温度参数的确定、温降公式的应用、热油管道允许最小输量在线视频

大家好

欢迎来到输油管道设计与管理课堂

本节课我们继续学习热油管道的温降计算

相关知识

在了解了热油管道的沿程温度特点以后

我们可以知道温度对于热油管道来说是一个

非常重要的参数

因此温度参数的确定也非常重要

确定加热站的进出站温度时

需要考虑三个方面的因素

第一是油品的黏温特性和其它物理性质

主要是会影响到油品在管道当中的流动性

第二

管道的停输时间 热胀

温度应力等安全因素

在满足第一条和第二条管道的安全运行条件下

我们还要进行经济比较

确定最经济的进出站温度

首先加热站出站油温的选择

原油中难免含水

加热温度一般不超过100摄氏度

加热后进泵的原油温度不应高于初馏点

以免影响泵的吸入

对于输送稠油的管道

稠油黏温曲线比较陡

而且稠油管道一般在层流运行

因此升温降黏效果显著

对于含蜡原油

黏温曲线仅在凝点附近

比较陡

也就是说温度在凝点附近温度变化

导致的黏度变化比较大

而在凝点之外

温度变化对黏度的影响比较小

因此升温降黏效果有限

加热温度不宜过高

另外还要考虑运行和安装时候的温差所

导致的热应力是否在管道的强度允许范围内

另外还要考虑防腐层保温层等

各种材料的耐热能力

对于加热站的进站油温如何选择呢

首先是要取决于管道运行的安全和经济的比较

第二是对于含蜡原油经济的进站温度

在工程上常取凝点以上3摄氏度

需要规定最大的安全停输时间

黏温特性和凝点随热处理条件而不同

进出站油温相互制约

只有一个是独立变量

也就是确定了进站油温以后就可以相应的知道

出站油温

确定了出站油温以后

就可以相应的知道进站油温

这两者是不能同时确定的

周围介质温度

也就是环境温度

对管内的油温也有很重要的影响

如果是架空管道

就取周围的大气温度

作为环境温度

如果是埋地管道

一般取管道埋深处的土壤自然温度

然而对于同一条管道

它的距离一般比较长

即使在相同的埋深处

在管道的沿线的不同地区

土壤的自然温度也可能会有比较大的差别

甚至在不同的季节也会有比较大的差别

此时环境温度应该怎么选取呢

在输油管道设计规范中规定的是按最低

即最高月的平均温度来进行计算

也可以用多年实测值的平均值

如果

没有实测值

就可以按照当地的大气温度

按传热学的理论公式推算土壤温度

还有热油管道投产运行以后

可以按实测值进行核算

确定了温度参数以后

如何

运用热油管道的温降计算公式来指导我们的

设计和运行

首先第一个应用就是

在热油管道设计时

可以确定加热站的间距

在设计管道时

总传热系数 输量

管径

环境温度和比热参数都已经确定了

因此根据摩擦热的定义式

这个b也就确定了

按照上述原则选定的出站温度和进站温度之后

我们把列宾宗温降公式进行变形

可以得到这样的一个式子

左边就是加热站的间距

第二个应用就是确定加入站的出口温度

当加热站间距确定了以后

为了保证要求进站温度

所需的上站的加热站的出站温度

第三是在运行时反算实际的总传热系数k

这个仍然是从列宾宗温降公式进行变形

就可以得到这样的一个表达式

为什么要进行总传热系数的反算

刚才说过

如果没有实测值的时候

需要按照理论公式进行计算

如果这条管道已经建成了

我们就可以在管道运行的各个阶段

通过收集大量的资料来反算

总传热系数k

为相同地区以后设计新的管线

选择总传热系数的参考值提供依据

还有一个作用就是管道是埋在地下的

管内的变化以及管内外的传热的情况

是没有办法用肉眼看见的

此时我们可以根据总传热系数的变化

来推断管内的运行状态

从而提前预判是否会产生事故

比如通过总传热系数值的变化

就可以判断管道散热以及结蜡情况

如果

发现总传热系数降低了

并且此时输量降低了泵站的压力升高了

那就说明此时可能管壁结蜡比较严重

管壁结蜡严重

就使得管道的流通面积减小

摩擦阻力上升

从而泵站提供的压能要增大

流通面积减小

输量也是下降的

此时就应该采用清管的措施

把管壁上的蜡层清除下来

如果

总传热系数升高

那就表明此时整个管道的热阻是降低的

可能是地下水位上升

或者管道上面的覆土被破坏了

也就是管道上面的土层被挖开了

或者是保温层进水等等情况

由此可见

总传热系数k的反算

可以帮助我们在工程实际中判断可能存在的

管道运行安全风险

并采取相应的措施

温降计算公式的第4个应用是

确定加热站间的允许最小数量

当总传热系数

管径

环境温度

比热和站间距一定的时候

进出站温度也已经确定了

那么在管道运行当中

加热站间的允许最小输量

仍然是通过列宾宗温降公式

进行变换

得到这样的一个式子

此式当中 TR max指的是出站油温的

允许最高值

TZ min指的是进站油温的允许最低值

热油管道允许最小输量

它有什么意义和作用呢

首先它是运行管理中非常重要的参数

如果

该值越小就表明管道实际运行的输量就越容易

大于允许最小输量

也就是管道越容易进入安全的状态

从另一个角度来说

我们管道的输量允许的变化的范围比较大

给我们管道的运行管理留了比较大的操作空间

有同学可能会想到管道运行的时候

输量一定要高于允许最小输量吗

如果

输量要低于允许最小输量

会有什么问题呢

首先我们看

如果

保持最大的出站油温不变

由于管道实际输量小于允许最小输量

为了使整个分数值减小

只能降低下一站的进站油温

也就是低于进站油温的最低值

也就是前面说的进站油温高于0.3摄氏度

可能就没有办法满足

此时可能造成凝管事故

如果为了不让它凝管

需要维持运行温度在最低的进站温度

而此时管道的输量是减小的

那只能提高

上一站的出站油温

也就是上一站的出站油温

是超过

它的允许最大值

此时就有可能使得管道的热变形过大

从而损伤管道

无论是哪种情况

都会造成严重的管道运行安全事故

因此管道的允许最小输量必须满足

可见热油管道的允许最小输量非常重要

首先我们就需要了解对它的影响因素都有哪些

从而可以有针对性的进行防控

第一个因素是季节

在冬季地温下降

雨雪引起土壤湿度增加

地下水位上升

总传热系数增大

使得我们的允许最小输量是增大的

根据刚才的分析我们可以知道

允许最小输量增大

使得管道的实际输量满足不等式更加困难

因此管道的运行的危险上升

而在夏季地温较高

允许最小输量较冬季小

比较安全

第二就是

站间距和站间散热的情况的影响

如果站间距比较长

也就是lR比较大

站间的总传热系数比较大

此时允许最小输量比较大

全线的允许最小输量

应该按照各站间的较大值来进行计算

这个也很好理解

允许最小输量在各个站间取最大的值

就是最苛刻的情况

如果

允许最小输量的最大值都得到满足了

那么其它站间也就是肯定是安全的

还有第三个影响因素就是

热油管道的不稳定工作区

我们会在后续的热油管道运行管理的部分

进行详细的分析

了解了影响热油管道允许最小输量的

主要因素以后

相应的为了保证管道的安全运行

应该采取哪些措施呢

第一是改变管道的条件

比如增加加热站

缩小站间距

增加保温

也就是降低总传热系数

这两种措施

它的改造及投资都比较大

能耗高

因此如果管道已经建成了

是不推荐

采用这样的方式

但是如果是在设计阶段

是可以考虑采用这样的方式

对管道设计方案进行修改

对于已建成的管道还可以采用其它的输送工艺

这是最常用的一个运行管理方式

比如说加降凝剂

降低含蜡原油的凝点

加稀释剂使得油品黏度降低

更利于输送

在油品进入管道之前进行热处理

总之都是降低凝点以降低最小进站温度

还有一类就是临时应急的措施

比如说正反输方法

也就是正反向交替输送

使得管道的实际输量增大

这样就更容易满足

高于允许最小输量

显然这种输送方式能耗大

成本高

而且油品从起点输送到终点

再从终点输回起点

看起来似乎是没有意义的一件事情

但是它在特殊的情况下有它的用处

比如说08年金融危机的时候

管道的来油量急剧下降

而热油管道没有办法长时间停输

如果长时间停输

由于结蜡等因素的影响

会造成堵管

使整条管道报废

此时就需要用正反输的方法

让管道在来油量比较小的情况下

维持正常运行

那么当金融危机过去之后

来油量升高了

就可以进入正常的一个输送

对油温的影响还有其它的因素

比如油流的过泵温升

过泵温升

主要分为绝热压缩引起的温升和功率损失

引起的温升

功率损失引起的温升

又细分为机械损失

相应的可以采用加润滑油或者冷却水的方式

带走热量

同时减小机械磨损

第二个是水力损失

第三是容积损失

第四是盘面摩擦

后三者都转化为摩擦热

使油流升温

具体来说绝热压缩引起的过泵温升

可由此式进行计算

T in是进泵的油温

αp油品的膨胀系数

这个γ是比体积

P out

是出泵压力

P in是进泵压力

由功率损失引起的过泵温升

由此式进行计算

其中有一个重要的参数

η'是泵效加机械损失一般取2％

除了油流的过泵温升

蜡晶的析出

对温降也有很明显的影响

由于蜡晶析出是一个相变过程

会释放相变潜热

因此含蜡原油管道蜡晶的析出

会减缓沿线的油温的降低

因此含蜡原油管道

须计入蜡的结晶潜热

对温降的影响

第一种方式是可以按输油平均温度下的比热容

进行计算

这是一种常用的方式

第二种

可以分段计算温降代入实测的比热温度曲线

第三是实测单位温降的吸蜡率

和结晶潜热计入原油比热容

左图就是原油蜡晶的显微结构

黑色的部分是原油

白色的部分是蜡晶

大家可以看到是一个比较漂亮的像一个雪花的

这样的一些结构

这是蜡晶的微观结构

正是由于有这样的一个微观的类似于网状的

这样的一个结构

使得它在宏观上体现出来这样的一个

胶凝的特性

这个图中就是蜡晶析出较多时

产生的一个堵管的现象

对于蜡晶的析出

后续我们还会进行详细的分析

本节课就上到这里

同学们再见