輸油管道設(shè)計及管理51

1、第一節(jié)第一節(jié) 熱油管道的運(yùn)行特性熱油管道的運(yùn)行特性第二節(jié)第二節(jié) 熱油管道的投產(chǎn)熱油管道的投產(chǎn)第四節(jié)第四節(jié) 熱油管道的停輸再啟動熱油管道的停輸再啟動第五章第五章 熱油管道的運(yùn)行管理熱油管道的運(yùn)行管理第三節(jié)第三節(jié) 含蠟原油管道的蠟沉積及清管含蠟原油管道的蠟沉積及清管 第一節(jié)第一節(jié) 熱油管道的運(yùn)行特性熱油管道的運(yùn)行特性 一、熱油管道的工作特性一、熱油管道的工作特性 1、熱油管道工作特性的特點(diǎn)、熱油管道工作特性的特點(diǎn)前面講熱油管道特點(diǎn)時曾指出，熱油管道不同于等溫前面講熱油管道特點(diǎn)時曾指出，熱油管道不同于等溫管道的特點(diǎn)就在于熱油管道存在兩種能量損失。即摩管道的特點(diǎn)就在于熱油管道存在兩種能量損失。即摩阻損

2、失和散熱損失，這個特點(diǎn)決定了熱油管道與等溫阻損失和散熱損失，這個特點(diǎn)決定了熱油管道與等溫管道不同的工作特性。管道不同的工作特性。 對于等溫管路：對于等溫管路： ZfLQZLDQHmmmm 252 mmDf 5/即管路已定即管路已定(即即D、L、Z、T0或或已定已定) 時，時，H是是Q的單的單值函數(shù)，值函數(shù)，H=f(Q) 。當(dāng)當(dāng)D、L、Z、T0、K及所輸油品物性已定時，摩阻及所輸油品物性已定時，摩阻H不僅是輸量不僅是輸量Q的函數(shù)還是粘度的函數(shù)還是粘度的函數(shù)，而的函數(shù)，而又是溫度的又是溫度的函數(shù)，因此，對于熱油管路，函數(shù)，因此，對于熱油管路，H是是Q和和T的二元函數(shù)，的二元函數(shù)，即：即：H=f1(

3、Q,T)=f2(Q,TR)=f3(Q,TZ)對于熱油管路：對于熱油管路： 對于一條確定的熱油管路，對于一條確定的熱油管路，D、L、Z、T0、K一定，在一定，在某輸量某輸量Q下，當(dāng)下，當(dāng)TR已定時，由溫降公式知，已定時，由溫降公式知，TZ也就定了，也就定了，反之亦然，即反之亦然，即 TR 、TZ兩個熱力參數(shù)中只有一個是獨(dú)立的，兩個熱力參數(shù)中只有一個是獨(dú)立的，它們要受沿線溫降規(guī)律的約束。設(shè)計時一般按維持它們要受沿線溫降規(guī)律的約束。設(shè)計時一般按維持TZ不不變計算。運(yùn)行時，往往是控制變計算。運(yùn)行時，往往是控制TR，這樣只需根據(jù)出站油，這樣只需根據(jù)出站油溫溫TR來調(diào)節(jié)加熱爐的點(diǎn)爐臺數(shù)、火咀數(shù)、送風(fēng)量及燃

4、料來調(diào)節(jié)加熱爐的點(diǎn)爐臺數(shù)、火咀數(shù)、送風(fēng)量及燃料油量，控制方便。油量，控制方便。 2、熱油管道的工作特性、熱油管道的工作特性在討論熱油管道的工作特性時，只有規(guī)定管道的熱力條在討論熱油管道的工作特性時，只有規(guī)定管道的熱力條件才有意義，一般有兩種情況：件才有意義，一般有兩種情況： 維持出站油溫維持出站油溫TR 一定運(yùn)行；一定運(yùn)行； 維持進(jìn)站油溫維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行。一定運(yùn)行。 下面分別討論各種情況下的管路工作特性。下面分別討論各種情況下的管路工作特性。 維持進(jìn)站油溫維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性 先來分析一下維持先來分析一下維持TZ一定時特性曲線的變化趨

5、勢。一定時特性曲線的變化趨勢。Q變化變化時，影響摩阻時，影響摩阻H的因素有兩個方面：的因素有兩個方面： （與與等等溫溫管管相相似似） HVQ HTTQpjpjR 總的趨勢是總的趨勢是QH，即即H=f(Q)是單調(diào)上升的曲線。是單調(diào)上升的曲線。與等溫管相比，影響熱油管工作特性曲線的因素除了管線與等溫管相比，影響熱油管工作特性曲線的因素除了管線參數(shù)和油品粘度以外，還有管線沿線的散熱條件和油品的參數(shù)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，管路特性曲線變粘溫特性。當(dāng)溫降快、粘溫曲線較陡時，管路特性曲線變化也較劇烈，故散熱條件如化也較劇烈，故散熱條件如T0、K及粘

6、溫指數(shù)及粘溫指數(shù)u等參數(shù)也會等參數(shù)也會影響熱油管路的工作特性。影響熱油管路的工作特性。 維持維持TZ一定時的管路特性曲線一定時的管路特性曲線如圖所示。如圖所示。TZ不同時，沿線油不同時，沿線油溫分布不同，特性曲線亦不同。溫分布不同，特性曲線亦不同。TZ高則沿線油溫高，摩阻損失高則沿線油溫高，摩阻損失小，故小，故HTz2-Q曲線總是在曲線總是在HTz1-Q曲線的下方。曲線的下方。 QHHTz1HTz2Tz2Tz1 維持出站油溫維持出站油溫TR一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性 維持出站油溫維持出站油溫TR一定時，摩阻隨輸量的變化趨勢與維持一定時，摩阻隨輸量的變化趨勢與維持T

7、Z一定時有所不同，定性分析如下：一定時有所不同，定性分析如下： HVQ HTTQpjpjZ 兩方面因素引起的摩阻變化趨勢正相反。一般在實際運(yùn)行兩方面因素引起的摩阻變化趨勢正相反。一般在實際運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)，的輸量范圍內(nèi)， QH的趨勢是主要的。故隨著的趨勢是主要的。故隨著Q增大增大 ，摩阻摩阻H是增大的，但是增大的，但H隨隨Q的變化要平緩些。的變化要平緩些。 維持維持TR一定時的管路特性曲線一定時的管路特性曲線如圖所示。如圖所示。TR不同時，沿線油不同時，沿線油溫分布不同，特性曲線亦不同。溫分布不同，特性曲線亦不同。TR高則沿線油溫高，摩阻損失高則沿線油溫高，摩阻損失小，故小，故HT R 1-Q

8、曲線總是在曲線總是在HTR2-Q曲線的上方。曲線的上方。 QHHTR1HTR2TR2TR1如果在某輸量如果在某輸量Q0下維持下維持TZ一定運(yùn)行時的出站油溫一定運(yùn)行時的出站油溫TR正好等于維持正好等于維持TR一定運(yùn)行一定運(yùn)行時的出站油溫時的出站油溫TR0 ，此時兩，此時兩者進(jìn)站油溫相同，均為者進(jìn)站油溫相同，均為TZ0，摩阻也相同，均為摩阻也相同，均為H0，則則隨著隨著Q的上升，維持的上升，維持TR一定一定時的管路特性曲線要比維持時的管路特性曲線要比維持TZ一定時的管路特性曲線平一定時的管路特性曲線平緩（為什么？），如圖所示。緩（為什么？），如圖所示。 QHO維持維持TZ一定一定H0Q0維持維持T

9、R一定一定這是因為，維持這是因為，維持TR不變時，出站油溫始終為不變時，出站油溫始終為TR0，Q增大，增大，沿程溫降減小，終點(diǎn)油溫將大于沿程溫降減小，終點(diǎn)油溫將大于TZ0；而維持而維持TZ不變時，不變時，終點(diǎn)油溫始終為終點(diǎn)油溫始終為TZ0，Q增大時增大時TR下降，下降，TRTR0。因此，。因此，維持維持TR不變時的全線平均油溫將高于維持不變時的全線平均油溫將高于維持TZ不變時的平不變時的平均油溫，所以維持均油溫，所以維持TR不變時的特性曲線要比維持不變時的特性曲線要比維持TZ不變不變時的特性曲線平緩。時的特性曲線平緩。3、熱油管路工作特性的不穩(wěn)定區(qū)、熱油管路工作特性的不穩(wěn)定區(qū) 前面講過，維持前

10、面講過，維持TR一定運(yùn)行的熱油管道，在正常運(yùn)行的一定運(yùn)行的熱油管道，在正常運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)，輸量范圍內(nèi)，QH的趨勢是主要的，但當(dāng)?shù)内厔菔侵饕?，但?dāng)Q較小、輸送較小、輸送的油品粘度較大時，可能出現(xiàn)的油品粘度較大時，可能出現(xiàn)QH的反?，F(xiàn)象，使熱油的反常現(xiàn)象，使熱油管道進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。管道進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。 理論分析：理論分析： 根據(jù)熱油管路摩阻計算公式：根據(jù)熱油管路摩阻計算公式： 000TTmuEiTTmuEiAhhZRRTR GCDLKALDQhRRRmmTmT ,51200當(dāng)當(dāng)D1、LR、T0、K一定時，式中的前一項一定時，式中的前一項hT0/AR 只是流量的只是流量的函數(shù)，且函數(shù)，且hT

11、0/ARQ3-m，即即hT0/AR隨流量隨流量Q的增大而增大。的增大而增大。 現(xiàn)在來看一下花括號中各項的值，現(xiàn)在來看一下花括號中各項的值，TR一定，一定，Ei-mu(TR-T0)不隨不隨Q而變；而變；QTZ，mu(TZ-T0)，Ei-mu(TZ-T0)，故花括故花括號中的值隨號中的值隨Q上升而下降，與上升而下降，與hT0/AR的變化趨勢相反。因此的變化趨勢相反。因此函數(shù)函數(shù)hR=f(Q)可能有極值點(diǎn)。另外，當(dāng)可能有極值點(diǎn)。另外，當(dāng)Q0時，時，hR=0，而當(dāng)而當(dāng)Q很大時，很大時，hRhTR，即，即hR將隨將隨Q的增大由的增大由0增大到極大值，增大到極大值，然后又隨然后又隨Q的增大而減小。但的增大

12、而減小。但hTRQ2-m，故，故hR減少到一定值減少到一定值后又必然隨后又必然隨Q的增大而增大，即存在一個極小點(diǎn)，也就是說的增大而增大，即存在一個極小點(diǎn)，也就是說hR=f(Q)曲線可能存在兩個極值點(diǎn)。曲線可能存在兩個極值點(diǎn)。 熱油管道的不同流量區(qū)熱油管道的不同流量區(qū) 維持維持TR一定運(yùn)行的熱油管道的工作特性一定運(yùn)行的熱油管道的工作特性按流量可以分為三個區(qū)，如圖所示。按流量可以分為三個區(qū)，如圖所示。HQIIIITZQT 0區(qū)區(qū)小流量區(qū)小流量區(qū) 在這個區(qū)，流量很小，溫降很快。在在這個區(qū)，流量很小，溫降很快。在很長一段距離內(nèi)，油溫接近環(huán)境溫度很長一段距離內(nèi)，油溫接近環(huán)境溫度 T0 ，TTZT0 。隨

13、隨 Q 增大增大 , TZ 變化不變化不大，粘度變化很小，大，粘度變化很小，H=f(Q) , 但該區(qū)但該區(qū)粘度較大，因而隨著粘度較大，因而隨著Q的增大的增大, 摩阻摩阻H急劇增大。在這一區(qū)工作很不經(jīng)濟(jì)，急劇增大。在這一區(qū)工作很不經(jīng)濟(jì)，所以熱油管路不能在該區(qū)工作。所以熱油管路不能在該區(qū)工作。 HQIIIITZQT 0區(qū)區(qū)中等流量區(qū)中等流量區(qū) 一 方 面一 方 面 Q V H ， 另 一 方 面 ，另 一 方 面 ，QTZ,Tpj(顯著增大顯著增大)，且在該溫度，且在該溫度區(qū)內(nèi)粘度隨溫度的變化較劇烈，區(qū)內(nèi)粘度隨溫度的變化較劇烈，Tpj的的顯著上升將引起粘度顯著上升將引起粘度的顯著下降的顯著下降，使

14、摩阻使摩阻H。故可能出現(xiàn)隨著流量的增故可能出現(xiàn)隨著流量的增大，摩阻反而下降的現(xiàn)象。大，摩阻反而下降的現(xiàn)象。區(qū)稱為區(qū)稱為不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)熱油管道在該區(qū)內(nèi)運(yùn)行不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)熱油管道在該區(qū)內(nèi)運(yùn)行時，常可能由于某些外界因素的影響，時，?？赡苡捎谀承┩饨缫蛩氐挠绊懀构ぷ鼽c(diǎn)發(fā)生變化，進(jìn)入而使工作點(diǎn)發(fā)生變化，進(jìn)入?yún)^(qū)。熱區(qū)。熱油管道在該區(qū)運(yùn)行既不經(jīng)濟(jì)又不安全。油管道在該區(qū)運(yùn)行既不經(jīng)濟(jì)又不安全。 區(qū)區(qū)大流量區(qū)大流量區(qū) 一方面隨著一方面隨著Q的增大，流速增大而的增大，流速增大而使摩阻增大；另一方面，隨著使摩阻增大；另一方面，隨著Q的的增大增大TZ升高，但變化不大，粘度升高，但變化不大，粘度下降不多。粘度的下降引起的

15、摩下降不多。粘度的下降引起的摩阻下降小于阻下降小于Q的上升引起的摩阻升的上升引起的摩阻升高。結(jié)果表現(xiàn)為高。結(jié)果表現(xiàn)為 QH，該區(qū)是熱該區(qū)是熱油管道的正常工作區(qū)。熱油管道油管道的正常工作區(qū)。熱油管道應(yīng)在應(yīng)在區(qū)運(yùn)行，避免進(jìn)入?yún)^(qū)運(yùn)行，避免進(jìn)入、區(qū)。區(qū)。 HQIIIITZQT 0右圖是一條管內(nèi)徑右圖是一條管內(nèi)徑259mm，長長20.5km，輸送重油的熱油輸送重油的熱油管道，在管道，在 TR=50，T0=0時時的特性曲線，流態(tài)為層流。的特性曲線，流態(tài)為層流。圖中給出了不同粘溫指數(shù)下圖中給出了不同粘溫指數(shù)下的特性曲線。由圖知，當(dāng)粘的特性曲線。由圖知，當(dāng)粘溫指數(shù)溫指數(shù)u減小時，不穩(wěn)定區(qū)縮減小時，不穩(wěn)定區(qū)縮小

16、，當(dāng)小，當(dāng)u20時，曲線才會出現(xiàn)極值時，曲線才會出現(xiàn)極值點(diǎn)。若取點(diǎn)。若取u=0.1(一般油品的一般油品的u值都小于值都小于0.1)，則只有當(dāng)，則只有當(dāng)TR-T0200時時才會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實際中是碰不到的。所以說在紊流情況下，才會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實際中是碰不到的。所以說在紊流情況下，不會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。不會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。 在在層流層流情況下，情況下，m=1，出現(xiàn)極值點(diǎn)或不穩(wěn)定區(qū)的條件是出現(xiàn)極值點(diǎn)或不穩(wěn)定區(qū)的條件是u(TR-T0)3，若取若取u=0.05，則則TR-T060時就會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。若取時就會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。若取u=0.1，則則TR-T030時就會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實際中是經(jīng)常可以遇

17、到的。時就會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實際中是經(jīng)?？梢杂龅降?。 維持出站油溫維持出站油溫TR不變運(yùn)行，粘溫指數(shù)不變運(yùn)行，粘溫指數(shù)u為常為常數(shù)，層流數(shù)，層流 (m = 1 )， u ( TR - T0 ) 3出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件輸送重油的管道，輸送重油的管道，u值較大，值較大，TR較高，且一般在層流區(qū)運(yùn)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)。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)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)(大大流量區(qū)流量區(qū))，可采取的，可采取的措施有：措施有： 1、在管線允許和可能的情況下，盡

18、量提高出站油溫。、在管線允許和可能的情況下，盡量提高出站油溫。 2、開啟備用泵或未開的泵站，盡快提高輸量。、開啟備用泵或未開的泵站，盡快提高輸量。 3、在上述兩種措施都不行的情況下，輸入輕質(zhì)油品、在上述兩種措施都不行的情況下，輸入輕質(zhì)油品(或或熱水熱水)，用輕油，用輕油(或熱水或熱水)將重油從管道中置換出來。將重油從管道中置換出來。 上面討論的熱油管路的工作特性沒有考慮管內(nèi)壁結(jié)蠟的上面討論的熱油管路的工作特性沒有考慮管內(nèi)壁結(jié)蠟的影響，也未考慮含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)影響，也未考慮含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)5左右時已左右時已具有非牛頓流體性質(zhì)的影響，在熱油管道的實際運(yùn)行中，具有非牛頓流體性質(zhì)的影響，在

19、熱油管道的實際運(yùn)行中，當(dāng)流動處于層流狀態(tài)時，加上這兩方面的影響，使熱輸當(dāng)流動處于層流狀態(tài)時，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，管道的停流、初凝事故。另外，管道進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)后，并不會馬上出現(xiàn)停流凝管事故，只要及時采取措施就可并不會馬上出現(xiàn)停流凝管事故，只要及時采取措施就可以避免凝管事故的發(fā)生。以避免凝管事故的發(fā)生。 思考題思考題維持維持TZ一定運(yùn)行的管道會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)嗎？一定運(yùn)行的管道會出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)嗎？為什么？為什么？ 二、影響熱油管道溫降的因素二、影響熱油管道

20、溫降的因素土壤溫度場、土壤濕度、大氣溫度以及管道運(yùn)行參數(shù)的變化，土壤溫度場、土壤濕度、大氣溫度以及管道運(yùn)行參數(shù)的變化，均會影響熱油管道的散熱情況。均會影響熱油管道的散熱情況。土壤的自然溫度場隨氣溫的變化以年為周期作周期性變化，土壤的自然溫度場隨氣溫的變化以年為周期作周期性變化，冬季地溫低，管道散熱量大，溫降快，夏季地溫高，管道散冬季地溫低，管道散熱量大，溫降快，夏季地溫高，管道散熱量小，溫降慢。一年四季不同深度處土壤的自然地溫可用熱量小，溫降慢。一年四季不同深度處土壤的自然地溫可用下式計算：下式計算： 000max2cosexpayayTTTTaaay5 . 020202221 aatt 02

21、111atgt式中：式中：Ta：年平均氣溫，年平均氣溫， Ta=0.5(Tamax+Tamin)；Tamax：年最高日平均氣溫，：年最高日平均氣溫，； Tamin：年最低日平均氣溫，：年最低日平均氣溫，； ：從日平均氣溫最高日開始計算的時間，從日平均氣溫最高日開始計算的時間，s； 0：大氣溫度年波動周期，：大氣溫度年波動周期，0 =365.25天天=3.1558107s； y：從地表垂直向下的深度，從地表垂直向下的深度，m。 若取若取y=0，=1，=0，則得到大氣溫度隨時間的變化規(guī)律：，則得到大氣溫度隨時間的變化規(guī)律： 0maxa2cos aaaTTTT-15-10-5051015202530

22、351月1日1月15日1月29日2月12日2月26日3月11日3月25日4月8日4月22日5月6日5月20日6月3日6月17日7月1日7月15日7月29日8月12日8月26日9月9日9月23日10月7日10月21日11月4日11月18日12月2日12月16日12月30日日期日平均氣溫，濮陽地區(qū)日平均氣溫實測與計算結(jié)果比較濮陽地區(qū)日平均氣溫實測與計算結(jié)果比較 計算值計算值實測值實測值20cm地溫051015202530351月1日1月15日1月29日2月12日2月26日3月11日3月25日4月8日4月22日5月6日5月20日6月3日6月17日7月1日7月15日7月29日8月12日8月26日9月9

23、日9月23日10月7日10月21日11月4日11月18日12月2日12月16日12月30日日期地溫，濮陽地區(qū)濮陽地區(qū)20cm處實測地溫與計算結(jié)果比較處實測地溫與計算結(jié)果比較計算值計算值實測值實測值05101520251月1日2月1日3月1日4月1日5月1日6月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日日期地溫，濮陽地區(qū)濮陽地區(qū)120cm處實測地溫與計算結(jié)果比較處實測地溫與計算結(jié)果比較計算值計算值實測值實測值當(dāng)提高加熱站出站油溫后，管道散熱量增大，在建立新的溫當(dāng)提高加熱站出站油溫后，管道散熱量增大，在建立新的溫度場過程中，各點(diǎn)的土壤溫度都要相應(yīng)升高，即需要向土壤度場過程中，各點(diǎn)的

24、土壤溫度都要相應(yīng)升高，即需要向土壤中蓄入一定的熱量。故管道在新的溫差情況下所散出的熱量，中蓄入一定的熱量。故管道在新的溫差情況下所散出的熱量，除了原來的散熱損失外，還要用于周圍土壤的蓄熱，即其熱除了原來的散熱損失外，還要用于周圍土壤的蓄熱，即其熱損失增大，在一段時間內(nèi)，表現(xiàn)為損失增大，在一段時間內(nèi)，表現(xiàn)為K值的增大。值的增大。同樣，加熱站的出站溫度下降時，由于在重建溫度場的過程同樣，加熱站的出站溫度下降時，由于在重建溫度場的過程中，管周圍的土壤放出一部分蓄積的熱量，將使管道的熱損中，管周圍的土壤放出一部分蓄積的熱量，將使管道的熱損失減少，在一段時間內(nèi)，表現(xiàn)為失減少，在一段時間內(nèi)，表現(xiàn)為K值的下降。值的下降。若正直雨季或地下水位較高時，土壤濕度變大，使土壤導(dǎo)熱若正直雨季或地下水位較高時