热油管道的摩阻计算在线视频

同学们好

在学习了热油管道的温降计算之后

本节课开始我们学习热油管道的摩阻计算

热油管道的摩阻计算它的基础温降的计算

那么首先我们来看热油管道摩阻计算

它有什么样的特点

首先特点一是沿程的水力坡降不是定值

为什么呢

因为热油流动过程中温度是不断降低的

从而油品的黏度是不断增大的

大家可以回忆一下

黏度对于水力坡降的影响是呈指数关系的

因此随着流动的进行

温度不断降低

黏度不断增大

水力坡降也是不断增大的

也就是对于我们的热油管道的一个站间

不再是像等温管道一样

或者说不加热输送管道一样

是这样的一条倾斜的直线

而水力坡降线是变成了这样的一条逐渐下降的

曲线

由于温度对于水力坡降有这么大的一个影响

因此在工艺计算时必须先做热力计算

确定温度和黏度的变化

然后再做水力计算

也正因为此

水力摩阻应按加热站间进行计算

加热站的进出口处的油温会发生突变

因为加热站处需要提高油品的温度

因此加热站的进口和出口的温差是比较大的

温差比较大就会造成油品的黏度也会发生突变

热油管道的摩阻计算主要有三类方法

第一是平均油温计算法

这是需要重点掌握的

也是工程中经常采用的

首先是计算每个加热站间的油流的平均温度

平均温度的计算要注意的一点是

不是一个简单的平均

而是一个加权的平均

这是上站的出站温度

这是下一站的进站温度

由于上一站的出站温度比较高

下一站的进站温度比较低

因此对于这条管道而言

它的平均温度应该是在下站的进站温度处

它的权重比较大

而高温的温度它的权重比较小

第二是由黏温特性求出温度为平均油温时的

平均黏度

第三是一个加热站间的摩阻

按照平均黏度来进行计算

这个方法是工程中常用的

而且计算简便

在温降不很大时是可行的

因为温将不很大时

这样的一个加权平均是比较接近于实际的

如果温降比较大或者站间距比较长

这个时候怎么办

可以

在每个站间再分成小段来进行计算

来提高计算的准确性

第二类方法是用解析的方法由黏温关系式来

推导摩阻计算式

基本思路就是由列宾宗公式加上黏温关系

再进行积分求解

这是主要的推导过程

最终能得到这样的一个表达式

虚线框内的就是Δl

这个分析的形式比较复杂

工程上比较少用

第三是还要考虑径向温降将对摩阻的影响

不同于不加热管道

对于热油管道而言

径向有比较明显的温差

因此使得我们的径向不同位置的摩阻

它也是不同的

会造成我们的径向的流速分布会偏离

不加热输送管道

不再是一个径向对称的

所以对于摩阻我们会采用这样的一个

径向温降摩阻的修正系数来对它进行修正

这个修正系数主要是与流态

和油品的黏度壁温是有关系的

对于某些层流重流管道

这个修正系数约为1.1~1.4

加热输送管道的摩阻计算还要考虑流型的转变

和流态的转变

比如对于含蜡原油

从上一站的出站处到下一站的进站口

油温是不断降低的

由于含蜡原油往往是反常点

要高于它的临界点温度

这个临界点指的是层流和湍流之间的分界

因此随着温度的降低

含蜡原油一开始表现为牛顿流体湍流的状态

在达到反常点甚至更低以后就转变为

非牛顿流体

但这时候流态仍然是湍流

当温度继续降到临界点以下的时候

湍流就转化为层流了

而对于热重油管道或者叫稠油管道

情况可能是相反的

因为临界点的温度要高于反常点的温度

因此它是首先发生流态的转变

由湍流转化为层流

然后才是流型的转变

由牛顿流体变成非牛顿流体

当然这并不是一成不变的

要根据具体的油品的性质来进行判定

但是在摩阻计算的时候

就需要考虑各个分区对于摩阻计算的影响

要采用不同的经验关系式来进行计算

这里要强调的一点是对于热油管道

它的临界的雷诺数

往往是要低于不加热的输送管道的

也就是一般在1000~2000之间

而对于我们一般的不加热的输送管道来说

是在2000~2300

这个原因在哪里

原因就在于径向的热对流

加强了径向的扰动

使得我们的油流更不易进入层流

因此临界雷诺数比不加热管道要更低

下面就用一道例题

来说明怎么样用平均温度法来计算

沿程摩阻损失

以及怎么样确定一条管道的允许最小输量

这道题是一条管道全线有5座热泵站

所谓的热泵站就是

加热站和泵站是建在一起的

管道的允许的最高和最低输油温度

分别是65度和30摄氏度

管道中心埋深处自然地温为2摄氏度

所输油品比热2100焦每千克摄氏度

平均密度是852千克每立方米

油品65度时的运动黏度是

5.3×10的负6次方平方米每秒

黏温指数为0.036

热泵站的间距以及管道的总传热系数见下表

这是5个站间的站间距和总传热系数

各站维持进站油温30摄氏度不变

忽略摩擦温升

第一是要求

该管道的允许最小输量

第二是求用平均温度法计算输量为300吨每小时时

第三个站间也就是这里它的沿程摩阻损失

此时已知流态为水力光滑区

分析这道题我们就可以发现

首先最高和最低输油温度

发生于一条管道的哪里呢

显然是最高温度是出现于出站

出站口

这也就是最大的出站温度

最低输油温度就是

最小的进站温度

这里要注意的是最低输油温度不一定是实际的

进站温度

此题恰好是进站油温是实际的

进站油温也是30摄氏度

知道了最高出站温度和最低进站温度

以及其他的参数以后

就可以根据最小输量的定义式计算各个站间的

最小输量

我们总共可以计算出来5个最小输量

那么对于全线而言

允许的最小输量应该是这5个当中的最大值

这是求解这道题的一般的思路

但是我们具体分析这道题的所给的数据

我们可以发现这道题还有更巧妙的一个

求解的方式

也就是我们只需要找出来全线

热力条件最差的站间的允许最小输量

它也就是全线的允许最小输量

什么是热力条件最差的

也就是总传热系数和站间距的乘积达到最大

那也就是表明它的热力条件是最差

也就是传热是越剧烈的

我们通过表中的5个站间的参数进行计算

可以发现第三个站间

它的热力条件最差

也就是k乘 lr总传热系数和站间距的乘积

是最大的

因此只要算出来第三站间的允许最小输量

它也就是我们全线的允许最小输量

根据允许最小输量的定义式代入参数进行计算

就可以很容易的得到

结果为54.97千克每秒

第一问就求解完毕

下面求解第二问

首先算出管道的实际输量

根据题目条件给的是300吨每小时

换算成千克每秒

此时需要判断是否大于允许最小输量

刚才算出的是允许最小输量是五十四点几

显然是满足要求的

那就是管道的运行是安全的

在此基础上

我们根据苏霍夫公式算出第三站间的出站油温

因为此时进站油温已经知道了是

题目给出的是30摄氏度

得到了出站油温以后

同时就由于已知进站油温

所以就可以根据平均油温法

刚才介绍的平均温度法进行加权平均

得到第三站间的平均油温是36.6摄氏度

知道了平均油温以后再带入前面介绍的

黏温关系

已知温度就可以算出来黏度

当然这个优势题目所给定的

进一步的把质量流量G换算成体积流量Q

就可以根据流态

根据题目给出的水力光滑区的流态

给出流态的常数

从而用列宾宗公式就可以计算出第三站间的

摩阻损失

最终是255.6米

油柱

从本题的分析我们可以看出来

即使对于这样的一个简化的问题

我们仍然要进行非常仔细的计算

那么对于实际的工程问题而言

还有很多因素需要我们去确定

比如说流态是需要根据体积流量

管道的粗糙度等等因素来进行判断的

而是没办法像这道题一样这么简单的就

事先就可以知道的

实际的管道

它也不可能参数恰好是k乘lr的最大值

能够恰好的找到

所以这就告诉我们

对于一个实际的工程问题

它的求解是要复杂的多的

这也就是需要我们充分运用所学的知识

灵活的处理各种复杂的工程问题

本节课的内容就讲到这里

谢谢大家