热油管道的投产在线视频

同学们好

本节课我们学习热油管道的投产

在了解了热油管道的运行特性之后

热油管道在投产启动过程中

要注意哪些问题

首先热油管道的投产启动是土壤温度场

逐渐建立即土壤蓄热的过程

由于土壤导热系数小

热容量大

温度场接近稳定需要相当长的时间

管道散热量

经历先逐渐增大

后逐渐减小的过程

也就是埋地热油管道的启动过程

从物理本质上来说是一个三维的

非稳态传热过程

启动过程的传热量要大于正常输油时的传热量

因为

土壤蓄热的存在

使得在向外散热的同时还要加热土壤

故启动过程中油流的温降比正常输送时大得多

目前主要有三种投产启动方式

第一是冷管直接投油

它可以节省投产费用和时间

但是对于易凝高黏原油不够安全

因为

在投产过程中

它的散热损失比正常输送要大得多

这样使得油温降得更低

更容易发生凝管等安全事故

第二种方式就是预热启动

它是比较安全的一种方式

因此比较常用

但它的问题是用水量比较大

一般是1.5~2倍的站间管段的容积

这个容积是很大的

并且用热水预热之后

在投油以后

由于残存于管壁的水之间

要发生混油

也就产生一定的含油污水

那么由于这个体积很大

所以含油污水的量很大

对污水处理造成很大的压力

第三种方式就是加剂稀释或降凝剂

这个一般是作为配合预热投产一起使用的

进一步提高投产的安全性

下面就分别介绍这三种投产方式

首先是冷管直接投油

将热油直接输入冷管时

最先进入管道的油流

在输送过程中一直与冷管壁接触

当管道较长时

油温很快降至接近埋深处的地温

远低于凝点

通常把这一段称为冷油头

冷油头一般都比较长

使黏度急剧升高

甚至部分管段的发生凝油

使输送时的摩阻急剧升高

严重时会超出泵的扬程和管道强度的允许范围

因此冷管直接投油时

须备有扬程较高的泵

但是如果泵的扬程较高

超过了管道的允许强度的时候

会造成管道的破裂等安全事故

因此只有当管道距离短 地温高时

才能采用冷管直接启动

第二是热油管道的预热启动

预热的目的就是往土壤中蓄入热量

减少投油散热

终点油温不致过低

控制输油压力

在允许的范围内

预热的方式

就是热水多次的正反输

就是从管道的起点输到终点再返回来

从终点输到起点

往返多次

使得管壁和周围的土壤充分的吸热

基本的要求是要使得输送的管道的

输送的终点油温高于凝点

这样才确保在整条管道投油的时候

不至于发生油温降到凝点

发生凝管的事故

在预热启动的过程当中

土壤非稳态放热系数α2'可以

由非稳态传热时的

管道的总传热系数来近似

这是需要注意的一点是

为什么要加上一撇呢

因为它们不同于稳态时的系数的计算

稳态时根据前面的推导可以知道

土壤和管道外壁之间的放热系数

是由这个公式计算的

但是对于

预热启动

那么就不再是α2了

也就是不能用这个公式来计算土壤的放热系数

因为此时已经是一个非稳态传热了

土壤的非稳态放热系数α2'

在投油的过程中是不断下降的

工程上用于判断

土壤蓄热程度的一个近似的方法

在稳定运行时

蓄热量达到稳定

管道周围土壤对于传热的影响

相当于形成了厚度为2ht两倍的ht减去

一个Rω

也就是这么厚的一圈土层

我们叫它环形土

相当于给管道施加了一层土壤保温层

那么根据稳态时的对流换热系数和热阻的关系

可以推得这样的一个表达式

在预热启动过程中

由于土壤的蓄热量增加

相当于这个土壤的保温层增厚了

这个要比图示的要厚

因此 Dω是增大的

所以α2'比这个α2比稳态时候的α2

是要小的

并且随着蓄热量的增加

也就是随着投油的进行

土壤蓄热增加

α2'是不断减小的

当ht和ω这个环形的土壤

也就是里面这一层虚线里面这一层环形的土壤

蓄热量

达到稳定蓄热量一定比例的时候

即可投产

具体达到什么比例

接下来我们会详细介绍

工程中一般有两种方法来估算投产的时机

也就是预热所需要的时间

第一类是恒热流法

它是假设热油在单位时间内

通过管道散出的热量是恒定的

且等于稳定输送时的散热量

根据这个假设

就可以推导出来这样的一个解析表达式

T0是环境温度

T是不同坐标

和不同时间下的土壤温度

把管壁的坐标x和y代入这里

就可以得到这样的两个式子

做这样的一个近似处理

这里xbi和ybi就是管壁的坐标

最终就能得到这样的一个表达式

那么恒热流法启动的时候

它的热流量就可以由温差壁面和环境的温差

根据牛顿的一些公式来进行计算

从而得到α2'

当满足这个条件的时候

能进行进一步的简化

这就是α2'的最终的解析表达式

实际预热的过程的散热量比

正常运行时的散热量大得多

且随时间变化

另外管壁与土壤之间是有间隙的

因此存在接触热阻

而恒热流法当中

取管外壁温度等于该点的土壤

温度是会产生偏差的

另外忽略了地表散热和土壤自然温度场的影响

并且未反映沿线各断面水温

和土壤温度场的变化

因此恒热流法计算的预热时间偏长

也就是偏保守

另一类方法是恒壁温法

它假设一开始管壁处的土壤温度立刻上升至

稳定时的温度

且保持不变

这显然与实际的物理过程是不相符的

因此是一种简化假设

得到α2'的计算式

这种处理方式

为体现埋深的影响

严格说起来

这个式子成立于

埋深比上管外径区域无穷大的情况

因此比值越大

需要的预热时间越长

同样它也没有反应

沿线各断面水温和土壤温度场的变化

因此恒壁温法计算的预热时间偏短

也就是偏危险

实际的预热过程既不是恒热流的

也不是恒壁温的

而是热流密度逐渐减小

壁温逐渐上升

直至稳定的一个过程

预热阶段散失的热量比稳定输送时大得多

如何准确估算土壤的预热时间

从而确定投产的时机

首先是要确定预热要达到的蓄热量的百分比

也就是说不一定要达到土壤蓄热量的100％

才能投产

这样是蓄热时间太长

而且没有必要

所以百分比定义为预热过程实际的蓄热量

比上稳定工况的蓄热量

这样的一个比值

该百分比由已有的投产经验确定

也可按投油时候k'的值

求得该百分比

它是一种近似的处理方式

大量的工程实践证明

这种方式是可行的

那么在夏秋季节投产时

这个比例一般取35％到50％

确定了比例之后

就需要计算环形土壤的稳定续热量

也就是ht减去Rω就是管道半径

管道的外半径之间的这样的

一个土层的稳定蓄热量

将这个土层沿着径向划分为n层

沿着管道的流动方向

也就是轴向分成m段

那么在每一个m的位置

也就是在每一个这个横截面上

把各层的土层的蓄热量相加

也就是得到这样的一个求和式

这样就可以得到沿线的各个位置的稳定蓄热量

这其中一个关键的参数是土壤的比热容

如果土壤比热容没有实测的值

则可以按照这个式子进行计算

其中 CK是土壤中骨架颗粒干燥时的比热

一般的沙土黏土在常温下是取

0.84千焦每千克摄氏度

cs是水的比热容

ω是土壤的含水率

接下来就要确定预热过程的热负荷

从而调节加热设备

预热过程的热负荷主要有这三个部分组成

第一是蓄入土壤的热量

第二是预热用水升温至排水温度所需的热量

这是根据用水量和来水与排水温度之差

来进行计算的

第三是预热过程中

散失到大气

地下水及环形土层外的热量

这个热量在秋季约为蓄热量的一半

在夏季因为环境温度较高

那么散失到环形土层外的热量是较少

一般可以忽略不计

由热负荷就可以估算预热时间

这个就是热负荷

这是预热时间

那这个QR是加热站加热的能力

ηR是预热过程

加热炉的利用系数

在预热过程管内液体温度是如何变化的呢

首先这是管内热水

是一个非稳态的对流传热过程

对于土壤是一个非稳态导热

是由这个方程所描述

那么这两个方程通过余概率积分

可以得到这样的一个解析表达式

其中系数A如果等于1

这个式子就变成苏霍夫公式

A越接近于1

就表明管内就越接近于稳态的温度

如果增大输量或者是比热容

或者是减小土壤的导热系数

或者这个管道比较短

那么预热时间都会比较短

对于预热过程当中

油水的交替的过程

会使得我们的k'的值变化

也就是总传热系数会变化

投油后热容量是降低的

管壁处土壤温度下降

散热减少

k'值下降

对于地温较低的季节

管壁结蜡增大热阻

K'值下降

投油时的油水交替过程将形成较长的油水混合段

由于油水的密度差比较大

因此油水的混合量

比油品的顺序输送时要大得多

投油时应该注意以下问题

为了减少混油量

保证管道运行的安全

应该尽可能加大输油量

一般应该大于预热的输水量

这样尽可能排出管道内残余的热水

第二

可以在油水的界面处连续放入2~3个隔离球

或者清管器

从物理上呢人为的隔断

混油与正常输送的油品

在首站油源和末站转运要衔接

投油后不得中途停输

如果发生停输的话

就会增大油和热水的混油量

中间站尽可能采用压力越站的流程

因为此时如果中间站起泵的话

由于泵的搅拌作用会增大

投入的油和管内残存的水的之间的混合量

如果中途必须启泵的时候

也就是说这个管道比较长的时候

在中途必须加压

那也要在混油段

包含隔离球这一段

过站以后再起泵

混油进入末站后

要进专门的混油罐

混油罐的容量视情况而定

放置隔离球时

可取混油罐容量为管道总容积的5％

未放置隔离球时

混油罐的容量为管道总容积的40％

由此也可以看见隔离球对于减小混流量

它的作用是非常显著的

混油进罐后加温脱水

待含水合格后

方允许外销

热油管道的投产就介绍到这里

同学们再见