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文檔簡介

1、含蠟原油長輸管道平均溫度研究study on average temperature in long distance waxy oil pipeline摘要:含蠟原油長輸管道工藝計算因考慮物性參數(shù)與油溫的關(guān)系而變得復(fù)雜。從輸送距離、壓降和油溫這三者之間的關(guān)系式出發(fā),引出了具有物理意義的三個平均溫度。當(dāng)以析蠟點溫度和反常點溫度作為分界點進(jìn)行工藝計算時,三個平均溫度具有高度的一致性,并在不同溫度區(qū)間呈現(xiàn)出非常好的線性關(guān)系。本文給出的綜合平均輸油溫度計算式和相應(yīng)計算方法使含蠟原油長輸管道的工藝計算快捷而準(zhǔn)確。該方法可以應(yīng)用于較大的溫度區(qū)間,同時適用于層流和紊流。關(guān)鍵詞:長輸管道;含蠟原油;平均溫度

2、;水力計算;熱力計算含蠟原油熱輸管道的沿線溫度按近似于對數(shù)曲線規(guī)律變化1,而與油流溫度相關(guān)的物性參數(shù),如密度、粘度(或表觀粘度)、比熱容等均按自身規(guī)律隨油溫變化,管道工藝計算過程中充分考慮原油物性隨溫度的變化規(guī)律,對于保證計算的精確性是十分必要的。但為了計算的簡便,文獻(xiàn)和規(guī)范中引入了可用于任一溫度區(qū)間的輸油平均溫度及其算法12,導(dǎo)致不同計算公式的結(jié)果之間產(chǎn)生矛盾,而且計算結(jié)果精度較差45。本文給出幾種有實際意義的平均溫度計算方法,并通過計算實踐給出了與理論平均溫度有良好近似的輸油平均溫度計算公式,提高了計算的快捷性,同時能有效減小不同計算方法所得結(jié)果之間的差異。1 長輸管道沿程溫度與壓降計算長

3、輸熱油管道的工藝計算主要包括兩個方面:沿線油溫分布和沿線壓降分布。1.1 管線沿程溫度分布對dl的管道微元運用能量方程式,對于穩(wěn)定工況,有 (1)式中: k,管道總傳熱系數(shù),w/(m2);t0,管道中心埋深處的自然地溫,;dp,微元管道上的壓降,pa;dl,微元管道長度,m;g,重力加速度,m/s2。 (2)方程式(1)經(jīng)過積分得到出站管道長度與對應(yīng)油溫的關(guān)系: (3)式中:tl,距離出站口l處的油溫,;tr,管道的出站溫度,。1.2 管道沿線壓降的計算距離出站口l處消耗的壓降為 (4)將式(3)的右端表示成數(shù)值積分,從出站溫度tr開始,以微元溫度逐步下降,計算對應(yīng)溫度下所需的物性參數(shù)1,2和

4、摩阻系數(shù)3,由式(3)就可計算出出站距離與管中油溫的關(guān)系。進(jìn)而利用式(4)求出出站距離與摩阻的關(guān)系,求解時式(4)的右端同樣用數(shù)值積分表示,利用已經(jīng)求出的與出站距離相對應(yīng)的油溫、油品物性和摩阻系數(shù),就可求出與出站距離相對應(yīng)的壓降。1.3管線壓降與油溫的關(guān)系根據(jù)式(1),令,并結(jié)合,則可得到熱油管道沿線溫降與壓降之間的關(guān)系式: (5)2 熱油管道平均溫度2.1 熱油管道平均溫度的定義根據(jù)不同的解析關(guān)系式可以定義不同的平均溫度,此時關(guān)系式中所有的物性參數(shù)和摩阻系數(shù)都必須與該平均溫度相對應(yīng)。使式(3)得到滿足的平均溫度定義為tm1,則式(3)中除了t外其余參數(shù)都作為常數(shù),此時式(3)變?yōu)?(6)式中

5、,其中是tml作為特性溫度計算得到的平均摩阻系數(shù)。與式(4)相對應(yīng)平均溫度定義為tm2,此時式(4)變?yōu)?(7)式中,是tm2作為特性溫度計算得到的平均摩阻系數(shù)。同理,與式(5)相對應(yīng)平均溫度定義為tm3,此時式(5)變?yōu)?(8)式中,其中是tm3作為特性溫度計算得到的平均摩阻系數(shù)。2.2 熱油管道平均溫度的計算以tml的計算為例。在已知管徑、埋深處地溫、輸量、油品物性隨溫度的變化規(guī)律以及出站油溫的情況下,由式(3)用數(shù)值積分的方法求出對應(yīng)出站距離l處的油溫tl,對式(6)運用二分法求解,tml以及對應(yīng)的cml、m1、m1使式(6)得到滿足。類似計算方法可求出平均溫度tm2和tm3。為了工藝計

6、算的簡便性,文獻(xiàn)1,2定義輸油平均溫度為 (9)本文從大量的計算實踐中得知,以析蠟點溫度和反常點溫度作為分界點進(jìn)行分段計算時,三個平均溫度tm1、tm2和tm3相差甚微,定義一個綜合平均輸油溫度tmm=(tm1+tm2+tm3)/3,它與tr和tl之間存在良好的線性關(guān)系: (10)3 算例 某管道長l=259.09km,設(shè)有三個熱泵站。管道內(nèi)徑 d=0.704m,埋深處自然地溫t0=5.0,全線總傳熱系數(shù)為k1.8 w/(m2)。一段時間內(nèi)管道熱力越站運行,此時的質(zhì)量流量g=595.24kg/s,首站出站油溫tr=50.0,所輸原油物性見表1。表1原油物性系數(shù)0kgm-3kgm-3-1tslt

7、cmaxajkg-1-1n1-1bjkg-1-1m-1tfantsl1912.00.6241.8629.83484.00.34651925.50.0116436.243.0m1m2s-1n1m2s-1-1m2m2s-1n2m2s-1-1akpasnnk-1an1an2-1an3-28.10240.077436.81930.047615634.3-0.29022-0.264740.034795-2.57125由于各參數(shù)隨著沿線油溫的不同而變化,文中定義的各個平均溫度也是隨著輸送距離的不同而不同,本算例條件下平均溫度與tl的關(guān)系見圖3。圖3 tr=50.0至不同tl區(qū)間內(nèi)的平均油溫由圖3可以看出,

8、有實際意義的各個平均溫度與沿程油溫呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系。在沿程油溫高于析蠟點的溫度區(qū)間內(nèi),三個平均溫度近似相等,并呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系。當(dāng)計算處油溫低于析蠟點溫度后,三個平均溫度表現(xiàn)出明顯不同的規(guī)律。若本算例的計算過程以析蠟點和反常點作為分界點,分成三個溫度區(qū)間分別進(jìn)行計算,結(jié)果見圖4。從圖中可以看出三個平均溫度在每個溫度區(qū)間都表現(xiàn)出良好的一致性,并呈現(xiàn)出近似相同的線性關(guān)系,可用tmm=0.45tr+0.55tl表示。為驗證這一計算方法的正確性,將上述算例中的質(zhì)量流量改變?yōu)?78.57kg/s,此輸量是本管道的最低允許輸量,計算結(jié)果見圖5??梢钥闯?,本文給出的計算方法和平均溫度線性關(guān)系式表現(xiàn)

9、出很好的適用性。從圖4和圖5兩個不同流量的計算結(jié)果可以看出,用文獻(xiàn)1,2方法計算的輸油平均溫度明顯偏低。 圖4 溫度分區(qū)間計算時的平均溫度 圖5 最小輸量時管道的平均溫度4 結(jié)束語(1)含蠟原油的物性參數(shù)均隨油溫變化,長輸管道的工藝計算應(yīng)充分考慮這些相關(guān)變化規(guī)律。若不引入輸油平均溫度,則必須用數(shù)值方法才能準(zhǔn)確地進(jìn)行工藝計算。(2)從輸送距離、壓降和油溫這三者之間符合關(guān)系式出發(fā),定義了具有物理意義的三個平均溫度,給出了新的平均溫度的計算式。當(dāng)以析蠟點溫度和反常點溫度作為分界點進(jìn)行工藝計算時,這三個平均溫度具有高度的一致性,并在不同溫度區(qū)間呈現(xiàn)出非常好的線性關(guān)系。(3)運用新的平均輸油溫度計算式和相應(yīng)計算方法使含蠟原油長輸管道的工藝計算快捷而準(zhǔn)確。該方法可以應(yīng)用于較大的溫度區(qū)間,同時適用于層流和紊流。參考文獻(xiàn)1 楊筱衡,張國忠. 輸油管道設(shè)計與管理m. 東營: 石油大學(xué)出版社, 19962 輸油管道工程設(shè)計規(guī)范gb502532003m. 北京: 中國計劃

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