熱油管道的運(yùn)行管理資料課件

第一節(jié)熱油管道的運(yùn)行特性第二節(jié)熱油管道的投產(chǎn)第四節(jié)熱油管道的停輸再啟動(dòng)熱油管道的運(yùn)行管理第三節(jié)含蠟原油管道的蠟沉積及清管第一節(jié)熱油管道的運(yùn)行特性一、熱油管道的工作特性

1、熱油管道工作特性的特點(diǎn)前面講熱油管道特點(diǎn)時(shí)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。即摩阻損失和散熱損失，這個(gè)特點(diǎn)決定了熱油管道與等溫管道不同的工作特性。

對于等溫管路：

即管路已定(即d、L、ΔZ、T0或υ已定)時(shí)，H是Q的單值函數(shù)，H=f(Q)。當(dāng)d、L、ΔZ、T0、K及所輸油品已定時(shí)，摩阻H不僅是輸量Q的函數(shù)還是粘度υ的函數(shù)，而υ又是溫度的函數(shù)，因此，對于熱油管路，H是Q和T的二元函數(shù)，即：H=f1(Q,T)=f2(Q,TR)=f3(Q,TZ)對于熱油管路：

對于一條確定的熱油管路，d、L、ΔZ、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來調(diào)節(jié)加熱爐的點(diǎn)爐臺(tái)數(shù)、火咀數(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：①維持出站油溫TR一定運(yùn)行；

②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。

①維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性

先來分析一下維持TZ一定時(shí)特性曲線的變化趨勢。Q變化時(shí)，影響摩阻H的因素有兩個(gè)方面：總的趨勢是Q↑H↑，即H=f(Q)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(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HTz2-Q曲線總是在HTz1-Q曲線的下方。QHHTz1HTz2Tz2>Tz1維持TR一定時(shí)的管路特性曲線如圖所示。TR不同時(shí)，沿線油溫分布不同，特性曲線亦不同。TR高則沿線油溫高，摩阻損失小，故HTR1-Q曲線總是在HTR2-Q曲線的上方。QHHTR1HTR2TR2>TR1②維持出站油溫TR一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性

定性分析摩阻隨輸量的變化趨勢如下：兩方面因素引起的摩阻變化趨勢正相反，這與維持TZ一定時(shí)不同。在實(shí)際運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)，一般隨Q↑H↑，但H隨Q的變化要比等溫管和維持TZ一定時(shí)要平緩些。如果在某輸量Q0下，進(jìn)站溫度為TZ0，出站溫度為TR0，保持TZ0

運(yùn)行的管路特性曲線一定位于保持TR0運(yùn)行的管路特性曲線的上方（為什么？），如圖所示。QHO維持TZ一定H0Q0維持TR一定3、熱油管路工作特性的不穩(wěn)定區(qū)前面講過，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)，Q↑H↑的趨勢是主要的，但當(dāng)Q較小、輸送的油品粘度較大時(shí)，可能出現(xiàn)Q↑H↓的反常現(xiàn)象，Q↑H↓的區(qū)域就是熱油管道的不穩(wěn)定工作區(qū)。①理論分析

根據(jù)熱油管路摩阻計(jì)算公式：

當(dāng)d、LR、T0、K一定時(shí)，式中的hT0/AR

只是流量的函數(shù)，且hT0/AR∝Q3-m，hT0/AR隨流量Q的增大而增大。

現(xiàn)在來看一下大括號(hào)中各項(xiàng)的值，TR一定，Ei[-mu(TR-T0)]不隨Q而變；Q↑TZ↑，mu(TZ-T0)↑，Ei[-mu(TZ-T0)]↓，故大括號(hào)中的值隨Q上升而下降，與hT0/AR的變化趨勢相反。因此函數(shù)hR=f(Q)可能有極值點(diǎn)。另外，當(dāng)Q＝0時(shí)，hR=0，而當(dāng)Q很大時(shí)，hR→hTR，即hR將隨Q的增大由0增大到極大值，然后又隨Q的增大而減小。但hTR∝Q2-m，故hR減少到一定值后又必然隨Q的增大而增大，即存在一個(gè)極小點(diǎn)，也就是說hR=f(Q)曲線可能存在兩個(gè)極值點(diǎn)。②熱油管道的不同流量區(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。HQIⅡIIITZQT

0Ⅰ區(qū)—小流量區(qū)在這個(gè)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T0，T≈TZ≈T0。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)，所以熱油管路不能在該區(qū)工作。HQIⅡIIITZQT

0Ⅱ區(qū)—中等流量區(qū)

一方面Q↑V↑H↑，另一方面，Q↑TZ↑↑,Tpj↑↑(顯著增大)，如果油品在該溫度區(qū)內(nèi)的粘度隨溫度的變化較劇烈，Tpj的顯著上升將引起粘度υ的顯著下降υ↓↓，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。Ⅱ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)，?？赡苡捎谀承┩饨缫蛩氐挠绊?，而使工作點(diǎn)發(fā)生變化，進(jìn)入Ⅰ區(qū)。熱油管道在該區(qū)運(yùn)行既不經(jīng)濟(jì)又不安全。

Ⅲ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Q↑H↑，該區(qū)是熱油管道的正常工作區(qū)。熱油管道應(yīng)在Ⅲ區(qū)運(yùn)行，避免進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ區(qū)。

HQIⅡIIITZQT

0右圖是一條管內(nèi)徑259mm，長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。圖中給出了不同粘溫指數(shù)下的特性曲線。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)u<0.06時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)消失，曲線無極值點(diǎn)。4、臨界輸量

Ⅱ、Ⅲ兩區(qū)的分界流量叫做“臨界流量”，這也是熱油管道正常運(yùn)行的一個(gè)“允許最小輸量”。我們前面講溫降公式時(shí)已經(jīng)知道熱油管道有一個(gè)允許最小輸量，為了便于區(qū)別，我們把用溫降公式得到的最小輸量稱為“熱力條件允許的最小輸量”，而把這里提到的臨界輸量稱為“管路特性允許的最小輸量”。顯然，某一條熱油管道的允許最小輸量是它們兩個(gè)中的較大值。5、影響臨界輸量的因素

（1）粘溫特性當(dāng)

時(shí)，摩阻與流量曲線就沒有極點(diǎn)，

即對于粘度隨溫度變化較緩的油品，較不易進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。

（2）流態(tài)由公式可知，在m=0.25的紊流區(qū)，只有當(dāng)

摩阻與流量曲線才出現(xiàn)極點(diǎn)。在層流時(shí)出現(xiàn)極點(diǎn)的條件是（3）地溫（5）熱站間距（6）出站油溫（4）總傳熱系數(shù)預(yù)防熱油管道運(yùn)行進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)工作，首先要對具體的管道的條件，進(jìn)行其特性的分析，確定管道的允許最小輸量，并在運(yùn)行中要檢測和及時(shí)分析管道流量與壓力的變化趨勢，以便了解管道所處的狀態(tài)。6、熱油管道運(yùn)行進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)的預(yù)防及處置

按照運(yùn)行管理技術(shù)規(guī)范，熱油管道在正常穩(wěn)定運(yùn)行情況下，一般不應(yīng)該出現(xiàn)不穩(wěn)定工作區(qū)。但低輸量運(yùn)行的熱油管道在某些非正常情況下可能進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。比如出現(xiàn)非正常情況，要求提高出站溫度來保持全線的平均油溫不降低，由于溫度提升的滯后性，處理不當(dāng)就有可能將管道帶入不穩(wěn)定工作區(qū)。1、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。

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。一旦發(fā)現(xiàn)管線進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(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：

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，也未考慮含蠟原油在油溫高于凝點(diǎn)5℃左右時(shí)已具有非牛頓流體性質(zhì)，在熱含蠟油管道的實(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，使管道更容易進(jìn)入出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)工作，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)工作后，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。

二、影響熱油管道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，均會(huì)影響熱油管道的散熱情況。(一）土壤自然溫度場的變化管道埋深處土壤溫度是影響熱油管道的散熱的主要因素。由于土壤與大氣間的熱交換，土壤自然溫度場不斷隨時(shí)間變化，而且不同深度，土壤的溫度也不同。一般晝夜氣溫變化對土壤的影響范圍小于0.5m。更深處的土壤溫度只受旬和月氣溫的變化。根據(jù)傳熱學(xué)知識(shí)，土壤溫度隨深度及時(shí)間變化可按地表溫度推算：式中——地表面年平均溫度，℃；——一年中的最高地表面溫度，℃；τ——從地表面最高開始計(jì)算的時(shí)間，h；τ0——地表溫度的波動(dòng)周期，τ0

=365.25天=8766h；

y——從地表垂直向下的深度，m；——土壤的導(dǎo)溫系數(shù)m2/h。當(dāng)缺乏的表面溫度資料時(shí)，根據(jù)氣溫推算土壤溫度隨深度和時(shí)間的變化：式中τ——從日平均氣溫最高日開始計(jì)算的時(shí)間，h；

其余符號(hào)意義同前?！昶骄鶜鉁兀?；——一年中的日平均最高氣溫，℃；——土壤與大氣的換熱系數(shù)，W/(m2.℃)；

式中

實(shí)際上是地表面溫度波幅相對于大氣溫度波幅

的減小系數(shù)，而

是地表面溫度變化比大氣溫度變化落

后的相位角。若取y=0，，則得到大氣溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律：濮陽地區(qū)日平均氣溫實(shí)測與計(jì)算結(jié)果比較計(jì)算值實(shí)測值濮陽地區(qū)20cm處實(shí)測地溫與計(jì)算結(jié)果比較計(jì)算值實(shí)測值濮陽地區(qū)120cm處實(shí)測地溫與計(jì)算結(jié)果比較計(jì)算值實(shí)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，即其熱損失增大，在一段時(shí)間內(nèi)，表現(xiàn)為K值的增大。同樣，加熱站的出站溫度下降時(shí)，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，將使管道的熱損失減少，在一段時(shí)間內(nèi)，表現(xiàn)為K值的下降。若正直雨季或地下水位較高時(shí)，土壤濕度變大，使土壤導(dǎo)熱系數(shù)增大，加之水份的熱遷移作用，使K值增大。(二）季節(jié)和運(yùn)行參數(shù)的變化對總傳熱系數(shù)的影響需要特別指出的是傳熱系數(shù)反應(yīng)的是傳熱的熱阻，如果熱阻不變，傳熱系數(shù)也不會(huì)變，與傳熱的穩(wěn)態(tài)與不穩(wěn)態(tài)無關(guān)，前面討論季節(jié)和運(yùn)行參數(shù)對傳熱系數(shù)的影響是基于用穩(wěn)態(tài)傳熱的方法用于不穩(wěn)態(tài)傳熱，傳熱系數(shù)是用穩(wěn)態(tài)軸向溫降公式反算出來的，傳熱系數(shù)變化不一定表示傳熱熱阻的變化，在沒有很好方法出現(xiàn)以前，只能用這樣的傳熱系數(shù)來說明不穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的管道散熱和土壤蓄熱量情況的變化。三、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來衡量。對于熱油管道，能耗費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)用Sp

和燃料費(fèi)用SR:（一）熱油管道優(yōu)化運(yùn)行式中ey－燃料油價(jià)格,元/噸；ed－電力價(jià)格,元/（kW.h)；BH－燃料油熱值,kJ/kg；cy－所輸油品比熱，kJ/(kg℃)；ηR－爐效；ηpe－泵機(jī)組效率，ηpe=ηpηe；

H－加熱站間管路所需壓頭，m；LR－熱站間距,km。對于一條已定管線，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