 旁接油罐輸送的管道要求各泵站的排量接近一致，否則旁接油罐容納不了過(guò)大的輸差量，而要保持各站排量

30、一致也要對(duì)全線進(jìn)行調(diào)節(jié)。, 穩(wěn)定性調(diào)節(jié)（即自動(dòng)調(diào)節(jié)）,密閉輸送的管道為了維持輸油泵的正常工作和管道的安全運(yùn)行，要求中間站的入口壓力不能過(guò)低，出口壓力不能過(guò)高。輸送工況不穩(wěn)定表現(xiàn)在泵站進(jìn)出口壓力的波動(dòng)。當(dāng)壓力波動(dòng)超出規(guī)定值時(shí)，就要對(duì)管線進(jìn)行調(diào)節(jié)。工況不穩(wěn)定不包括前面所說(shuō)的調(diào)節(jié)輸量的情況，因調(diào)節(jié)輸量產(chǎn)生的大幅度工況變化是由計(jì)劃產(chǎn)生的，并通過(guò)調(diào)整各泵站的輸油泵機(jī)組工作狀況加以實(shí)現(xiàn)；也不包括由于某個(gè)泵站突然中斷運(yùn)行或管道閥門(mén)誤動(dòng)作突然關(guān)閉造成的突發(fā)性壓力波動(dòng)，這種突發(fā)性壓力波動(dòng)叫水擊，對(duì)水擊另行采取保護(hù)措施，不是調(diào)節(jié)解決的問(wèn)題。,造成壓力不穩(wěn)定的原因有：各泵站泵機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)或運(yùn)轉(zhuǎn)泵性能變動(dòng)；泵站輸油泵

31、因調(diào)速使其工況變化；所輸油品種類改變或因溫度改變?cè)斐捎推氛扯茸兓?；管道因結(jié)垢、氣袋或其它原因造成一定程度的阻塞等。,這些不穩(wěn)定工況都發(fā)生在密閉輸送管道上，旁接油罐管道因旁接管的緩沖，進(jìn)出站壓力不會(huì)有大的波動(dòng)，只要保持各站輸量接近一致即可。,(2) 輸量調(diào)節(jié)方法,根據(jù)管道系統(tǒng)的能量供需特點(diǎn)，調(diào)節(jié)方法可以從兩方面考慮：改變泵站特性：從能量供應(yīng)方面考慮；改變管路特性：從消耗方面考慮。, 改變泵站特性,A、切削葉輪（或更換不同直徑的葉輪）：,即泵排量與葉輪直徑成正比。通過(guò)對(duì)輸油泵更換不同直徑的葉輪可以在一定范圍內(nèi)改變輸量，但泵的葉輪不能切削太多，否則泵效下降較大，因此這種方法不適用于大幅度改變輸量的情

32、況。,B、改變多級(jí)泵的級(jí)數(shù)，減小泵的揚(yáng)程，從而降低管線輸量。這種方法適用于裝備并聯(lián)離心泵的管道。要求降低輸量時(shí)，拆掉若干級(jí)葉輪，而需要恢復(fù)大輸量時(shí)則將拆掉的葉輪重新裝上。,C、改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)，從而可大幅度改變輸量。對(duì)于裝備串聯(lián)泵的管道，采用這種方法是很方便的。對(duì)于裝備并聯(lián)泵的管道，采用這種方法時(shí)經(jīng)常還要改變運(yùn)行的泵站數(shù)。,D、改變運(yùn)行的泵站數(shù)。輸量大幅度變化時(shí)常采用這種方法。,E、改變泵的轉(zhuǎn)速,即泵的排量近似與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程近似與轉(zhuǎn)速的平方成正比。當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速變化20%時(shí)，泵效基本無(wú)變化，因此，調(diào)速是效率較高的改變輸量的方法。,但改變泵的轉(zhuǎn)速往往受到現(xiàn)有設(shè)備條件的限制。在串聯(lián)工作的泵站

33、上，如果泵的原動(dòng)機(jī)為燃?xì)廨啓C(jī)或柴油機(jī)，則每臺(tái)泵都可調(diào)速。如為電動(dòng)機(jī)，目前我國(guó)長(zhǎng)輸管道所使用的大多數(shù)為異步電動(dòng)機(jī)，調(diào)速比較困難，一般在泵與電機(jī)之間加變速裝置（如液力偶合器）或加串級(jí)調(diào)速裝置，亦可采用變頻調(diào)速；若采用變速電機(jī)，目前我國(guó)變速電機(jī)還未普遍使用，價(jià)格昂貴,這些設(shè)備都會(huì)使投資和維修費(fèi)增加。為了節(jié)省投資，對(duì)于串聯(lián)泵站，每座泵站可備有一臺(tái)調(diào)速機(jī)組。對(duì)于并聯(lián)工作的泵站則必須所有泵機(jī)組都可調(diào)速，才能起到調(diào)節(jié)輸量的作用。, 改變管路特性,改變管路特性主要是節(jié)流調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)就是人為地調(diào)節(jié)泵站出口閥門(mén)的開(kāi)度，增加閥門(mén)的阻力來(lái)改變管路特性以降低管道的輸量。這是一種最簡(jiǎn)單易行的方法，但能量損失比較大（與調(diào)

34、速相比）。這種方法一般用于輸量變化不大的情況，當(dāng)需要大幅度改變輸量時(shí)，應(yīng)首先考慮采用改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)和泵站數(shù)的方法。,(3) 穩(wěn)定性調(diào)節(jié)方法,穩(wěn)定性調(diào)節(jié)（即自動(dòng)調(diào)節(jié)）的目的是為了保障輸油泵的正常工作和站間管路的強(qiáng)度安全，調(diào)節(jié)實(shí)際上是對(duì)管中油品壓力的調(diào)節(jié)，其要求是能經(jīng)常性工作，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作速度應(yīng)使管道中壓力的變化等于計(jì)算的擾動(dòng)速度，以避免壓力變化達(dá)到保護(hù)給定值而發(fā)生保護(hù)性停機(jī)。, 改變泵機(jī)組轉(zhuǎn)速,如果泵站上裝有可調(diào)速泵機(jī)組，可以利用這種方法進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。從節(jié)省能量角度講這是一種較好的方法。但如果只從壓力調(diào)節(jié)方面考慮采用調(diào)速泵機(jī)組一般是不合理的。,穩(wěn)定性調(diào)節(jié)方法有改變泵機(jī)組轉(zhuǎn)速、節(jié)流和回流三種

35、。, 回流調(diào)節(jié),回流可以單泵也可以全泵站進(jìn)行。大型輸油泵的特性曲線比較平緩，為了調(diào)節(jié)不大的壓力就需要大量回流，耗費(fèi)較多的能量?；亓骶褪峭ㄟ^(guò)回流管路讓泵出口的油流一部分流回入口，這種情況下泵的排量大于管路中的流量，靠泵排量的增加降低泵的揚(yáng)程，從而達(dá)到降低出站壓力的目的。采用這種方法時(shí)要防止原動(dòng)機(jī)過(guò)載，一般很少采用（該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要自動(dòng)控制系統(tǒng)）。, 節(jié)流調(diào)節(jié),節(jié)流是人為地造成油流的壓能損失，降低節(jié)流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)后面的壓力，它比回流調(diào)節(jié)節(jié)省能量。,輸油管道除非發(fā)生水擊或泵機(jī)組開(kāi)停等較大壓力波動(dòng)情況，一般情況下調(diào)節(jié)壓力的時(shí)間不超過(guò)全部輸送時(shí)間的35%，調(diào)節(jié)幅度不大于單泵揚(yáng)程的1025%。在這種情況下

36、使用節(jié)流法調(diào)節(jié)是非常合適的。目前密閉輸送管道除了少數(shù)靠變速調(diào)節(jié)外，絕大多數(shù)使用節(jié)流法（通過(guò)自控系統(tǒng)控制出站調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)）。,五、熱油管道的日常運(yùn)行管理,管道的工作特性是指管道壓降隨輸量的變化關(guān)系。對(duì)于熱油管道來(lái)說(shuō)，當(dāng)D、L、Z、T0、K及所輸油品物性已定時(shí)，摩阻損失H不僅是輸量Q的函數(shù)還是粘度的函數(shù)，而又是溫度的函數(shù)，因此，對(duì)于熱油管道， H是Q和T的二元函數(shù)，即： H=f1(Q,T)=f2(Q,TR)=f3(Q,TZ),1、熱油管道的工作特性,(1) 熱油管道工作特性的特點(diǎn),對(duì)于一條確定的熱油管道，D、L、Z、T0、K一定，在某輸量Q下，當(dāng)TR已定時(shí)，由溫降公式知，TZ也就定了，反之亦

37、然，即 TR 、TZ兩個(gè)熱力參數(shù)中只有一個(gè)是獨(dú)立的，它們要受沿線溫降規(guī)律的約束。設(shè)計(jì)時(shí)一般按維持TZ不變計(jì)算。運(yùn)行時(shí)，往往是控制TR ，這樣只需根據(jù)出站油溫TR來(lái)調(diào)節(jié)加熱爐的點(diǎn)爐臺(tái)數(shù)、火嘴數(shù)、送風(fēng)量及燃料油量，控制方便。,(2) 熱油管道的工作特性,在討論熱油管道的工作特性時(shí)，只有規(guī)定管道的熱力條件才有意義，一般有兩種情況：, 維持出站油溫TR 一定運(yùn)行；, 維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行。,下面分別討論各種情況下的管路工作特性。, 維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性,維持TZ一定時(shí)的管路特性曲線如圖所示。TZ不同時(shí)，沿線油溫分布不同，特性曲線亦不同。TZ高則沿線油溫高，摩阻損失小，故HT

38、z2-Q曲線總是在HTz1-Q曲線的下方。,下面分析一下維持TZ一定時(shí)特性曲線的變化趨勢(shì)。Q變化時(shí)，影響摩阻H的因素有兩個(gè)方面：,總的趨勢(shì)是QH，即H=f(Q)是單調(diào)上升的曲線。,影響熱油管工作特性曲線的因素除了管線情況和油品粘度以外，還有管線沿線的散熱條件和油品的粘溫特性。當(dāng)溫降快、粘溫曲線較陡時(shí)，管路特性曲線變化也較劇烈，故散熱條件如T0、K及粘溫指數(shù)u等參數(shù)也會(huì)影響熱油管路的工作特性。, 維持出站油溫TR一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性,維持出站油溫TR一定時(shí)，摩阻隨輸量的變化趨勢(shì)與維持TZ一定時(shí)有所不同，定性分析如下：,兩方面因素引起的摩阻變化趨勢(shì)正相反。一般在實(shí)際運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)， QH

39、的趨勢(shì)是主要的。故隨著Q增大 ，摩阻H是增大的，但H隨Q的變化要平緩些。,(3) 熱油管路工作特性的不穩(wěn)定區(qū),前面講過(guò)，維持TR一定運(yùn)行的熱油管道，在正常運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)，QH的趨勢(shì)是主要的，但當(dāng)Q較小、輸送的油品粘度較大時(shí)，可能出現(xiàn)QH的反?，F(xiàn)象，使熱油管道進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。,維持TR一定運(yùn)行的熱油管道的工作特性按流量可以分為三個(gè)區(qū)，如圖所示。,區(qū)小流量區(qū),在這個(gè)區(qū)，流量很小，溫降很快。在很長(zhǎng)一段距離內(nèi)，油溫接近環(huán)境溫度 T0 ，TTZT0 。隨 Q 增大 , TZ 變化不大，粘度變化很小，H=f(Q) , 但該區(qū)粘度較大，因而隨著Q的增大, 摩阻H急劇增大。在這一區(qū)工作很不經(jīng)濟(jì)，所以熱油管

40、路不能在該區(qū)工作。,區(qū)中等流量區(qū),一方面 QVH，另一方面，QTZ,Tm(顯著增大)，且在該溫度區(qū)內(nèi)粘度隨溫度的變化較劇烈，Tm的顯著上升將引起粘度的顯著下降，使摩阻H。故可能出現(xiàn)隨著流量的增大，摩阻反而下降的現(xiàn)象。區(qū)稱為不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)熱油管道在該區(qū)內(nèi)運(yùn)行時(shí)，常可能由于某些外界因素的影響，而使工作點(diǎn)發(fā)生變化，進(jìn)入?yún)^(qū)。熱油管道在該區(qū)運(yùn)行既不經(jīng)濟(jì)又不安全。,區(qū)大流量區(qū),一方面隨著Q的增大，流速增大而使摩阻增大；另一方面，隨著Q的增大TZ升高，但變化不大，粘度下降不多。粘度的下降引起的摩阻下降小于Q的上升引起的摩阻升高。結(jié)果表現(xiàn)為 QH ，該區(qū)是熱油管道的正常工作區(qū)。熱油管道應(yīng)在區(qū)運(yùn)行，避免進(jìn)入、區(qū)。

41、,下圖是一條管內(nèi)徑259mm，長(zhǎng)20.5km，輸送重油的熱油管道，在 TR=50，T0=0時(shí)的特性曲線，流態(tài)為層流。由圖知，當(dāng)粘溫指數(shù)u減小時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)縮小，當(dāng)u0.06時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)消失，曲線無(wú)極值點(diǎn)。,(4) 出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件,現(xiàn)在我們來(lái)研究摩阻流量計(jì)算公式的極值問(wèn)題。令dhR/dQ=0，可以求得u取定值時(shí)hR=f(Q)曲線的兩個(gè)極值點(diǎn)。極值點(diǎn)的位置與u有關(guān)，對(duì)于紊流情況，只有當(dāng)u(TR-T0)20時(shí)，曲線才會(huì)出現(xiàn)極值點(diǎn)。若取u=0.1(一般油品的u值都小于0.1)，則只有當(dāng)TR-T0200時(shí)才會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實(shí)際中幾乎是碰不到的。所以說(shuō)在紊流情況下，不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。,在層流情況下，

42、出現(xiàn)極值點(diǎn)或不穩(wěn)定區(qū)的條件是u(TR-T0)3 ，若取u=0.05，則TR-T060時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。若取u=0.1，則TR-T030時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實(shí)際中是經(jīng)常可以遇到的。,輸送重油的管道，u值較大，TR較高，且一般在層流區(qū)運(yùn)行，極易滿足上述條件，很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。,一旦發(fā)現(xiàn)管線進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，要盡量使其回到穩(wěn)定區(qū)(大流量區(qū))，可采取的措施有：,1) 在管線允許和可能的情況下，盡量提高出站油溫。,2) 盡快提高輸量（開(kāi)啟備用泵或未開(kāi)的泵站）。,3) 在上述兩種措施都不行的情況下，輸入輕質(zhì)油品(或熱水)，用輕油(或熱水)將重油從管道中置換出來(lái)。,上面討論的熱油管路的工作特性沒(méi)有考慮管

43、內(nèi)壁結(jié)蠟的影響，也未考慮含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)10左右時(shí)已具有非牛頓流體性質(zhì)的影響，在熱油管道的實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)流動(dòng)處于層流狀態(tài)時(shí)，加上這兩方面的影響，使熱輸含蠟原油管道出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的情況要多些，并可能導(dǎo)致管道的停流、初凝事故。另外，管道進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)后，并不會(huì)馬上出現(xiàn)停流凝管事故，只要及時(shí)采取措施就可以避免凝管事故的發(fā)生。,2、熱油管道經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案,運(yùn)行方案的經(jīng)濟(jì)性一般可用能耗費(fèi)用S（稱為目標(biāo)函數(shù)）來(lái)衡量。對(duì)于熱油管道，能耗費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)用 Sp 和燃料費(fèi)用SR :,式中：,ey燃料油價(jià)格, 元/噸,ed電力價(jià)格, 元/kWh,BH燃料油熱值, kJ/kg,Cy所輸油品比熱，kJ/kg,R爐效,

44、pe泵機(jī)組效率,H加熱站間管路所需壓頭，m,LR熱站間距, km,對(duì)于一條已定管道，當(dāng)輸量Q一定時(shí)，TR上升熱損失上升，燃料費(fèi)用SR上升。但由于站間平均溫度升高，摩阻減少，動(dòng)力費(fèi)用SP下降。SR和SP隨TR的變化關(guān)系如圖所示。總能耗費(fèi)用存在一個(gè)最低點(diǎn)Smin，與Smin對(duì)應(yīng)的出站油溫即為該輸量下的經(jīng)濟(jì)加熱溫度T*Rj，此時(shí)管路所需的壓頭為H*Rj，與H*Rj最接近的開(kāi)泵方案即為最優(yōu)開(kāi)泵方案。,熱油管道的優(yōu)化運(yùn)行模型中，除了目標(biāo)函數(shù)外，還有一系列的約束條件，如水力約束、熱力約束、輸油溫度、加熱爐負(fù)荷、加熱爐運(yùn)行組合（開(kāi)爐臺(tái)數(shù)、熱力越站）、管道的承壓能力等約束，是一個(gè)比較復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題，可采用最優(yōu)

45、化方法求解。目前已經(jīng)有這方面的計(jì)算機(jī)軟件可供使用。,六、含蠟原油管道的石蠟沉積,原油沿管道向前流動(dòng)過(guò)程中，油溫將不斷降低。當(dāng)油溫降到原油析蠟點(diǎn)以下時(shí)，原油中石蠟就會(huì)逐漸析出并沉積在管壁上。管道運(yùn)行一段時(shí)間后，管道內(nèi)壁上會(huì)出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，即管內(nèi)壁會(huì)沉積某一厚度的石蠟、膠質(zhì)、凝油、砂和其它機(jī)械雜質(zhì)的混合物。其結(jié)果是使管線的流通面積縮小，壓降增大，同時(shí)也增大了管內(nèi)油流至管內(nèi)壁的放熱熱阻，使總傳熱系數(shù)下降，管線的散熱損失減少，總的結(jié)果是使輸送費(fèi)用增加。在熱含蠟原油管線的日常運(yùn)行管理中及時(shí)了解管線內(nèi)壁的結(jié)蠟層厚度的變化，對(duì)于熱輸原油管線的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。,1、原油析蠟和管壁結(jié)蠟過(guò)程,(1) 溫降過(guò)程

46、中石蠟的析出,原油中的石蠟是指十六烷以上的正構(gòu)烷烴的混合物，其中中等分子量的蠟組分含量最多，低分子量和高分子量的蠟所占的比例都比較小。,蠟在原油中的溶解度隨其分子量的增大和蠟熔點(diǎn)的升高而下降，也隨原油密度和平均分子量的減小而增加。不同熔點(diǎn)的蠟在同一種原油中有不同的溶解度。,含蠟原油在溫降過(guò)程中，其中所含的蠟總是按分子量的高低，次第析出。,當(dāng)溫度降到其含蠟量高于溶解度時(shí)，某種熔點(diǎn)的蠟就開(kāi)始從液相中析出。由于蠟晶粒剛開(kāi)始析出時(shí)，不易形成穩(wěn)定的結(jié)晶核心，故原油常在溶蠟量達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，才析出蠟晶。,在原油的溫降過(guò)程中，必然有一個(gè)從開(kāi)始析出少量的高熔點(diǎn)石蠟，到大量析出中等分子量的蠟，以至析蠟量又逐漸減少

47、的過(guò)程。,(2) 管壁“結(jié)蠟”現(xiàn)象,我們通常所說(shuō)的“結(jié)蠟”實(shí)際上是指在管道內(nèi)壁上逐漸沉積了某一厚度的石蠟、膠質(zhì)、凝油、砂和其它機(jī)械雜質(zhì)的混合物。在長(zhǎng)輸管道的沉積物中，原油的含量要高些。,大口徑長(zhǎng)輸管道的“結(jié)蠟”特點(diǎn)：,管壁上的凝結(jié)層一般比較松軟。 管壁上的沉積物有明顯的分界，緊貼管壁的是黑褐色發(fā)暗、類似細(xì)砂的薄層，其組成主要是蠟，是真正的結(jié)蠟，有一定的剪切強(qiáng)度，這一層的厚度一般只有幾毫米，與管壁粘結(jié)較牢固，在蠟層上面是厚度要大得多的黑色發(fā)亮的沉積物，主要是凝油，即在蠟和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中包含著部分液態(tài)粘油。 在管道中途某一溫度范圍內(nèi)是結(jié)蠟高峰區(qū)，過(guò)了結(jié)蠟高峰區(qū)后結(jié)蠟層有減薄現(xiàn)象，在末

48、端結(jié)蠟層厚度又上升，這是由于油流帶來(lái)的前面沖刷下來(lái)的“蠟塊”重新沉積的緣故。,(3) 影響管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的因素,油溫的影響 試驗(yàn)表明，在接近析蠟點(diǎn)的高溫和接近凝固點(diǎn)的低溫下輸送時(shí)，管內(nèi)壁結(jié)蠟較輕微，在二者之間有一個(gè)結(jié)蠟嚴(yán)重的溫度區(qū)間。這個(gè)溫度區(qū)間大致與原油中大量析蠟的溫度范圍相近。右圖是實(shí)測(cè)的大慶原油溫度與管壁結(jié)蠟速率的關(guān)系曲線。,結(jié)蠟強(qiáng)度系指單位時(shí)間、單位管壁面積上的石蠟沉積量。影響管壁石蠟沉積的因素很多。對(duì)于長(zhǎng)輸管道來(lái)說(shuō)，主要因素有油溫、油品組成、油流速度、管材的表面性質(zhì)、油品粘度等。,從圖可以看出，油溫高于45時(shí)隨油溫的下降為結(jié)蠟緩增區(qū)，在3040之間為結(jié)蠟高峰區(qū)，低于30為結(jié)蠟遞降區(qū)，這

49、與石蠟組成的圖形基本一致。在結(jié)蠟高峰區(qū)，析出的是含量較高的中等分子量石蠟，在此溫度范圍內(nèi)，管截面上濃度梯度大，油流粘度卻不大，因而分子擴(kuò)散作用強(qiáng)，且由于蠟晶顆粒的大量析出，一方面碰撞的機(jī)會(huì)增多，容易互相粘結(jié)而沉積在管壁上; 另一方面，蠟晶顆粒濃度的迅速增大使剪切彌散作用加強(qiáng)，故形成了結(jié)蠟高峰區(qū)。 低溫時(shí), 油流粘度大, 分子擴(kuò)散作用很弱, 雖然此時(shí)剪切彌散作用較強(qiáng), 但管壁處的剪應(yīng)力較大, 且此時(shí)形成的凝結(jié)層的附著強(qiáng)度不大, 凝油層又會(huì)被剪掉一部分, 故低溫時(shí)凝油層較薄。,油壁溫差的影響,沉積速率隨油壁溫差的增大而增大。這是因?yàn)橛捅跍夭钤酱?，濃度梯度和蠟晶濃度就愈大，從而分子擴(kuò)散和剪切彌散作用

50、都加強(qiáng)。 油壁溫差的大小不僅取決于油溫和周圍介質(zhì)溫度，還與管道的熱阻大小有關(guān)。在冬季，地溫低，油壁溫差大，結(jié)蠟較嚴(yán)重。在某些散熱很大的局部段落，地下水位高并有滲流處，保溫層破損的水下管道，或覆土太淺的管段，結(jié)蠟層的厚度可能最大。,流速的影響,流速對(duì)管壁結(jié)蠟強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)為，隨著流速的增大，管壁結(jié)蠟強(qiáng)度減弱。層流時(shí)的結(jié)蠟比紊流嚴(yán)重，Re數(shù)愈小，結(jié)蠟愈嚴(yán)重。因?yàn)殡S著流速的增大，雖然管壁處剪切速率的增大會(huì)使蠟晶的剪切彌散作用有所加強(qiáng)，但層流邊層的減薄，油壁溫差的減小，管壁處剪切應(yīng)力的增大，這些因素都會(huì)使管壁上的結(jié)蠟層減薄。實(shí)踐表明，當(dāng)流速大于1.5m/s時(shí)，管內(nèi)就較少結(jié)蠟。流速對(duì)凝油層剪切沖刷的

51、強(qiáng)弱，還與決定于溫度、原油物性、熱處理?xiàng)l件等的凝油層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有關(guān)。右圖為大慶原油蠟沉積強(qiáng)度與流速的關(guān)系。,油品中含蠟是管壁結(jié)蠟的根本原因。因此油品含蠟量的大小將直接影響石蠟沉積速率。含蠟量越高，石蠟沉積速率越大。 大多數(shù)含蠟原油中都含有數(shù)量不等的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。一般認(rèn)為膠質(zhì)瀝青質(zhì)對(duì)石蠟沉積的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一方面是當(dāng)油溫高于析蠟點(diǎn)時(shí)，由于膠質(zhì)瀝青質(zhì)的存在，增加了原油的粘度，不利于石蠟分子的徑向擴(kuò)散。另一方面當(dāng)油溫低于析蠟點(diǎn)時(shí)，膠質(zhì)瀝青質(zhì)會(huì)吸附在蠟晶表面，阻礙蠟晶的互相聚結(jié)，從而消弱了剪切彌散作用，顯然原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)的含量越高，石蠟沉積速率越小。原油含水率增大，蠟沉積速率降低，原油中含

52、砂或其它機(jī)械雜質(zhì)容易成為蠟結(jié)晶的核心，使結(jié)晶強(qiáng)度增大。,原油組成的影響,管壁材質(zhì)的影響,試驗(yàn)表明管壁材質(zhì)和光潔度對(duì)結(jié)蠟也有明顯的影響。由于管壁或涂料的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同，在石蠟結(jié)晶過(guò)程中內(nèi)壁所提供的結(jié)晶核心的多少和結(jié)晶的難易程度就不同，因此結(jié)蠟速率也不同。管壁的粗糙度越越大，越容易結(jié)蠟。,結(jié)蠟層厚度與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系,隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，雖然結(jié)蠟層的總厚度在緩慢增加，但蠟沉積的增量卻隨運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)而減小。運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)輸量比較穩(wěn)定且大于某一范圍時(shí)，剛清管后結(jié)蠟層厚度增長(zhǎng)較快，以后逐漸減慢，直至厚度接近穩(wěn)定，在運(yùn)行參數(shù)上表現(xiàn)為摩阻不再繼續(xù)增大，因?yàn)殡S著結(jié)蠟層厚度的增大，熱阻增加，散熱量減小，結(jié)

53、蠟層表面與油流的溫差減小，使蠟沉積增量減小。,對(duì)于埋地管道，凝油層厚度的變化還隨季節(jié)而不同，當(dāng)?shù)販刂饾u下降時(shí)，凝油層逐漸增厚；當(dāng)?shù)販刂饾u上升時(shí)，凝油層又逐漸減薄。當(dāng)輸量和油溫穩(wěn)定時(shí)，在某一季節(jié)，凝油層厚度常保持在某范圍內(nèi)。 以上分析了各因素單獨(dú)對(duì)管壁結(jié)蠟的影響。實(shí)際運(yùn)行的管道結(jié)蠟的情況受到上述諸因素的綜合影響。,2、析蠟與結(jié)蠟對(duì)沿程溫降及摩阻的影響,(1) 結(jié)蠟層的平均厚度計(jì)算,由于熱含蠟原油管道沿線的油溫和油壁溫差不同，沿線的結(jié)蠟層厚度也不同。限于目前的測(cè)量技術(shù)，還沒(méi)有比較完善的描述熱油管道內(nèi)壁結(jié)蠟規(guī)律的公式。工程上常引用某段管路的當(dāng)量結(jié)蠟厚度dL，認(rèn)為該管段的結(jié)蠟情況對(duì)摩阻的影響與管內(nèi)半徑

54、縮小了dL相同。熱油管線的當(dāng)量管內(nèi)徑和當(dāng)量結(jié)蠟厚度可由實(shí)測(cè)的運(yùn)行參數(shù)反算得到，計(jì)算公式如下：,式中：dL當(dāng)量結(jié)蠟厚度，m； DdL當(dāng)量管內(nèi)徑，m； h管線的沿程摩阻，m； D0管線的設(shè)計(jì)內(nèi)經(jīng)，m； P1 管線起點(diǎn)壓力，MPa； P2 管線終點(diǎn)壓力，MPa； z1 管線起點(diǎn)高程，m； z2 管線起點(diǎn)高程，m； 原油密度，kg/m3； L管線長(zhǎng)度，m； 原油的粘度，m2/s。 Q管線的體積流量，m3/s； 、m與流態(tài)有關(guān)的常數(shù)， 對(duì)于紊流光滑區(qū)區(qū)，=0.0246，m=0.25。,(2) 結(jié)蠟對(duì)沿程溫降的影響,管內(nèi)壁結(jié)蠟后，由于結(jié)蠟層的導(dǎo)熱系數(shù)較小，一般在0.15w/m左右，其作用相當(dāng)于增加了一層熱

55、阻。由于結(jié)蠟層熱阻的存在，使總傳熱系數(shù)值減小，從而使軸向溫降減小，溫度分布曲線變平，管線的散熱量減小。當(dāng)出站油溫和輸量不變時(shí)，下一站的進(jìn)站油溫將提高。,(3) 結(jié)蠟對(duì)管道摩阻的影響,管壁結(jié)蠟對(duì)摩阻的影響表現(xiàn)為兩個(gè)方面。一方面由于內(nèi)壁結(jié)蠟，使流通面積減少，內(nèi)徑由原來(lái)的D0減小為D0-2dL ，當(dāng)輸量不變時(shí)，摩阻升高。另一方面，由于結(jié)蠟層的保溫作用，當(dāng)維持TR不變運(yùn)行時(shí)，沿線油溫會(huì)升高，粘度減小，摩阻減小。當(dāng)然結(jié)蠟層引起的摩阻升高還是主要的。,當(dāng)熱油管道在較低溫度和流速下運(yùn)行時(shí)，如果由于某種原因而使輸量減小時(shí)，將使油溫進(jìn)一步降低，從而使結(jié)蠟層進(jìn)一步加厚。流通面積進(jìn)一步縮小，可引起摩阻的增加，從而使

56、出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的可能性比無(wú)結(jié)蠟層時(shí)增大。同時(shí)由于高含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)10左右時(shí)就表現(xiàn)出非牛頓流體的特性，當(dāng)因流量減小而使油流中的速梯減小時(shí)，油流的表觀粘度將因此增大，有可能使摩阻升高。另外，隨輸量的減小和油溫的降低，非牛頓流體的表觀粘度變化比牛頓流體要?jiǎng)×业亩?，也就是說(shuō)其表觀粘溫指數(shù)要比牛頓流的粘溫指數(shù)大的多，更容易滿足出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件。,(4) 管內(nèi)壁結(jié)蠟和油品析蠟對(duì)管路工作特性的影響,3、防止結(jié)蠟和清蠟的措施,從影響蠟沉積的因素方面考慮，防止和減少結(jié)蠟的措施有：,(1) 保持沿線油溫均高于析蠟點(diǎn)，可大大減少石蠟沉積，但熱能消耗太大。,(2) 縮小油壁溫差?？刹捎帽氐姆椒?，既可以減少結(jié)

57、蠟又可以降低熱損失，但要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定是否采取保溫措施。,(3) 保持管內(nèi)流速在1.5m/s以上，避免在低輸量下運(yùn)行。,(4) 采用不吸附蠟的管材或內(nèi)涂層。,(5) 化學(xué)防蠟。可采用表面活性劑作為防蠟劑，阻止蠟分子在已結(jié)晶的表面上繼續(xù)析出。也可以在原油中加入蠟晶改良劑，使石蠟晶體分散在油流中并保持懸浮，阻礙蠟晶的聚結(jié)或沉積。但目前這種方法還很不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榛瘜W(xué)添加劑太貴。,(6) 清管器清蠟,上面討論的各種措施雖然可在不同程度上減少結(jié)蠟，但還不能從根本上清除結(jié)蠟。因此，目前長(zhǎng)輸管道上廣泛采用的是清管器清蠟。目前最常用的清管器有機(jī)械清管器和泡沫塑料清管器。,組織和實(shí)行定期清蠟是對(duì)長(zhǎng)輸管道進(jìn)行有效操作的極為重要的條件。對(duì)管路進(jìn)行定期清蠟包括一系列組織技術(shù)措施：,A、對(duì)管路進(jìn)行清蠟前的準(zhǔn)備工作，并對(duì)工況進(jìn)行分析； B、確定沿線收發(fā)球點(diǎn)的位置； C、選定各段的清管周期； D、選擇清管器的類型； E、收發(fā)