輸油管道設(shè)計(jì)與管理31

1、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)和原油價(jià)格的上漲，易凝和隨這世界能源需求的增長(zhǎng)和原油價(jià)格的上漲，易凝和高粘原油的產(chǎn)量不斷增加。目前我國(guó)所產(chǎn)原油大多為高粘原油的產(chǎn)量不斷增加。目前我國(guó)所產(chǎn)原油大多為這兩種原油。這兩種原油。生產(chǎn)含蠟原油生產(chǎn)含蠟原油(waxy crude)的油田主要有：大慶油田、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、遼河油田的沈陽(yáng)采油廠等。田、克拉瑪依油田、遼河油田的沈陽(yáng)采油廠等。生產(chǎn)稠油生產(chǎn)稠油(thick oil, heavey oil)

2、的油田有：遼河油田、勝的油田有：遼河油田、勝利油田、塔里木油田、塔河油田、克拉瑪依油田等。利油田、塔里木油田、塔河油田、克拉瑪依油田等。含蠟原油的特點(diǎn)是含蠟量高、凝固點(diǎn)高、低溫下粘度高、含蠟原油的特點(diǎn)是含蠟量高、凝固點(diǎn)高、低溫下粘度高、高溫下粘度低高溫下粘度低。如大慶原油，凝固點(diǎn)為。如大慶原油，凝固點(diǎn)為2832，50運(yùn)運(yùn)動(dòng)粘度約為動(dòng)粘度約為202510-6m2/s，勝利含蠟原油的凝固點(diǎn)為勝利含蠟原油的凝固點(diǎn)為2332，50運(yùn)動(dòng)粘度約為運(yùn)動(dòng)粘度約為809010-6m2/s。稠油的特點(diǎn)是凝固點(diǎn)低，通常低于稠油的特點(diǎn)是凝固點(diǎn)低，通常低于0，但粘度很大，但粘度很大，如，如孤島原油凝固點(diǎn)為孤島原油凝固點(diǎn)

3、為-2.34.9，50運(yùn)動(dòng)粘度約為運(yùn)動(dòng)粘度約為200010-6m2/s。除此之外，還有粘度超過(guò)除此之外，還有粘度超過(guò)2000010-6m2/s，甚至于高達(dá)，甚至于高達(dá)100000010-6m2/s的超稠油。的超稠油。n在管道輸送中通常用凝固點(diǎn)或傾點(diǎn)作為衡量油品流動(dòng)性的指標(biāo)。在管道輸送中通常用凝固點(diǎn)或傾點(diǎn)作為衡量油品流動(dòng)性的指標(biāo)。n傾點(diǎn)傾點(diǎn)( (Pour point)Pour point)是指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣是指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣能夠流動(dòng)的最低溫度；凝點(diǎn)能夠流動(dòng)的最低溫度；凝點(diǎn)( (Freezing point)Freezing point)：指油品在規(guī)定的

4、指油品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣油面不再移動(dòng)時(shí)的最高溫度，都以試驗(yàn)條件下，被冷卻的試樣油面不再移動(dòng)時(shí)的最高溫度，都以表示。由于測(cè)量方法的不同，同一油品的凝點(diǎn)和傾點(diǎn)并不完全相表示。由于測(cè)量方法的不同，同一油品的凝點(diǎn)和傾點(diǎn)并不完全相等，一般傾點(diǎn)都高于凝點(diǎn)等，一般傾點(diǎn)都高于凝點(diǎn)2 233，但也有例外。，但也有例外。 n我國(guó)常用常用凝點(diǎn)，國(guó)際上一般用傾點(diǎn)。隨著國(guó)際交往的日益密我國(guó)常用常用凝點(diǎn)，國(guó)際上一般用傾點(diǎn)。隨著國(guó)際交往的日益密切，我國(guó)也開(kāi)始采用傾點(diǎn)來(lái)衡量油品的低溫流動(dòng)性。切，我國(guó)也開(kāi)始采用傾點(diǎn)來(lái)衡量油品的低溫流動(dòng)性。 原油的高含蠟、高凝固點(diǎn)和高粘度給儲(chǔ)運(yùn)工作帶來(lái)以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：原油的高含

5、蠟、高凝固點(diǎn)和高粘度給儲(chǔ)運(yùn)工作帶來(lái)以下幾個(gè)方面的問(wèn)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、在環(huán)境溫度下，含蠟原油即使能夠流動(dòng)，其表觀粘度、在環(huán)境溫度下，含蠟原油即使能夠流動(dòng)，其表觀粘度(Apparent Viscosity)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，實(shí)際上已經(jīng)失去流動(dòng)性。因此無(wú)論是高含蠟原油還是稠油，常很大，實(shí)際上已經(jīng)失去流動(dòng)性。因此無(wú)論是高含蠟原油還是稠油，

6、常溫輸送時(shí)摩阻損失都很大，很不經(jīng)濟(jì)。溫輸送時(shí)摩阻損失都很大，很不經(jīng)濟(jì)。 3、易凝高粘原油給儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理也帶來(lái)了某些特殊問(wèn)題，主要有：、易凝高粘原油給儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理也帶來(lái)了某些特殊問(wèn)題，主要有： 儲(chǔ)罐和管道系統(tǒng)的結(jié)蠟問(wèn)題儲(chǔ)罐和管道系統(tǒng)的結(jié)蠟問(wèn)題 ；管道停輸后的再啟動(dòng)問(wèn)題。管道停輸后的再啟動(dòng)問(wèn)題。 對(duì)于易凝高粘原油，不能直接采用前面講的等溫輸送對(duì)于易凝高粘原油，不能直接采用前面講的等溫輸送方法，必須在輸入管道前采用降凝降粘措施。加熱輸方法，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，提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

7、粘度，減少摩阻損失，借消耗熱高油品溫度以降低其粘度，減少摩阻損失，借消耗熱能來(lái)節(jié)約動(dòng)能。這一章我們將來(lái)討論熱油輸送管道的能來(lái)節(jié)約動(dòng)能。這一章我們將來(lái)討論熱油輸送管道的工藝計(jì)算問(wèn)題。工藝計(jì)算問(wèn)題。 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、泵站本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第四節(jié)第四節(jié) 熱泵站設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題熱泵站設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題 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(guò)程中沿線油溫高所謂熱油輸送管道是指那些在輸送過(guò)程中沿線油溫高于地

8、溫的輸油管道。對(duì)于含蠟原油管道，一般來(lái)說(shuō)，于地溫的輸油管道。對(duì)于含蠟原油管道，一般來(lái)說(shuō)，其沿線的油溫不僅高于地溫而且還高于原油的凝點(diǎn)。其沿線的油溫不僅高于地溫而且還高于原油的凝點(diǎn)。 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)算在熱油沿管道向前流動(dòng)過(guò)程中，由于油溫高于管道周圍的在熱油沿管道向前流動(dòng)過(guò)程中，由于油溫高于管道周圍的環(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(guò)程中不斷地降溫，斷地向管外散失，因而使油流在前進(jìn)過(guò)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(guò)引起軸向溫降。軸向

9、溫降的存在，使油流的粘度在前進(jìn)過(guò)程中不斷升高，單位管長(zhǎng)的摩阻逐漸增大，當(dāng)油溫降至凝程中不斷升高，單位管長(zhǎng)的摩阻逐漸增大，當(dāng)油溫降至凝點(diǎn)附近時(shí)，單位管長(zhǎng)的摩阻將急劇升高。故在設(shè)計(jì)管道時(shí)，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)管道時(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)必須考慮：需將油流加熱到多高的溫度才能輸入管道？當(dāng)油溫降到什么溫度時(shí)需要建一個(gè)加熱站？像等溫管那樣，油溫降到什么溫度時(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)充油流的熱損熱油管也設(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。失和壓力損失。 與等溫管相比，熱油管道的特點(diǎn)是：與

10、等溫管相比，熱油管道的特點(diǎn)是： 沿程的能量損失包括熱能損失和壓能損失兩部分。沿程的能量損失包括熱能損失和壓能損失兩部分。 熱能損失和壓能損失互相聯(lián)系，且熱能損失起主導(dǎo)作用。熱能損失和壓能損失互相聯(lián)系，且熱能損失起主導(dǎo)作用。 沿程油溫不同，油流粘度不同，沿程油溫不同，油流粘度不同，沿程水力坡降不是常數(shù)，沿程水力坡降不是常數(shù)，iconst。一個(gè)加熱站間，距加熱站越遠(yuǎn)，油溫越低，粘一個(gè)加熱站間，距加熱站越遠(yuǎn)，油溫越低，粘度越大度越大 ，水力坡降越大。，水力坡降越大。 設(shè)計(jì)熱油管道時(shí)，要先進(jìn)行熱力計(jì)算，然后進(jìn)行水力計(jì)算。設(shè)計(jì)熱油管道時(shí)，要先進(jìn)行熱力計(jì)算，然后進(jìn)行水力計(jì)算。這是因?yàn)槟ψ钃p失的大小取決于油

11、品的粘度，而油品的粘這是因?yàn)槟ψ钃p失的大小取決于油品的粘度，而油品的粘度則取決于輸送溫度的高低。度則取決于輸送溫度的高低。二、熱油管道沿程溫降計(jì)算二、熱油管道沿程溫降計(jì)算 1軸向溫降公式的推導(dǎo)軸向溫降公式的推導(dǎo) 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，即各站的進(jìn)、水力條件穩(wěn)定，即各站的進(jìn)出站溫度不隨時(shí)間而變化，輸量也不隨時(shí)間而變化。出站溫度不隨時(shí)間而變化，輸量也不隨時(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) 設(shè)有一條熱油管道設(shè)有一條熱油管道 ，管道計(jì)算

12、外徑為，管道計(jì)算外徑為 D ，周圍介質(zhì)溫度為周圍介質(zhì)溫度為 T0 , 總傳熱系數(shù)為總傳熱系數(shù)為 K , 輸量為輸量為 G ，油品的比熱為油品的比熱為C ，出站油出站油溫為溫為 TR，加熱站間距為加熱站間距為 LR。在距加熱站為在距加熱站為L(zhǎng)處取一微元段處取一微元段dL，設(shè)此處斷面油溫為設(shè)此處斷面油溫為T，油油流經(jīng)過(guò)流經(jīng)過(guò)dL段的溫度變化為段的溫度變化為dT，故在故在L+dL斷面上油溫為斷面上油溫為T+dT，穩(wěn)定傳熱時(shí)，穩(wěn)定傳熱時(shí)，dL段上的熱平衡方程為：段上的熱平衡方程為： KD (T-T0)dL=GCdTdLGCDKTTdT 0LdLTTR對(duì)上式積分對(duì)上式積分 : LTTdLGCDKTTdT

13、LR00 即即： aLLGCDKTTTTLR 00lnGCDKa 或或： aLRLeTTTT )(00上式稱為軸向溫降基本公式，也就是著名的蘇霍夫公式。上式稱為軸向溫降基本公式，也就是著名的蘇霍夫公式。 根據(jù)加熱站間距根據(jù)加熱站間距LR，可求得下一站的進(jìn)站油溫為：可求得下一站的進(jìn)站油溫為： RaLRZeTTTT 00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在兩個(gè)加熱站之間的管路上，各在兩個(gè)加熱站之間的管路上，各處的溫度梯度不同，加熱站出口處的溫度梯度不同，加熱站出口處，油溫高，油流與周圍介質(zhì)的處，油溫高，油流與

14、周圍介質(zhì)的溫差大，溫降快，曲線陡。溫差大，溫降快，曲線陡。隨油流的前進(jìn)，溫降變慢，曲線變平。因此當(dāng)出站溫度提高隨油流的前進(jìn)，溫降變慢，曲線變平。因此當(dāng)出站溫度提高時(shí)，下一站的進(jìn)站油溫時(shí)，下一站的進(jìn)站油溫TZ不會(huì)按比例提高。如果不會(huì)按比例提高。如果TR提高提高10，進(jìn)站油溫進(jìn)站油溫TZ一般只升高一般只升高23 。因此為了減少熱損失，出站。因此為了減少熱損失，出站油溫不宜過(guò)高。油溫不宜過(guò)高。T0TLdLTRT0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 油流沿管道向前流動(dòng)過(guò)程中油流沿管道向前流動(dòng)過(guò)程中,由于摩擦阻力而使壓力不斷下由于摩擦阻力而使壓力不斷下降。這部分壓力能最終轉(zhuǎn)化為摩擦

15、熱而加熱油流。上面討降。這部分壓力能最終轉(zhuǎn)化為摩擦熱而加熱油流。上面討論的溫降基本公式，未考慮摩擦熱的影響，故只能用于流論的溫降基本公式，未考慮摩擦熱的影響，故只能用于流速低、溫降大、摩擦熱影響較小的情況。速低、溫降大、摩擦熱影響較小的情況。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: dTdLDKGgiTTGCDK 0令令: CagiDKGgibGCDKa ,則上式變?yōu)閯t上式變?yōu)? a(T-T0-b

16、)dL= -dT LTTLRbTTdTadL00即即: aLbTTbTTLR 00ln或或: aLRLebTTbTT 00)(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。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。在上式的推導(dǎo)中，水力坡降在上式的推導(dǎo)中，水力坡降 i 取定值，實(shí)際上熱油管的取定值，實(shí)際上熱油管的 i 沿線是變化的。計(jì)算中可近似取加熱站間管道的平均水沿線是變化的。計(jì)算中可近似取加熱站間管道的平均水力坡降值。力坡降值。 ZRpjiii 21式中：式中：iR、iZ計(jì)算管段起點(diǎn)、終點(diǎn)油溫下的水力坡降計(jì)算管段起點(diǎn)、終點(diǎn)油溫下的水力坡降pjTpjii 或或由

17、軸向溫降公式可知：考慮摩擦升溫后相當(dāng)于地溫升高由軸向溫降公式可知：考慮摩擦升溫后相當(dāng)于地溫升高了了b 。2溫度參數(shù)的確定溫度參數(shù)的確定確定加熱站的進(jìn)、出站溫度時(shí)，需要考慮三方面的因素：確定加熱站的進(jìn)、出站溫度時(shí)，需要考慮三方面的因素：油品的粘溫特性和其它的物理性質(zhì)；油品的粘溫特性和其它的物理性質(zhì)；管道的停輸時(shí)間，熱脹和溫度應(yīng)力等因素；管道的停輸時(shí)間，熱脹和溫度應(yīng)力等因素；經(jīng)濟(jì)比較，取使費(fèi)用現(xiàn)值最低的進(jìn)出站溫度。經(jīng)濟(jì)比較，取使費(fèi)用現(xiàn)值最低的進(jìn)出站溫度。 加熱站出站油溫的選擇加熱站出站油溫的選擇考慮到原油中難免含水，加熱溫度一般不超過(guò)考慮到原油中難免含水，加熱溫度一般不超過(guò)100。如原油加熱后進(jìn)泵

18、，則其加熱溫度不應(yīng)高于初餾點(diǎn)，以如原油加熱后進(jìn)泵，則其加熱溫度不應(yīng)高于初餾點(diǎn)，以免影響泵的吸入。免影響泵的吸入。含蠟原油的溫度在凝點(diǎn)附近時(shí)，粘度含蠟原油的溫度在凝點(diǎn)附近時(shí)，粘度(表觀粘度表觀粘度)溫度曲線很陡，而當(dāng)溫度曲線很陡，而當(dāng)溫度高于凝點(diǎn)溫度高于凝點(diǎn)30-40時(shí)，粘度隨溫度的變化較小，而且含蠟原油管道時(shí)，粘度隨溫度的變化較小，而且含蠟原油管道常在紊流光滑區(qū)運(yùn)行，摩阻與粘度的常在紊流光滑區(qū)運(yùn)行，摩阻與粘度的0.25次方成正比，高溫時(shí)提高溫次方成正比，高溫時(shí)提高溫度對(duì)摩阻的影響較小，而熱損失卻顯著增大，故加熱溫度不宜過(guò)高。度對(duì)摩阻的影響較小，而熱損失卻顯著增大，故加熱溫度不宜過(guò)高。確定出站溫

19、度時(shí)，還必須考慮由于運(yùn)行和安裝溫度的溫差而使管路遭確定出站溫度時(shí)，還必須考慮由于運(yùn)行和安裝溫度的溫差而使管路遭受的溫度應(yīng)力是否在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，以及防腐保溫層的耐熱能力受的溫度應(yīng)力是否在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，以及防腐保溫層的耐熱能力是否適應(yīng)等。是否適應(yīng)等。 綜合上述各方面的因素，在設(shè)計(jì)含蠟原油管道時(shí)，出站溫度不宜超過(guò)綜合上述各方面的因素，在設(shè)計(jì)含蠟原油管道時(shí)，出站溫度不宜超過(guò)60，對(duì)于稠油管道，出站溫度不宜超過(guò)，對(duì)于稠油管道，出站溫度不宜超過(guò)95。 加熱站進(jìn)站油溫的選擇加熱站進(jìn)站油溫的選擇加熱站進(jìn)站油溫首先要考慮油品的性質(zhì)，主要是油品的加熱站進(jìn)站油溫首先要考慮油品的性質(zhì)，主要是油品的凝點(diǎn)，必須滿

20、足管道的停輸溫降和再啟動(dòng)的要求，但主凝點(diǎn)，必須滿足管道的停輸溫降和再啟動(dòng)的要求，但主要取決于經(jīng)濟(jì)比較，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝點(diǎn)。要取決于經(jīng)濟(jì)比較，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)一般取進(jìn)站溫度高于原油凝點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)一般取進(jìn)站溫度高于原油凝點(diǎn)35 。 周圍介質(zhì)溫度周圍介質(zhì)溫度 T0 的確定的確定對(duì)于架空管道，對(duì)于架空管道，T0 就是周圍大氣的溫度。就是周圍大氣的溫度。對(duì)于埋地管道，對(duì)于埋地管道，T0則取管道埋深處的土壤自然溫度。則取管道埋深處的土壤自然溫度。設(shè)計(jì)熱油管道時(shí)設(shè)計(jì)熱油管道時(shí), T0取管道中心埋深處的最低月平均地取管道中心埋深處的最低月平均地溫，運(yùn)行時(shí)按當(dāng)時(shí)的實(shí)際地溫進(jìn)行計(jì)算溫，運(yùn)

21、行時(shí)按當(dāng)時(shí)的實(shí)際地溫進(jìn)行計(jì)算（地溫的測(cè)量（地溫的測(cè)量方法）方法）。3.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)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)，L、D、G、K、C、T已定已定, 按上述原則選定按上述原則選定TR和和 TZ ，則加熱站間距為則加熱站間距為:bTTbTTDKGCLZRR 00ln 全線所需加熱站數(shù)全線所需加熱站數(shù): RRLLn ,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: RRnLL ,然后重新計(jì)算然后重新計(jì)算TR。 運(yùn)行中計(jì)算沿程溫降運(yùn)行中計(jì)算沿程溫降, 特別是計(jì)算為保持要求的進(jìn)站溫特別是計(jì)算為保持要求的進(jìn)站溫度度 TZ 所必須的加

22、熱站出站溫度所必須的加熱站出站溫度 TR 。 校核站間允許的最小輸量校核站間允許的最小輸量Gmin minmaxZZRRTTTT 、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一定時(shí)，對(duì)應(yīng)于一定時(shí)，對(duì)應(yīng)于TRmax、Tzmin的輸量即為該熱力的輸量即為該熱力條件下允許的最小輸量條件下允許的最小輸量:bTTbTTCDLKGZRR 0min0maxminln 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 bTTbTTDLGCKZRR 00ln 由于溫降公式是按照穩(wěn)定工況導(dǎo)出的，因此反算由于溫降公式是按照穩(wěn)定工況導(dǎo)出的，因此反算K值時(shí)，值時(shí)，應(yīng)取水力和熱力參數(shù)比較穩(wěn)定情況下的

23、數(shù)據(jù)。如果輸量應(yīng)取水力和熱力參數(shù)比較穩(wěn)定情況下的數(shù)據(jù)。如果輸量波動(dòng)較大，油溫不穩(wěn)定或有自然現(xiàn)象影響波動(dòng)較大，油溫不穩(wěn)定或有自然現(xiàn)象影響(如冷空氣前后如冷空氣前后,大雨前后等大雨前后等)，管線的傳熱相當(dāng)不穩(wěn)定，按穩(wěn)定傳熱公式，管線的傳熱相當(dāng)不穩(wěn)定，按穩(wěn)定傳熱公式反算出來(lái)的反算出來(lái)的K值誤差較大。當(dāng)然生產(chǎn)管線的參數(shù)波動(dòng)總是值誤差較大。當(dāng)然生產(chǎn)管線的參數(shù)波動(dòng)總是存在的存在的, 只能相對(duì)而言。只能相對(duì)而言。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(guò)通過(guò)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

24、,幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。若若K，如果此時(shí)如果此時(shí)Q，H，則說(shuō)明管壁結(jié)蠟可能比則說(shuō)明管壁結(jié)蠟可能比較嚴(yán)重，應(yīng)采取清蠟措施。較嚴(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。 4、油流過(guò)泵的溫升、油流過(guò)泵的溫升油流經(jīng)過(guò)泵時(shí)，由于流道、葉片摩擦、液體內(nèi)部的沖擊油流經(jīng)過(guò)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。 輸油泵內(nèi)能量損失包括機(jī)械、水力、容積和盤面摩擦等輸油泵內(nèi)能量損失包括機(jī)械、水力、容積和盤面摩擦等項(xiàng)損失，

25、泵效項(xiàng)損失，泵效p就是考慮了上述損失計(jì)算出來(lái)的。除機(jī)就是考慮了上述損失計(jì)算出來(lái)的。除機(jī)械損失所產(chǎn)生的熱量主要由潤(rùn)滑油和冷卻水帶走外，其械損失所產(chǎn)生的熱量主要由潤(rùn)滑油和冷卻水帶走外，其余三部分能量損失大都轉(zhuǎn)化為摩擦熱加熱油流。余三部分能量損失大都轉(zhuǎn)化為摩擦熱加熱油流。 設(shè)泵效為設(shè)泵效為p，則泵的輸入功率為，則泵的輸入功率為GgH/p ，其中轉(zhuǎn)化為壓，其中轉(zhuǎn)化為壓力能的有效功率為力能的有效功率為GgH，設(shè)機(jī)械損失所占比例為，設(shè)機(jī)械損失所占比例為j ,則轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)化為機(jī)械損失的功率為化為機(jī)械損失的功率為: jGgH/p ，轉(zhuǎn)化為摩擦熱的功率，轉(zhuǎn)化為摩擦熱的功率為為: ppjppjpGHgGHgGHgGH

26、gGHg 1111/jp 其中其中1%,32, pj 故故一一般般為為很很小小由由于于 11g HG近近似似為為則則轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為摩摩擦擦熱熱的的功功率率:則油流經(jīng)過(guò)泵的升溫為則油流經(jīng)過(guò)泵的升溫為 1111 CgHGCGHgT對(duì)于揚(yáng)程為對(duì)于揚(yáng)程為600m, p=70%的離心泵，原油經(jīng)泵的溫升的離心泵，原油經(jīng)泵的溫升約為約為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： CgT/H節(jié)節(jié)節(jié)節(jié) 三、熱力計(jì)算所需的主要物性參數(shù)三、熱力計(jì)算所需的主要物性參數(shù)1、比熱容、比熱容我國(guó)含蠟原油的比熱容隨溫

27、度的變化趨勢(shì)均可用下圖所我國(guó)含蠟原油的比熱容隨溫度的變化趨勢(shì)均可用下圖所示的曲線描述，示的曲線描述，區(qū)區(qū) ： 油溫油溫 T 高于析蠟點(diǎn)高于析蠟點(diǎn)TsL，比熱容比熱容CLY 隨溫度升高而緩隨溫度升高而緩慢升高。在這個(gè)區(qū)慢升高。在這個(gè)區(qū), 石蠟還未析出，可用下式表示石蠟還未析出，可用下式表示: TdCLy31541039.3687.11 式中式中 ： d415為為15時(shí)原油的相對(duì)密度時(shí)原油的相對(duì)密度 。可將其分為三個(gè)區(qū)可將其分為三個(gè)區(qū):(kJ/kg )區(qū)區(qū): TcmaxTTsL。Tcmax為比熱容達(dá)到最大值時(shí)的溫度。為比熱容達(dá)到最大值時(shí)的溫度。在該區(qū)，隨油溫的降低，比熱容急劇上升。該區(qū)內(nèi)在該區(qū)，隨

28、油溫的降低，比熱容急劇上升。該區(qū)內(nèi)有大量石蠟析出，比熱容溫度關(guān)系可表示為有大量石蠟析出，比熱容溫度關(guān)系可表示為: nTLyAeC 186. 4其中其中A、n為與原油有關(guān)的常數(shù)。為與原油有關(guān)的常數(shù)。區(qū)區(qū): 0TTcmax。在該區(qū)內(nèi)，隨油溫的降低比熱容減小，在該區(qū)內(nèi)，隨油溫的降低比熱容減小，其關(guān)系可表示為其關(guān)系可表示為: mTLyBeC 186. 4式中式中B、m為與原油有關(guān)的常數(shù)。為與原油有關(guān)的常數(shù)。(kJ/kg )(kJ/kg )2.導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)液態(tài)石油產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度而變化，可按下式計(jì)算液態(tài)石油產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度而變化，可按下式計(jì)算 1543/1054. 01137. 0dTy 式

29、中：式中： y油品在油品在 T 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m；T 油溫，油溫，；d41515時(shí)原油的相對(duì)密度時(shí)原油的相對(duì)密度 。3.粘度粘度粘溫指數(shù)關(guān)系式粘溫指數(shù)關(guān)系式 2121TTue 式中：式中： 1、2溫度溫度 T1、T2 時(shí)油品的運(yùn)動(dòng)粘度時(shí)油品的運(yùn)動(dòng)粘度u 粘溫指數(shù)粘溫指數(shù)該式適用于低粘度的成品油及部分重燃料油，不適用于該式適用于低粘度的成品油及部分重燃料油，不適用于含蠟原油。對(duì)于含蠟原油，采用該公式時(shí)可分段含蠟原油。對(duì)于含蠟原油，采用該公式時(shí)可分段(以析蠟以析蠟點(diǎn)作為分界溫度點(diǎn)作為分界溫度)寫出其粘溫指數(shù)方程。不同的油品有不寫出其粘溫指數(shù)方程。不同的油品有不同的同的 u 值，一

30、般規(guī)律是低粘度的油值，一般規(guī)律是低粘度的油u值小，約在值小，約在0.010.03之間；高粘度的油之間；高粘度的油u值大，約在值大，約在0.060.10之間之間)20(20 TT 20001315. 0825. 1 式中：式中： T、 20為為T和和20時(shí)的密度。時(shí)的密度。 4.油品密度油品密度四、熱油管道的總傳熱系數(shù)四、熱油管道的總傳熱系數(shù)K 管道總傳熱系數(shù)管道總傳熱系數(shù)K系指油流與周圍介質(zhì)溫差系指油流與周圍介質(zhì)溫差1時(shí)，單位時(shí)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道單位面積所傳遞的熱量。它表示了油流向周間內(nèi)通過(guò)管道單位面積所傳遞的熱量。它表示了油流向周圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱 。以埋地管道為例，管道散

31、熱的傳熱過(guò)程由三部分組成：即以埋地管道為例，管道散熱的傳熱過(guò)程由三部分組成：即油流至管壁的放熱，鋼管壁、防腐絕緣層或保溫層的熱傳油流至管壁的放熱，鋼管壁、防腐絕緣層或保溫層的熱傳導(dǎo)和管外壁至周圍土壤的傳熱（包括土壤的導(dǎo)熱和土壤對(duì)導(dǎo)和管外壁至周圍土壤的傳熱（包括土壤的導(dǎo)熱和土壤對(duì)大氣和地下水的放熱）。大氣和地下水的放熱）。在穩(wěn)定傳熱的條件下，其熱平衡關(guān)系可表示為：在穩(wěn)定傳熱的條件下，其熱平衡關(guān)系可表示為：)TT(D)TT(DKbyy1110 )1(1ln2 ibbiiiiTTDD)(0)1(2TTDibw 式中：式中：Dw管道最外圍的直徑管道最外圍的直徑Di、Di+1鋼管、防腐絕緣層及保溫層的內(nèi)

32、徑和外徑鋼管、防腐絕緣層及保溫層的內(nèi)徑和外徑i與上述各層相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)，與上述各層相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/mTy油溫，油溫， T0管道中心埋深處的自然地溫，管道中心埋深處的自然地溫，Tbi鋼管內(nèi)壁的溫度，鋼管內(nèi)壁的溫度，Tbi、Tb(i+1)鋼管、瀝青絕緣層及保溫層內(nèi)外壁溫度，鋼管、瀝青絕緣層及保溫層內(nèi)外壁溫度， D計(jì)算直徑，計(jì)算直徑，m1油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/m2 2管外壁至土壤的放熱系數(shù)，管外壁至土壤的放熱系數(shù)，W/m2 傳熱學(xué)上常用單位管長(zhǎng)上的傳熱系數(shù)傳熱學(xué)上常用單位管長(zhǎng)上的傳熱系數(shù)KL 。KL與與K的關(guān)系的關(guān)系為：為： KL =KD，W/m。它表示油流與周圍介

33、質(zhì)溫差為它表示油流與周圍介質(zhì)溫差為1時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每米管時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)每米管長(zhǎng)所傳遞的熱量。它等于單位管長(zhǎng)熱阻長(zhǎng)所傳遞的熱量。它等于單位管長(zhǎng)熱阻RL 的倒數(shù)。的倒數(shù)。選取選取 D 時(shí)，一般取熱阻最大的那部分所對(duì)應(yīng)的直徑：時(shí)，一般取熱阻最大的那部分所對(duì)應(yīng)的直徑：對(duì)于不保溫埋地管道，對(duì)于不保溫埋地管道，D 可取防腐絕緣層外徑；可取防腐絕緣層外徑； 對(duì)于保溫管道，則取保溫層內(nèi)外徑的平均值。對(duì)于保溫管道，則取保溫層內(nèi)外徑的平均值。DKKRLL 11 wiiDDDD 2)1(1112)ln(1 2211112111DDDlnDDKi)i(i 從而得到：從而得到：對(duì)于不保溫的大口徑管道，如忽略內(nèi)外徑的差值

34、，則總對(duì)于不保溫的大口徑管道，如忽略內(nèi)外徑的差值，則總傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) K 可近似按下式計(jì)算：可近似按下式計(jì)算： 21111 iiK式中式中:i第第 i 層的厚度，層的厚度，m1、油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)、油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)1的計(jì)算的計(jì)算管內(nèi)放熱強(qiáng)度決定于油的物理性質(zhì)及流動(dòng)狀態(tài)?？捎霉軆?nèi)放熱強(qiáng)度決定于油的物理性質(zhì)及流動(dòng)狀態(tài)?？捎?與放與放熱準(zhǔn)數(shù)熱準(zhǔn)數(shù)Nu 、自然對(duì)流準(zhǔn)數(shù)自然對(duì)流準(zhǔn)數(shù) Gr 和流體物性準(zhǔn)數(shù)和流體物性準(zhǔn)數(shù) Pr 間的數(shù)學(xué)間的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)表示。關(guān)系來(lái)表示。yyDNu 11 yyyyyc Pr231)(ybiyyyTTgDGr 腳注腳注“y”表示各參數(shù)的定性溫度取油流溫度，腳注表示各參數(shù)的定性溫度取油流溫度，腳注“bi”表示表示各參數(shù)的定性溫度取管壁溫度。各參數(shù)的定性溫度取管壁溫度。y 為油品的體積膨脹系數(shù)。為油品的體積膨脹系數(shù)。 25. 01 . 043. 033. 0y2PrPrPrRe17. 0105GrPr2000RebiyyyyGrNu 時(shí)時(shí)，且且 25. 044. 08 . 0y4PrPrPrRe021. 02500Pr1