《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》配套PPT教學(xué)課件

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第三章第三章加熱輸送管道的工藝計(jì)算加熱輸送管道的工藝計(jì)算隨這世界能源需求的增長(zhǎng)，易凝和高粘原油的產(chǎn)量不斷的增隨這世界能源需求的增長(zhǎng)，易凝和高粘原油的產(chǎn)量不斷的增加。目前我國(guó)所產(chǎn)原油大多為這兩種原油。生產(chǎn)含蠟原油加。目前我國(guó)所產(chǎn)原油大多為這兩種原油。生產(chǎn)含蠟原油(waxycrude)的油田主要有：大慶油田、勝利油田、中原油的油田主要有：大慶油田、勝利油田、中原油田、華北油田、河南油田、長(zhǎng)慶油田、克拉瑪依油田。生產(chǎn)田、華北油田、河南油田、長(zhǎng)慶油田、克拉瑪依油田。生產(chǎn)稠油稠油(thickoil,heaveyoil)的油田有：遼河油田、勝利的單家寺的油田有：遼河油田、勝利的單家寺油田和孤島油田等。含蠟原油的特點(diǎn)是油田和孤島油田等。含蠟原油的特點(diǎn)是含蠟量高、凝固點(diǎn)含蠟量高、凝固點(diǎn)高、低溫下粘度高、高高、低溫下粘度高、高溫下粘度低溫下粘度低。如大慶原油，凝固點(diǎn)為。如大慶原油，凝固點(diǎn)為2832，50運(yùn)動(dòng)粘度約為運(yùn)動(dòng)粘度約為202510-6m2/s，勝利原油凝，勝利原油凝固點(diǎn)為固點(diǎn)為2332，50運(yùn)動(dòng)粘度約為運(yùn)動(dòng)粘度約為809010-6m2/s。稠油。稠油的特點(diǎn)是的特點(diǎn)是凝固點(diǎn)很低凝固點(diǎn)很低，通常低于，通常低于0，但，但粘度很大粘度很大，如孤島原，如孤島原油凝固點(diǎn)為油凝固點(diǎn)為-2.34.9，50運(yùn)動(dòng)粘度約為運(yùn)動(dòng)粘度約為49010-6m2/s。加熱輸送管道的工藝計(jì)算加熱輸送管道的工藝計(jì)算凝固點(diǎn)凝固點(diǎn)(Freezingpoint)：是指：是指在規(guī)定條件下在規(guī)定條件下(熱力和剪切條熱力和剪切條件件)所測(cè)得的油樣不流動(dòng)的最高溫度所測(cè)得的油樣不流動(dòng)的最高溫度。我國(guó)常把它作為評(píng)價(jià)。我國(guó)常把它作為評(píng)價(jià)原油流動(dòng)性的指標(biāo)之一。西方國(guó)家常用的是傾點(diǎn)原油流動(dòng)性的指標(biāo)之一。西方國(guó)家常用的是傾點(diǎn)(Pourpoint),它與凝固點(diǎn)有所不同。傾點(diǎn)是指它與凝固點(diǎn)有所不同。傾點(diǎn)是指在規(guī)定條件下測(cè)得在規(guī)定條件下測(cè)得的油樣剛開始流動(dòng)的最低溫度的油樣剛開始流動(dòng)的最低溫度。由于測(cè)量方法的不同，因。由于測(cè)量方法的不同，因而兩者在數(shù)值上亦有差別。對(duì)于同一種原油，傾點(diǎn)一般比而兩者在數(shù)值上亦有差別。對(duì)于同一種原油，傾點(diǎn)一般比凝固點(diǎn)低凝固點(diǎn)低23。原油的高含蠟、高凝固點(diǎn)和高粘度給儲(chǔ)運(yùn)工作帶來以下幾個(gè)方面的問題：原油的高含蠟、高凝固點(diǎn)和高粘度給儲(chǔ)運(yùn)工作帶來以下幾個(gè)方面的問題：1、由于原油的凝固點(diǎn)比較高，一般在環(huán)境溫度下就失去流動(dòng)性或流動(dòng)性、由于原油的凝固點(diǎn)比較高，一般在環(huán)境溫度下就失去流動(dòng)性或流動(dòng)性很差，因而不能直接常溫輸送。很差，因而不能直接常溫輸送。2、在在環(huán)環(huán)境境溫溫度度下下，含含蠟蠟原原油油即即使使能能夠夠流流動(dòng)動(dòng)，其其表表觀觀粘粘度度(ApparentViscosity)也很高。對(duì)于稠油，雖然在環(huán)境溫度下并不凝固，但其粘度也很高。對(duì)于稠油，雖然在環(huán)境溫度下并不凝固，但其粘度很大。因此無論是高含蠟原油還是稠油，常溫輸送時(shí)摩阻損失都很很大。因此無論是高含蠟原油還是稠油，常溫輸送時(shí)摩阻損失都很大，是很不經(jīng)濟(jì)的。大，是很不經(jīng)濟(jì)的。3、高凝高粘原油給儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理也帶來了某些特殊問題，主要有：、高凝高粘原油給儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理也帶來了某些特殊問題，主要有：儲(chǔ)罐和管道系統(tǒng)的結(jié)蠟問題儲(chǔ)罐和管道系統(tǒng)的結(jié)蠟問題；管道停輸后的再啟動(dòng)問題。管道停輸后的再啟動(dòng)問題。加熱輸送管道的工藝計(jì)算加熱輸送管道的工藝計(jì)算對(duì)于易凝高粘問題，不能直接采用前面講到的等溫輸對(duì)于易凝高粘問題，不能直接采用前面講到的等溫輸送方法，必須在輸入管道前采用降凝降粘措施。加熱送方法，必須在輸入管道前采用降凝降粘措施。加熱輸送是目前常用的方法，即將油品加熱后輸入管路，輸送是目前常用的方法，即將油品加熱后輸入管路，提高油品溫度以降低其粘度，減少摩阻損失，借消耗提高油品溫度以降低其粘度，減少摩阻損失，借消耗熱能來節(jié)約動(dòng)能。這一章我們將來討論熱油輸送管道熱能來節(jié)約動(dòng)能。這一章我們將來討論熱油輸送管道的工藝計(jì)算問題。的工藝計(jì)算問題。加熱輸送管道的工藝計(jì)算加熱輸送管道的工藝計(jì)算本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié)熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算第二節(jié)第二節(jié)熱油管道的摩阻計(jì)算熱油管道的摩阻計(jì)算第三節(jié)第三節(jié)確定和布置加熱站、泵站確定和布置加熱站、泵站第一節(jié)第一節(jié)熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算一、加熱輸送的特點(diǎn)一、加熱輸送的特點(diǎn)什么是熱油管道？什么是熱油管道？所謂熱油輸送管道是指那些在輸送過程中沿線油溫所謂熱油輸送管道是指那些在輸送過程中沿線油溫高于地溫的輸油管道。對(duì)于熱油管道，一般來說，高于地溫的輸油管道。對(duì)于熱油管道，一般來說，其沿線的油溫不僅高于地溫而且還高于油溫的凝固其沿線的油溫不僅高于地溫而且還高于油溫的凝固點(diǎn)。點(diǎn)。熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算在熱油沿管路向前輸送過程中，由于油溫高于管路周圍的在熱油沿管路向前輸送過程中，由于油溫高于管路周圍的環(huán)境溫度，在徑向溫差的作用下，油流所攜帶的熱能將不環(huán)境溫度，在徑向溫差的作用下，油流所攜帶的熱能將不斷地向管外散失，因而使油流在前進(jìn)過程中不斷地降溫，斷地向管外散失，因而使油流在前進(jìn)過程中不斷地降溫，引起軸向溫降。軸向溫降的存在，使油流的粘度在前進(jìn)過引起軸向溫降。軸向溫降的存在，使油流的粘度在前進(jìn)過程中不斷地升高，單位管長(zhǎng)的摩阻逐漸增大，當(dāng)油溫降至程中不斷地升高，單位管長(zhǎng)的摩阻逐漸增大，當(dāng)油溫降至凝固點(diǎn)附近時(shí)，單位管長(zhǎng)的摩阻將急劇升高。故在設(shè)計(jì)管凝固點(diǎn)附近時(shí)，單位管長(zhǎng)的摩阻將急劇升高。故在設(shè)計(jì)管路時(shí)，必須考慮：需將油流加熱到多高的溫度才能輸入管路時(shí)，必須考慮：需將油流加熱到多高的溫度才能輸入管道？當(dāng)油溫降到什么范圍時(shí)需要建一個(gè)加熱站？像等溫管道？當(dāng)油溫降到什么范圍時(shí)需要建一個(gè)加熱站？像等溫管那樣，熱油管也設(shè)有泵站，沿線的加熱站和泵站補(bǔ)充油流那樣，熱油管也設(shè)有泵站，沿線的加熱站和泵站補(bǔ)充油流的熱損失和壓力損失。的熱損失和壓力損失。1、加熱輸送的特點(diǎn)、加熱輸送的特點(diǎn)與等溫管相比，熱油管道的特點(diǎn)是：與等溫管相比，熱油管道的特點(diǎn)是：沿程的能量損失包括沿程的能量損失包括熱能損失熱能損失和和壓能損失壓能損失兩部分。兩部分。熱熱能能損損失失和和壓壓能能損損失失互互相相聯(lián)聯(lián)系系，且且熱熱能能損損失失起起主主導(dǎo)導(dǎo)作作用用。設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)熱熱油油管管道道時(shí)時(shí)，要要先先進(jìn)進(jìn)行行熱熱力力計(jì)計(jì)算算，然然后后進(jìn)進(jìn)行行水水力力計(jì)計(jì)算算。這這是是因因?yàn)闉槟δψ枳钃p損失失的的大大小小取取決決于于油油品品的的粘粘度度，而油品的粘度則取決于輸送溫度的高低。而油品的粘度則取決于輸送溫度的高低。沿沿程程油油溫溫不不同同，油油流流粘粘度度不不同同，沿沿程程水水力力坡坡降降不不是是常常數(shù)數(shù)，iconst。一一個(gè)個(gè)加加熱熱站站間間，距距加加熱熱站站越越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，油油溫溫越越低低，粘粘度越大度越大，水力坡降越大。，水力坡降越大。熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算2、熱油管道沿程溫降計(jì)算、熱油管道沿程溫降計(jì)算(1)軸向溫降基本公式軸向溫降基本公式基本假設(shè)基本假設(shè)：穩(wěn)定工況。包括熱力穩(wěn)定工況。包括熱力、水力條件穩(wěn)定，即溫度均不、水力條件穩(wěn)定，即溫度均不隨時(shí)間而變化，輸量不隨時(shí)間而變化。隨時(shí)間而變化，輸量不隨時(shí)間而變化。油流至周圍介質(zhì)的總傳熱系數(shù)油流至周圍介質(zhì)的總傳熱系數(shù)K沿線為常數(shù)。沿線為常數(shù)。沿線地溫沿線地溫T0和油品的比熱和油品的比熱C為常數(shù)。為常數(shù)。熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算設(shè)有一條熱油管道設(shè)有一條熱油管道，管外徑為，管外徑為 D，周圍介質(zhì)溫度為周圍介質(zhì)溫度為T0,總總傳熱系數(shù)為傳熱系數(shù)為K,輸量為輸量為G，油品的比熱為油品的比熱為C，出站油溫為出站油溫為TR，加熱站間距為加熱站間距為L(zhǎng)R。在距加熱站為在距加熱站為L(zhǎng)出取一微元段出取一微元段dL，設(shè)此處斷面油溫為，設(shè)此處斷面油溫為T，油，油流流 經(jīng)經(jīng) 過過 dL 段段 的的 溫溫 度度 變變 化化 為為 dT，故故 在在 L+dL 斷斷 面面 上上 油油 溫溫 為為T+dTT+dT，穩(wěn)定傳熱時(shí)，穩(wěn)定傳熱時(shí)，dLdL段上的熱平衡方程為：段上的熱平衡方程為：即即KD(T-T0)dL=GCdT熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算或或：則距上游加熱站則距上游加熱站L米處的油溫為：米處的油溫為：熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算上式即為軸向溫降基本公式，也就是著名的蘇霍夫公式。上式即為軸向溫降基本公式，也就是著名的蘇霍夫公式。根根據(jù)據(jù)加加熱熱站站間間距距LR和和出出站站油油溫溫TR可可求求得得下下一一站站的的進(jìn)進(jìn)站站油溫：油溫：也可以根據(jù)出站油溫也可以根據(jù)出站油溫TZ，求得上游站的出站油溫：求得上游站的出站油溫：熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算溫降曲線的特點(diǎn)：由圖可知：溫降曲線的特點(diǎn)：由圖可知：溫降曲線為一指數(shù)曲線，漸近溫降曲線為一指數(shù)曲線，漸近線為線為 T=T0在在兩兩個(gè)個(gè)加加熱熱站站之之間間的的管管路路上上，各各處處的的溫溫度度梯梯度度不不同同，加加熱熱站站出出口口處處，油油溫溫高高，油油流流與與周周圍圍介介質(zhì)質(zhì)的的溫差大，溫差大，溫降快，曲線陡。溫降快，曲線陡。隨隨油油流流的的前前進(jìn)進(jìn)，溫溫降降變變慢慢，曲曲線線變變平平。因因此此隨隨出出站站溫溫度度的的提提高高，下下一一站站的的進(jìn)進(jìn)站站油油溫溫TZ變變化化較較小小。一一般般如如果果TR提提高高10，終終點(diǎn)點(diǎn)油油溫溫TZ只只升升高高23。因因此此為為了了減減少少熱熱損損失失，出出站站油油溫溫不宜過高不宜過高。T0TLdLTRT0熱油管線軸向溫降的特點(diǎn) 熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算考慮摩擦升溫時(shí)的軸向溫降計(jì)算考慮摩擦升溫時(shí)的軸向溫降計(jì)算 油油流流沿沿管管道道向向前前流流動(dòng)動(dòng)過過程程中中,由由于于摩摩擦擦阻阻力力而而使使壓壓力力不不斷斷下下降降。這這部部分分壓壓力力能能最最終終轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為摩摩擦擦熱熱而而加加熱熱油油流流。上上面面討討論論的的溫溫降降基基本本公公式式，未未考考慮慮摩摩擦擦熱熱的的影影響響,故故只只能能用用于于流流速速低低,溫降大，摩擦熱影響較小溫降大，摩擦熱影響較小的情況。的情況。利用與推導(dǎo)蘇霍夫軸向溫降基本公式相同的方法：利用與推導(dǎo)蘇霍夫軸向溫降基本公式相同的方法：管線向周圍介質(zhì)的散熱量管線向周圍介質(zhì)的散熱量=油流溫降放熱油流溫降放熱+摩擦熱，摩擦熱，即：即：KD(T-T0)dL=-GCdT+GgidL整理得，整理得，熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算考慮摩擦升溫時(shí)的軸向溫降計(jì)算考慮摩擦升溫時(shí)的軸向溫降計(jì)算 考慮摩擦升溫后溫降公式變?yōu)椋嚎紤]摩擦升溫后溫降公式變?yōu)椋夯蚧?上式即為考慮摩擦熱時(shí)的軸向溫降計(jì)算公式上式即為考慮摩擦熱時(shí)的軸向溫降計(jì)算公式。又叫列賓宗溫降公式。又叫列賓宗溫降公式。令令則上式變?yōu)閯t上式變?yōu)闊嵊凸艿赖臏亟涤?jì)算熱油管道的溫降計(jì)算在在上上式式的的推推導(dǎo)導(dǎo)中中，水水力力坡坡降降i 取取定定值值，實(shí)實(shí)際際上上熱熱油油管管的的 i沿沿程程是是變變化化的的。計(jì)計(jì)算算中中可可近近似似取取加加熱熱站站間間管管道道的的平平均均水水力坡降值。力坡降值。式中：式中：iR、iL計(jì)算管段的起點(diǎn)、終點(diǎn)的水力坡降計(jì)算管段的起點(diǎn)、終點(diǎn)的水力坡降熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算(2)軸向溫降公式的應(yīng)用軸向溫降公式的應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)確定加熱站間距設(shè)計(jì)時(shí)確定加熱站間距(加熱站數(shù)加熱站數(shù))設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)，L、D、G、K、C、T已已定定,按按上上述述原原則則選選定定TR和和TZ，則加熱站間距為則加熱站間距為:全線所需加熱站數(shù)全線所需加熱站數(shù):,化整化整nR設(shè)計(jì)的加熱站間距為設(shè)計(jì)的加熱站間距為:,然后重新計(jì)算然后重新計(jì)算TR。熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算運(yùn)運(yùn)行行中中計(jì)計(jì)算算沿沿程程溫溫降降,特特別別是是計(jì)計(jì)算算為為保保持持要要求求的的終終點(diǎn)點(diǎn)溫度溫度 TZ所必須的加熱站出口溫度所必須的加熱站出口溫度 TR。校核站間允許的最小輸量校核站間允許的最小輸量Gmin 當(dāng)當(dāng)及站間其它熱力參數(shù)即及站間其它熱力參數(shù)即T0、D、K、LR一一定定時(shí)時(shí)，對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)于于TRmax、Tzmin的的輸輸量量即即為為該該熱熱力力條件下允許的最小輸量條件下允許的最小輸量:熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算運(yùn)行中反算總傳熱系數(shù)運(yùn)行中反算總傳熱系數(shù)K 值值 由由于于溫溫降降公公式式是是按按照照穩(wěn)穩(wěn)定定工工況況導(dǎo)導(dǎo)出出的的，因因此此反反算算K值值時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)取取水水力力和和熱熱力力參參數(shù)數(shù)比比較較穩(wěn)穩(wěn)定定情情況況下下的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)。如如果果輸輸量量波波動(dòng)動(dòng)較較大大，油油溫溫不不穩(wěn)穩(wěn)定定或或有有自自然然現(xiàn)現(xiàn)象象影影響響(如如冷冷空空氣氣前前后后,大大雨雨前前后后等等)，管管線線的的傳傳熱熱相相當(dāng)當(dāng)不不穩(wěn)穩(wěn)定定，按按穩(wěn)穩(wěn)定定傳傳熱熱公公式式反反算算出出來來的的K值值誤誤差差較較大大。當(dāng)當(dāng)然然生生產(chǎn)產(chǎn)管管線線的的參參數(shù)數(shù)波波動(dòng)動(dòng)總總是是存在的存在的,只能相對(duì)而言。只能相對(duì)而言。熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算反算反算K值的目的值的目的:積累運(yùn)行資料積累運(yùn)行資料,為以后設(shè)計(jì)新管線提供選擇為以后設(shè)計(jì)新管線提供選擇K值的依據(jù)值的依據(jù).通過通過K值的變化值的變化,了解沿線散熱及結(jié)蠟情況了解沿線散熱及結(jié)蠟情況,幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。若若K，如如果果此此時(shí)時(shí)Q，H，則則說說明明管管壁壁結(jié)結(jié)蠟蠟可可能能較較嚴(yán)重，應(yīng)采取清蠟措施。嚴(yán)重，應(yīng)采取清蠟措施。若若K，則可能是地下水位上升，或管道覆土被破壞、，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。保溫層進(jìn)水等。熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算3、油流過泵的溫升、油流過泵的溫升油流經(jīng)過泵時(shí)，由于流道、葉片摩擦、液體內(nèi)部的沖擊油流經(jīng)過泵時(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。和摩擦，會(huì)產(chǎn)生能量損失，轉(zhuǎn)化為摩擦熱加熱油流。H泵的揚(yáng)程，泵的揚(yáng)程，mC油品的比熱，油品的比熱，J/kg熱油管道的溫降計(jì)算熱油管道的溫降計(jì)算對(duì)對(duì)于于揚(yáng)揚(yáng)程程為為600m,p=70%的的離離心心泵泵，原原油油經(jīng)經(jīng)泵泵的的溫溫升升約為約為1。如東臨線各泵站的泵攪拌溫升約為。如東臨線各泵站的泵攪拌溫升約為0.81。閥門節(jié)流引起的溫升可按同樣的方法計(jì)算：閥門節(jié)流引起的溫升可按同樣的方法計(jì)算：4、熱力計(jì)算所需的主要物性參數(shù)、熱力計(jì)算所需的主要物性參數(shù)(1)比熱容比熱容我我國(guó)國(guó)含含蠟蠟原原油油的的比比熱熱容容隨隨溫溫度度的的變變化化趨趨勢(shì)勢(shì)均均可可用用下下圖圖所所示的曲線描述，示的曲線描述，區(qū)區(qū)：油油溫溫T高高于于析析蠟蠟點(diǎn)點(diǎn)TsL，熱熱容容CLY隨隨溫溫度度降降低低而而緩緩慢慢降降低低。在在這這個(gè)個(gè)區(qū)區(qū),石石蠟蠟還還未未析析出出，可可用用下下式式表表示示:式中式中：d415為為15時(shí)原油的比重時(shí)原油的比重可將其分為三個(gè)區(qū)可將其分為三個(gè)區(qū):區(qū)區(qū):TcmaxTTz1下下面面分分析析一一下下維維持持TZ一一定定時(shí)時(shí)特特性性曲曲線線的的變變化化趨趨勢(shì)勢(shì)。Q變變化化時(shí)，影響摩阻時(shí)，影響摩阻H的因素有兩個(gè)方面：的因素有兩個(gè)方面：總的趨勢(shì)是總的趨勢(shì)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。與與等等溫溫管管相相比比，影影響響熱熱油油管管工工作作特特性性曲曲線線的的因因素素除除了了管管線線情情況況和和油油品品粘粘度度以以外外，還還有有管管線線沿沿線線的的散散熱熱條條件件和和油油品品的的粘粘溫溫特特性性。當(dāng)當(dāng)溫溫降降快快、粘粘溫溫曲曲線線較較陡陡時(shí)時(shí)，管管路路特特性性曲曲線線變變化化也也較較劇劇烈烈，故故散散熱熱條條件件如如T0、K及及粘粘溫溫指指數(shù)數(shù)u等等參參數(shù)數(shù)也也會(huì)會(huì)影響熱油管路的工作特性。影響熱油管路的工作特性。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(shí)，摩阻隨輸量的變化趨勢(shì)與維持一定時(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：一定時(shí)有所不同，定性分析如下：兩兩方方面面因因素素引引起起的的摩摩阻阻變變化化趨趨勢(shì)勢(shì)正正相相反反。一一般般在在實(shí)實(shí)際際運(yùn)運(yùn)行行的的輸輸量量范范圍圍內(nèi)內(nèi)，QH的的趨趨勢(shì)勢(shì)是是主主要要的的。故故隨隨著著Q增增大大，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。(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)前前面面講講過過，維維持持TR一一定定運(yùn)運(yùn)行行的的熱熱油油管管道道，在在正正常常運(yùn)運(yùn)行行的的輸輸量量范范圍圍內(nèi)內(nèi)，QH的的趨趨勢(shì)勢(shì)是是主主要要的的，但但當(dāng)當(dāng)Q較較小小、輸輸送送的的油油品品粘粘度度較較大大時(shí)時(shí)，可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)QH的的反反?，F(xiàn)象，使熱油管道進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。?，F(xiàn)象，使熱油管道進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。維維持持TR一一定定運(yùn)運(yùn)行行的的熱熱油油管管道道的的工工作作特特性性按流量可以分為三個(gè)區(qū)，如圖所示。按流量可以分為三個(gè)區(qū)，如圖所示。HQIIIITZQT 0區(qū)區(qū)小流量區(qū)小流量區(qū)在在這這個(gè)個(gè)區(qū)區(qū)，流流量量很很小小，溫溫降降很很快快。在在很很長(zhǎng)長(zhǎng)一一段段距距離離內(nèi)內(nèi)，油油溫溫接接近近環(huán)環(huán)境境溫溫度度T0，TTZT0。隨隨Q增增大大,TZ變變化化不不大大，粘粘度度變變化化很很小小，H=f(Q),但但該該區(qū)區(qū)粘粘度度較較大大，因因而而隨隨著著Q的的增增大大,摩摩阻阻H急急劇劇增增大大。在在這這一一區(qū)區(qū)工工作作很很不不經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)，所以熱油管路不可能在該區(qū)工作。所以熱油管路不可能在該區(qū)工作。HQIIIITZQT 0區(qū)區(qū)中等流量區(qū)中等流量區(qū) 一一 方方 面面 QVH，另另 一一 方方 面面，QTZ,Tm(顯顯著著增增大大)，且且在在該該溫溫度度區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)粘粘度度隨隨溫溫度度的的變變化化較較劇劇烈烈，Tm的的顯顯著著上上升升將將引引起起粘粘度度的的顯顯著著下下降降，使使摩摩阻阻H。故故可可能能出出現(xiàn)現(xiàn)隨隨著著流流量量的的增增大大，摩摩阻阻反反而而下下降降的的現(xiàn)現(xiàn)象象。區(qū)區(qū)稱稱為為不不穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)，當(dāng)當(dāng)熱熱油油管管道道在在該該區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)運(yùn)運(yùn)行行時(shí)時(shí)，常?？煽赡苣苡捎捎谟谀衬承┬┩馔饨缃缫蛞蛩厮氐牡挠坝绊戫?，而而使使工工作作點(diǎn)點(diǎn)發(fā)發(fā)生生變變化化，進(jìn)進(jìn)入入?yún)^(qū)區(qū)。熱熱油油管管道道在在該該區(qū)區(qū)運(yùn)運(yùn)行行既既不不經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)又不安全。又不安全。區(qū)區(qū)大流量區(qū)大流量區(qū) 一一方方面面隨隨著著Q的的增增大大，流流速速增增大大而而使使摩摩阻阻增增大大；另另一一方方面面，隨隨著著Q的的增增大大TZ升升高高，但但變變化化不不大大，粘粘度度下下降降不不多多。粘粘度度的的下下降降引引起起的的摩摩阻阻下下降降小小于于Q的的上上升升引引起起的的摩摩阻阻升升高高。結(jié)結(jié)果果表表現(xiàn)現(xiàn)為為QH，該該區(qū)區(qū)是是熱熱油油管管道道的的正正常常工工作作區(qū)區(qū)。熱熱油油管管道道應(yīng)應(yīng)在在區(qū)區(qū)運(yùn)運(yùn)行行，避避免免進(jìn)進(jìn)入入、區(qū)。區(qū)。HQIIIITZQT 0下下圖圖是是一一條條管管內(nèi)內(nèi)徑徑259mm，長(zhǎng)長(zhǎng)20.5km，輸輸送送重重油油的的熱熱油油管管道道，在在TR=50，T0=0時(shí)時(shí)的特性曲線，流態(tài)為層流。的特性曲線，流態(tài)為層流。由由圖圖知知，當(dāng)當(dāng)粘粘溫溫指指數(shù)數(shù)u減減小小時(shí)時(shí)，不不穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)縮縮小小，當(dāng)當(dāng)u20時(shí)時(shí)，曲曲線線才才會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)極極值值點(diǎn)點(diǎn)。若若取取u=0.1(一一般般油油品品的的u值值都都小小于于0.1)，則則只只有有當(dāng)當(dāng)TR-T0200時(shí)時(shí)才才會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)不不穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)，這這在在實(shí)實(shí)際際中中幾幾乎乎是是碰碰不不到到的的。所所以以說說在在紊紊流流情情況下，不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。況下，不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。在在層層流流情情況況下下，m=1，出出現(xiàn)現(xiàn)極極值值點(diǎn)點(diǎn)或或不不穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)的的條條件件是是u(TR-T0)3，若若取取u=0.05，則則TR-T060時(shí)時(shí)就就會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)不不穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)。若若取取u=0.1，則則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)?？梢杂龅降?。時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實(shí)際中是經(jīng)?？梢杂龅降摹?、紊流情況下，當(dāng)紊流情況下，當(dāng)m=0.25時(shí)，時(shí)，u(TR-T0)202、層流情況下，當(dāng)、層流情況下，當(dāng)m=1.0時(shí)，時(shí)，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)的條件輸輸送送重重油油的的管管道道，u值值較較大大，TR較較高高，且且一一般般在在層層流流區(qū)區(qū)運(yùn)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)。一一旦旦發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)管管線線進(jìn)進(jìn)入入不不穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)，要要盡盡量量使使其其回回到到穩(wěn)穩(wěn)定定區(qū)區(qū)(大大流量區(qū)流量區(qū))，可采取的措施有：，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。、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）。3、在在上上述述兩兩種種措措施施都都不不行行的的情情況況下下，輸輸入入輕輕質(zhì)質(zhì)油油品品(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，也未考慮影響，也未考慮含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)22左右時(shí)已具左右時(shí)已具有非牛頓流體性質(zhì)有非牛頓流體性質(zhì)的影響，的影響，在熱油管道的實(shí)際運(yùn)行中，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，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。管道的停流、初凝事故。另外，管道進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)后，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。以避免凝管事故的發(fā)生。2、影響熱油管道溫降的因素、影響熱油管道溫降的因素土土壤壤溫溫度度場(chǎng)場(chǎng)、土土壤壤濕濕度度、大大氣氣溫溫度度以以及及管管道道運(yùn)運(yùn)行行參參數(shù)數(shù)(如如流流量、油溫等量、油溫等)的變化，均會(huì)影響熱油管道的散熱情況。的變化，均會(huì)影響熱油管道的散熱情況。土土壤壤的的自自然然溫溫度度場(chǎng)場(chǎng)隨隨氣氣溫溫的的變變化化以以年年為為周周期期作作周周期期性性變變化化，冬冬季季地地溫溫低低，管管道道散散熱熱量量大大，溫溫降降快快，夏夏季季地地溫溫高高，管管道道散散熱熱量量小小，溫溫降降慢慢。一一年年四四季季不不同同深深度度處處土土壤壤的的自自然然地地溫溫可可用用下式計(jì)算：下式計(jì)算：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(jì)算的時(shí)間，從日平均氣溫最高日開始計(jì)算的時(shí)間，s；0：大氣溫度年波動(dòng)周期，：大氣溫度年波動(dòng)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，則則得到大氣溫度隨得到大氣溫度隨時(shí)間時(shí)間的的變變化化規(guī)規(guī)律：律：濮陽地區(qū)日平均氣溫實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果比較濮陽地區(qū)日平均氣溫實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果比較 計(jì)算值計(jì)算值實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值濮陽地區(qū)濮陽地區(qū)120cm處地溫實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果比較處地溫實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果比較計(jì)算值計(jì)算值實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值當(dāng)當(dāng)提提高高加加熱熱站站出出口口油油溫溫后后，管管道道散散熱熱量量增增大大，在在建建立立新新的的溫溫度度場(chǎng)場(chǎng)過過程程中中，各各點(diǎn)點(diǎn)的的土土壤壤溫溫度度都都要要相相應(yīng)應(yīng)升升高高，即即需需要要在在土土壤壤中中蓄蓄入入一一定定的的熱熱量量。故故管管道道在在新新的的溫溫差差情情況況下下所所散散出出的的熱熱量量，除除了了原原來來的的散散熱熱損損失失外外，還還要要用用于于周周圍圍土土壤壤的的蓄蓄熱熱，即即其其熱熱損失增大損失增大。同同樣樣，加加熱熱站站的的出出站站溫溫度度下下降降時(shí)時(shí)，由由于于在在重重建建溫溫度度場(chǎng)場(chǎng)的的過過程程中中，管管周周圍圍的的土土壤壤放放出出一一部部分分蓄蓄積積的的熱熱量量，將將使使管管道道的的熱熱損損失減少，在失減少，在一段時(shí)間一段時(shí)間內(nèi)，表現(xiàn)為內(nèi)，表現(xiàn)為K值的下降值的下降。若若正正直直雨雨季季或或地地下下水水位位較較高高時(shí)時(shí)，土土壤壤濕濕度度變變大大，使使土土壤壤導(dǎo)導(dǎo)熱熱系數(shù)增大，加之水份的熱遷移作用，使系數(shù)增大，加之水份的熱遷移作用，使K值增大值增大。土壤對(duì)熱油管道溫降的具體影響土壤對(duì)熱油管道溫降的具體影響3、熱油管道經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案、熱油管道經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案 運(yùn)運(yùn)行行方方案案的的經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)性性一一般般可可用用能能耗耗費(fèi)費(fèi)用用S來來衡衡量量。對(duì)對(duì)于于熱熱油油管管道，能耗費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)用道，能耗費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)用Sp和燃料費(fèi)用和燃料費(fèi)用SR:式中：式中：ey燃料油價(jià)格燃料油價(jià)格,元元/噸噸ed電力價(jià)格電力價(jià)格,元元/kWhBH燃料油熱值燃料油熱值,kJ/kgCy所輸油品比熱，所輸油品比熱，kJ/kg.R爐效爐效pe泵機(jī)組效率泵機(jī)組效率H加熱站間管路所需壓頭，加熱站間管路所需壓頭，mLR熱站間距熱站間距,km對(duì)對(duì)于于一一條條已已定定管管線線，當(dāng)當(dāng)輸輸量量Q一一定定時(shí)時(shí)，TR上上升升熱熱損損失失上上升升，燃燃料料費(fèi)費(fèi)用用SR上上升升。但但由由于于站站間間平平均均溫溫度度升升高高，摩摩阻阻減減少少，動(dòng)動(dòng)力力費(fèi)費(fèi)用用SP下下降降。SR和和SP隨隨TR的的變變化化關(guān)關(guān)系系如如圖圖所所示示?？偪偰苣芎暮馁M(fèi)費(fèi)用用存存在在一一個(gè)個(gè)最最低低點(diǎn)點(diǎn)Smin，與與Smin對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的出出站站油油溫溫即即為為該該輸輸量量下下的的經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)加加熱熱溫溫度度T*Rj，此此時(shí)時(shí)管管路路所所需需的的壓壓頭頭為為H*Rj，與與H*Rj最最接近的開泵方案即為最優(yōu)開泵方案。接近的開泵方案即為最優(yōu)開泵方案。SSSRSPT*RjTR 熱熱油油管管道道的的優(yōu)優(yōu)化化運(yùn)運(yùn)行行模模型型中中，除除了了等等溫溫管管道道的的約約束束條條件件外外，還還增增加加了了熱熱力力約約束束，如如輸輸油油溫溫度度、加加熱熱爐爐負(fù)負(fù)荷荷、加熱爐運(yùn)行組合（開爐臺(tái)數(shù)、熱力越站）等。加熱爐運(yùn)行組合（開爐臺(tái)數(shù)、熱力越站）等。熱油管道的優(yōu)化運(yùn)行模型的其他因素?zé)嵊凸艿赖膬?yōu)化運(yùn)行模型的其他因素