輸油管道設(shè)計與管理53

1、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熱油管道在運行過程中，由于種種原因，不可避免地會發(fā)生熱油管道在運行過程中，由于種種原因，不可避免地會發(fā)生停輸。停輸?shù)脑蚩梢苑譃閮纱箢悾菏鹿释］敽陀媱澩］?。停輸。停輸?shù)脑蚩梢苑譃閮纱箢悾菏鹿释］敽陀媱澩］敗?輪不能到港裝油港口：因臺風等原因油不需原油煉廠：檢修或事故檢修管線終點劃地停輸時采用間歇輸送，有計當油量不足，輸量較小計劃停輸黃復(fù)線停輸年黃島油庫火災(zāi)曾使東首末站火災(zāi)：如線停輸年唐山地震時斷裂，全秦京線地震引起管道斷裂：如自然災(zāi)害天破裂，停輸年東黃復(fù)線首站外管道裂：站間管道腐蝕穿孔或破電及設(shè)備故障等全線突然停電或首站停事故停輸停輸分類

2、8976192不論是計劃停輸還是事故停輸，都有一個安全停輸時間的確定問題。對不論是計劃停輸還是事故停輸，都有一個安全停輸時間的確定問題。對于計劃停輸，制定停輸計劃時要考慮最長允許停輸時間多長；對于事故于計劃停輸，制定停輸計劃時要考慮最長允許停輸時間多長；對于事故停輸，制定搶修計劃時也要考慮允許的停輸時間。停輸，制定搶修計劃時也要考慮允許的停輸時間。 熱油管道停輸后，由于管內(nèi)油溫不斷下降，粘度增大，管壁上的結(jié)蠟層熱油管道停輸后，由于管內(nèi)油溫不斷下降，粘度增大，管壁上的結(jié)蠟層增厚，會使管道再啟動時的摩阻增大。當油溫降至凝固點以下時，可能增厚，會使管道再啟動時的摩阻增大。當油溫降至凝固點以下時，可能

3、在整個管子斷面上形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，必須有足以破壞凝油網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高壓，在整個管子斷面上形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，必須有足以破壞凝油網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高壓，才能使管線恢復(fù)流動，而最高壓力要受泵和管線允許強度的限制。所以才能使管線恢復(fù)流動，而最高壓力要受泵和管線允許強度的限制。所以為了保證管線的順利啟動，必須了解管路在各種情況下停輸后的溫降規(guī)為了保證管線的順利啟動，必須了解管路在各種情況下停輸后的溫降規(guī)律，以確定順利再啟動的允許停輸時間以及停輸后必須采取的措施。律，以確定順利再啟動的允許停輸時間以及停輸后必須采取的措施。 管道停輸后的溫降過程同樣屬于不穩(wěn)定的傳熱過程。溫降管道停輸后的溫降過程同樣屬于不穩(wěn)定的傳熱過程。溫降規(guī)

4、律受多種因素的影響。目前還沒有成熟的計算方法。目規(guī)律受多種因素的影響。目前還沒有成熟的計算方法。目前采用的計算方法主要有兩類。一類是根據(jù)簡化后導(dǎo)出的前采用的計算方法主要有兩類。一類是根據(jù)簡化后導(dǎo)出的近似公式計算；另一類就是利用數(shù)值方法上機求解。管線近似公式計算；另一類就是利用數(shù)值方法上機求解。管線的再啟動壓力除了與管內(nèi)存油的溫度有關(guān)外，還受油品性的再啟動壓力除了與管內(nèi)存油的溫度有關(guān)外，還受油品性質(zhì)、管線強度等因素的影響，更沒有成熟的計算方法。目質(zhì)、管線強度等因素的影響，更沒有成熟的計算方法。目前常用的計算方法偏于保守，還有待于深入研究。前常用的計算方法偏于保守，還有待于深入研究。一、架空及水中

5、管道停輸后的溫降計算一、架空及水中管道停輸后的溫降計算 重油管道的停輸溫降計算重油管道的停輸溫降計算架空和水中管道停輸后，管路向外散失的熱量就是管架空和水中管道停輸后，管路向外散失的熱量就是管內(nèi)存油和鋼管降溫所放出的熱量。因此，其溫降比埋內(nèi)存油和鋼管降溫所放出的熱量。因此，其溫降比埋地管線快得多，可近似按集總熱容系統(tǒng)計算。地管線快得多，可近似按集總熱容系統(tǒng)計算。忽略斷面上的溫降梯度忽略斷面上的溫降梯度 不考慮油品物性隨溫度的變化不考慮油品物性隨溫度的變化 不考慮保溫層的熱容量不考慮保溫層的熱容量 簡化處理：簡化處理：假設(shè)環(huán)境溫度假設(shè)環(huán)境溫度T0不隨時間變化不隨時間變化 認為管道總傳熱系數(shù)認為管

6、道總傳熱系數(shù) 為常數(shù)為常數(shù) k在在 d時間內(nèi)的熱平衡方程為時間內(nèi)的熱平衡方程為 dTCDDCDdTTDKggyy 212221044將上式積分并整理后可得：將上式積分并整理后可得： )(4584exp)(21222100DDcDcDKTTTTggyyQ 式中：式中：D、D1、D2管道平均直徑、鋼管內(nèi)徑、外徑，管道平均直徑、鋼管內(nèi)徑、外徑，mK 停輸后油至周圍空氣或水流的總傳熱系數(shù)停輸后油至周圍空氣或水流的總傳熱系數(shù),W/m2Cg、g鋼材的比熱和密度鋼材的比熱和密度T0周圍大氣或水流的溫度，周圍大氣或水流的溫度，T停輸停輸 h 后的油溫，后的油溫，TQ開始停輸時的油溫，開始停輸時的油溫，停輸時間

7、，停輸時間，hCy、y油的比熱和密度，油的比熱和密度，J/kg，kg/m34584=3600*4/為將時間由秒化為小時后得到的系數(shù)為將時間由秒化為小時后得到的系數(shù)水下重油保溫管道的停輸溫降曲線水下重油保溫管道的停輸溫降曲線該圖為實測結(jié)果與計算結(jié)果的比較。該圖為實測結(jié)果與計算結(jié)果的比較。由圖可以看出，在高溫下，二者符合由圖可以看出，在高溫下，二者符合得很好，當溫度較低時，管中原油的得很好，當溫度較低時，管中原油的傳熱變?yōu)榧儗?dǎo)熱，已經(jīng)不滿足集總熱傳熱變?yōu)榧儗?dǎo)熱，已經(jīng)不滿足集總熱容系統(tǒng)的條件，二者偏差越來越大。容系統(tǒng)的條件，二者偏差越來越大。熱含蠟原油管道的停輸溫降計算熱含蠟原油管道的停輸溫降計算下

8、圖為實測的架空熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線。下圖為實測的架空熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線。熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線根據(jù)溫降曲線，其降溫過程可分為三個階段：根據(jù)溫降曲線，其降溫過程可分為三個階段： 第一階段（第一階段（ T TSL）：）：第二階段（第二階段（ TNG TTSL ）：）： 隨油溫和壁溫的繼續(xù)降低，一方面蠟不斷結(jié)晶析出，使管壁處的原油隨油溫和壁溫的繼續(xù)降低，一方面蠟不斷結(jié)晶析出，使管壁處的原油首先失去流動性，而變成凝油層。隨著凝油層的不斷加厚，熱阻增加；首先失去流動性，而變成凝油層。隨著凝油層的不斷加厚，熱阻增加；另一方面，油流粘度增大，自然對流放熱系

9、數(shù)變小，也使熱阻增大。另一方面，油流粘度增大，自然對流放熱系數(shù)變小，也使熱阻增大。而蠟的結(jié)晶析出又放出潛熱，因而這一階段的油溫下降最慢。而蠟的結(jié)晶析出又放出潛熱，因而這一階段的油溫下降最慢。 管壁上的凝油層很薄，管內(nèi)存油至管外大氣或水的傳熱方式主要是對流管壁上的凝油層很薄，管內(nèi)存油至管外大氣或水的傳熱方式主要是對流放熱，且由于該階段油與周圍的溫差較大，放熱強度大，溫降快，且整放熱，且由于該階段油與周圍的溫差較大，放熱強度大，溫降快，且整個斷面上的油溫基本均勻，沒有大量的蠟晶析出。該階段的溫降可采用個斷面上的油溫基本均勻，沒有大量的蠟晶析出。該階段的溫降可采用與水下和架空重油管道的停輸溫降計算方

10、法計算。與水下和架空重油管道的停輸溫降計算方法計算。該階段的溫降屬于有相變和移動邊界的傳熱問題，目前還該階段的溫降屬于有相變和移動邊界的傳熱問題，目前還沒有成熟的方法，可根據(jù)實測的原油沒有成熟的方法，可根據(jù)實測的原油C-T關(guān)系用數(shù)值方法關(guān)系用數(shù)值方法求解。求解。第三階段（第三階段（T (34)時，時， FoEiFoRhEi1614122忽略前一項，并將后一項展開為級數(shù)忽略前一項，并將后一項展開為級數(shù) )2!2/(ln5772. 0)(2 xxxxEi取前兩項取前兩項(誤差可能很大誤差可能很大)，經(jīng)整理后可得，經(jīng)整理后可得2(1)240.1113thDaD 000TTTTbtbt 2、數(shù)值方法、

11、數(shù)值方法將管內(nèi)存油和土壤的散熱均看作是二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱，將管內(nèi)存油和土壤的散熱均看作是二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱，分別列出其導(dǎo)熱微分方程式和初始條件與邊界條件。分別列出其導(dǎo)熱微分方程式和初始條件與邊界條件。根據(jù)有限差分法或有限元法編制計算機程序，然后根據(jù)有限差分法或有限元法編制計算機程序，然后上機求解。上機求解。上面講的停輸溫降都是指管線某一斷面上的溫降，計上面講的停輸溫降都是指管線某一斷面上的溫降，計算時，一般應(yīng)取若干個斷面計算，各個斷面處的初始算時，一般應(yīng)取若干個斷面計算，各個斷面處的初始油溫可按軸向溫降公式計算。油溫可按軸向溫降公式計算。 三、停輸后再啟動壓力的計算三、停輸后再啟動壓力的計算啟動過程中流量恢復(fù)快慢決定于再啟動壓力的大小、頂啟動過程中流量恢復(fù)快慢決定于再啟動壓力的大小、頂擠液的性質(zhì)、停輸時間長短及管內(nèi)存油的流變性等一系擠液的性質(zhì)、停輸時間長短及管內(nèi)存油的流變性等一系列因素。為了盡快恢復(fù)正常輸送，應(yīng)在強度允許的壓力列因素。為了盡快恢復(fù)正常輸送，應(yīng)在強度允許的壓力范圍內(nèi)，盡可能加大排量。范圍內(nèi)，盡可能加大排量。影響再啟動壓力的因素有：影響再啟動壓力的因素有：a.停輸結(jié)束后，管內(nèi)油品的溫度分布停輸結(jié)束后，管內(nèi)油品的溫度分布b.油品的流變