顺序输送管道系统热力特性与温升、成品油管道水力特性在线视频

同学们好

本章我们学习顺序输送的内容

本章我们就要学习管道顺序输送的工艺特点

那么顺序输送管道系统

它的热力特性与温升的特点又是怎么样

对于成品油管道而言

沿线是无需加热的

管道的压降计算及泵的特性计算公式

与等温管道相同

对于流速比较高的情况

必须对成品油管道沿线的摩擦升温给予关注

也就是说成品油管道沿线虽然不需要加热

但是不代表沿线油品的温度是不变的

因为沿线还有摩擦温升

当温升明显时

油品流动的水力特性与物性密度密切相关

而温度分布又与流动特性相关

正确反映油品温度变化的影响

关系到泄漏的判断

混油界面的跟踪

从而影响管道的设计运行管理和仿真

下面就把输油管道中油流温升的主要原因

总结如下

第一个是过泵摩擦温升

泵的轴功率不可能全部转化为油流的压力能

有一部分要克服流体与泵间的摩擦

流体与泵间的摩擦而转化为热能

造成温升

第二就是过泵的压缩温升

油品经过泵的压缩

也会产生温升

第三是节流温升

油品通过节流装置时

一部分压力会损失掉

转化为热能

造成温升

第四是管道的摩擦温升

油品沿管道流动过程中

会由于克服沿程和局部摩阻损失

使一部分机械能转化为油流的内能

造成温升

对于成品油管道它的温度变化的计算

准确计算油品沿管道运行时的温升是很困难的

实际工艺计算中常计算最冷月的输送

较重质成品油的沿线温升的变化

计算最热月输送较轻质成品油的沿线温度变化

为什么要这么做

最冷月输送重质的成品油比较危险

因为这个时候温度越低

黏度越大

所以说要校核最冷月里面

输送较重质成品油的时候

会不会产生摩阻过大的情况

危及管道的安全运行

那么最热月输送较轻质成品油

是为了校核在温度最高的时候

轻质的成品油会不会大量的蒸发变成气态

这样也会影响管道的安全运行

第一是要计算油品

通过泵站的温升

第二是要计算油品在站间流动时的摩擦温升

第三是要计算站间管道向环境散热的温降

也就是在流动过程中

它有两个方面的温升

一个方面的温降

如果1和2的温升

这总的效应要大于温降的效应

管道的总体就是一个温升的

否则就是一个温降的

或者是等温的

那成品油

如果在管道流动过程中是一个温度升高的

它的影响都有哪些

第一是增加了油品的蒸发损耗

降低了油品的质量

第二是热应力大

使管道变形

或由于承受过高的应力而破裂

第三是轻质油品抽吸时易发生汽蚀现象

就容易使泵产生汽蚀

第四是影响界面跟踪的准确性

因为压力波在液体和在气体中

传播速度是不一样的

第五是油品在线计量误差增大

第六是降低燃料油的黏度

提升其输量

但对汽柴油影响不大

第七

在工艺设计时仍按等温管路计算

但流速较高时

或者在流速较高的局部

应注意校核温升的情况

了解了成品油顺序输送管道的热力特性之后

还要了解它的水力特性

以便对它进行更好的运行管理控制

泵站特性的变化

在油品交替的短时间内完成

管道特性的变化

需要经历较长的时间

它随管路中两种或多种油品长度的变化而改变

顺序输送管道运行管理必须充分考虑其特殊性

这个就是成品油管道系统的总的水力特点

具体来说

第一

成品油顺序输送管道在水力上的特点是具有不稳定性

它存在三个区

第一是突变区

突变区是指混油段经过首站初始的混油较短

浓度梯度高

所以压力存在突变

第二是渐变区

混油经过中间泵站泵压变化趋于平缓

是一个逐渐变化的过程

第三是个缓变区

混油段沿管线移动时流量压力缓慢变化

所以突变区指的是首站进油

渐变区

指的是中间站换油

缓变区指的是

混油段沿管线的移动

这里注意顺序输送管道常用的是流量和压力

之间的关系

而不是流量和压头

我们前面讲的都是流量和压头

大家可以想一下这是什么原因

就是因为管道中存在多种密度不同的油品

如果还用压头来表示不同油品的能量

就会产生不协调不一致的情况

应该把它统一还原为压力

用帕为单位

这样才不会损失

一定的能量

下面就以这张图为例来解释突变区

渐变区和缓变区的概念

首先对于这样的一个管道

这是首站

这是中间站

这是第一个站间

这是第二个站间

那么假设我们现在输送的是两种油品

A油和B油

那最开始是A油充满整个管段

那么我们可以看到这两个泵里面输送的都是A油

两段管子里面输送的也是A油

所以此时的工作点就是1点

两个泵站都是泵A泵A

就是A油进入在两个泵里面

那么两段管道里面也是A油

所以是泵A加泵A和管A加管A的交点

就是它们的工作点1点

那么在某个时刻

从首站进入另一种油品B油

此时首站进油会产生一个突变

也就是在短时间内

首站由A油换成B油了

但是前面这一段管子前面仍然走的是A油

所以就会从泵A加泵A突变到

泵A加泵B这样的一个状态

也就是2点

随着B油从首站源源不断的进来

就会产生A油和B油的混油界面

这边是B这边是A虚线是混油界面

混油界面就会沿着管道缓慢的移动

也就是从2向3方向缓慢移动

那么移动到进入第二个泵的时候

也就是进入这个中间站的时候

当第二个泵换油完成了以后

就会从这里进入一个渐变区

压力的渐变

然后进入一个泵B加泵B

也就是两个泵里面输送的都是B种油品

就是另一种油品

但此时管道内整个管道而言

仍然是AB两种油共存

所以是一个管A加管B的这样一个状态

那么当第二个

泵站换油完成以后

输送仍然是要继续进行

这个混油界面一直在往前走

走到什么时候

走到所有的A油都输送完了

整个管道和泵这个系统里输送全是B油

那也就到达了工作点5

这样从1经过突变到2 2经过渐变

然后通过3

然后再经过缓变到5

就完成了一个油品的替换过程

也就是油品的交替输送过程

此时假设我们这个批次里面就这两种油品

那么就要进行下一个批次

也就是当管道里面全是B种油的时候

此时又要开始进A种油了

那么仿照刚才的过程

我们就可以知道从5工作点又可以到6

再通过7再回到1

完成这样的一个循环

这个就是成品油管道在顺序输送过程中

水力特性的一个变化的一个示意图

大家可以看到整个过程中水力特性

始终是处于一个不稳定的状态

那么对于如此复杂的非稳态水力变化

我们如何去处理它呢

一般采用准稳态的假设

来对它进行近似的处理

首先是要列准稳态的能量平衡方程

所谓的准稳态就是假设流量和压力

不随混油段的移动而变化

显然这个假设在很短的时间段内

它是成立的

因此我们把整个的输送的时间分为

若干个很微小的时间段

那么在每一个时间段内

这个准稳态假设它是有足够的精度的

因此这个假设是合理的

这样我们就可以列出准稳态的能量平衡方程

第一项是起点的压力

第二项是沿线泵站提供压能之和

右端的第一项是站间摩阻之和

第二项是各泵站分输站

注入站

减压站等站内摩阻之和

节流损失之和

克服地形高差的压力损失

以及终点压力

顺序输送管道

它的最大输量怎么确定呢

整个管道的最大输量受较高黏度油品

所充满的那段管道

通过能力的限制

因为黏度越高

它的摩阻越大

它的通过能力是越低的

这个与我们在别的课程里面学的一个

电阻的概念

热阻的概念

化学反应

多部化学反应的反应时间受

最慢的那一步所决定

这个原理都是相通的

管道的最大输量会不断的变化

应综合考虑以下几个约束条件

来求解管道最大输送能力

首先第一是泵站和管路的能量平衡

第二是各泵站的进站压力

应大于或等于最小允许进站压力

这是进站压力的一个基本条件限制

前面在布站的时候也讲过

各泵站的进站压力应小于最大允许进站压力

这是在有泵运行时

各泵站的出站压力

应小于或等于最大允许出站压力

以及管道沿线高低特殊点的压力约束

即高点的动水压力

要高于输送油品的饱和蒸汽压

不至于产生气化

低点的动水压力要低于管材的强度

允许的压力

使得管材能够承受

由此可见

要确定顺序输送管道的最大输量

需要列一系列的不等式

要运用最优化的方法编程迭代求解

本节课的内容就到此为止

同学们再见