【正文】 算 K值時 ，應(yīng)取水力和熱力參數(shù)比較穩(wěn)定情況下的數(shù)據(jù) 。 如果輸量波動較大 ， 油溫不穩(wěn)定或有自然現(xiàn)象影響 (如冷空氣前后 ,大雨前后等 )， 管線的傳熱相當(dāng)不穩(wěn)定 ， 按穩(wěn)定傳熱公式反算出來的 K值誤差較大 。 當(dāng)然生產(chǎn)管線的參數(shù)波動總是存在的 , 只能相對而言 。 加熱輸送管道的工藝計算 反算 K值的目的 : ①積累運(yùn)行資料 ,為以后設(shè)計新管線提供選擇 K值的依據(jù) . ②通過 K值的變化 ,了解沿線散熱及結(jié)蠟情況 ,幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。 若 K↓， 如果此時 Q↓， H↑， 則說明管壁結(jié)蠟可能較嚴(yán)重 ， 應(yīng)采取清蠟措施 。 若 K↑，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。 :則油流經(jīng)過泵的升溫為 ???????? ???? 11?CgHT加熱輸送管道的工藝計算 油流過泵的溫升 例如 : 對于揚(yáng)程為 500m, ηp=70%的離心泵 ， 原油經(jīng)泵的溫升約為 1℃ 。 閥門節(jié)流引起的溫升可按摩阻引起溫升同樣的方法計算： CgT /節(jié)節(jié) ???? 三、熱力計算所需的主要物性參數(shù) 比熱容 我國含蠟原油的比熱容隨溫度的變化趨勢均可用下圖所示的曲線描述 ， 液態(tài)石油產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度而變化，可按下式計算 ? ? 1543 / dTy ?????式中： λy— 油品在 T ℃ 時的導(dǎo)熱系數(shù)， w/m℃ ； T —油溫， ℃ ； d415— 油品在 15℃ 的相對密度。 ①粘溫指數(shù)關(guān)系式 ? ?2121 TTue ?????式中： υ υ2—溫度 T T2 時油品的運(yùn)動粘度 u —粘溫指數(shù) 該式適用于低粘度的成品油及部分重燃料油 ， 不適用于含蠟原油 。 不同的油品有不同的 u 值 ， 一般規(guī)律是低粘度的油 u 值小 ， 約在 ～ ；高粘度的油 u值大 ， 約在 ～ 30 35 40 45 50101001000 管流 實(shí)驗裝 置旋轉(zhuǎn) 粘度計溫度 (℃)η(mPas) s90 s70 s40 )20(20 ??? TT ??? ?? ??式中： ρT、 ρ20為 T℃ 和 20℃ 時的密度。 四、熱油管道的總傳熱系數(shù) K 管道總傳熱系數(shù) K系指油流與周圍介質(zhì)溫差 1℃ 時 ， 單位時間內(nèi)通過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 。 以埋地管道為例 ， 管道散熱的傳熱過程由三部分組成：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)熱和土壤對大氣和地下水的放熱 ） 。 傳熱學(xué)上常用單位管長上的傳熱系數(shù) KL 。 KL與 K的關(guān)系為： KL =K πD， w/m℃ 。 它表示油流與周圍介質(zhì)溫差為 1℃ 時 ， 單位時間內(nèi)每米管長所傳遞的熱量 。 它等于單位管長 RL 熱阻的倒數(shù) 。 加熱輸送管道的工藝計算 埋地管道總傳熱系數(shù) K的選用 東北華北地區(qū) ： 4~3)/( ?Dh t ~ 720 ?K管道?w/m2.℃ 32)/( t .2~ ?K管道w/m2.℃ . 529 管道?w/m2.℃ （參閱教材第七章相關(guān)內(nèi)容） 一、輸油站工藝流程 輸油站的工藝流程 ， 是指油品在站內(nèi)的流動過程 ， 實(shí)際上就是站內(nèi)管道 、 管件 、 閥門所組成的 ， 并與其它輸油設(shè)備 （ 包括泵機(jī)組 、 加熱爐和油罐 ） 相連的輸油管道系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)決定了油品在站內(nèi)可能流動的方向 、 輸油站的性質(zhì)和所承擔(dān)的任務(wù) 。 工藝流程設(shè)計原則 第四節(jié) 熱泵站的幾個問題 (1) 工藝流程要滿足各輸油生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需要。 輸油管建成后 ， 存在三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)：試運(yùn)投產(chǎn) 、 正常輸油和停輸再啟動 。 (2) 中間輸油泵站的工藝流程要和采用的輸送方式 (開式、閉式 )相適應(yīng)； (4) 經(jīng)濟(jì)、節(jié)約； (5) 能促使采用最新科學(xué)技術(shù)成就，不斷提高輸油水平。 輸油站主要流程及其應(yīng)用范圍 (3) 便于事故處理和檢修； (1) 來油與計量流程 來油 → 流量計 → 閥組 → 罐 該流程僅存在于首、末站，用于與 外系統(tǒng)的油品交接計量。 (2) 站內(nèi)循環(huán)流程 罐 → 泵 → 爐 → 閥組 → 罐 應(yīng)用范圍： ? 管道投產(chǎn)時作站內(nèi)聯(lián)合試運(yùn)； ? 輸油干管發(fā)生故障或檢修，防止站內(nèi)系統(tǒng)的管道或設(shè)備凝油； ? 下站罐位超高或發(fā)生冒罐事故，本站罐位超低或發(fā)生抽空現(xiàn)象； ? 本站出站壓力緊急超壓； ? 作為流程切換時的過渡流程。 (3) 正輸流程 ?先泵后爐流程： 罐 →閥組 → 泵 →爐 →閥組 →下站 (首站 ) 上站來油 →閥組 → 泵 →爐 →閥組 →下站 (中間站 ) ?先爐后泵流程 ： 罐 →給油泵 →閥組 →爐 →泵 →閥組 →下站 (首站 ) 上站來油 →閥組 →爐 →泵 →閥組 →下站 (中間站 ) 用于管線的正常輸油。 應(yīng)用范圍： ? 因各種原因使停輸時間過長，需反輸活動管線。 ? 管道輸量太低，必須正反輸交替運(yùn)行。 ? 清管器在進(jìn)站管段受阻需進(jìn)行反沖。 ? 投產(chǎn)前管子預(yù)熱。 ? 先泵后爐流程： 下站來油 →閥組 →泵 →爐 →閥組 →上站 ? 先爐后泵流程 ： 下站來油 →閥組 →爐 →泵 →閥組 →上站 (4) 反輸流程 上站來油 →閥組 →爐 →閥組 →下站 應(yīng)用范圍： ? 輸量較?。? ? 輸油機(jī)組發(fā)生故障不能加壓； ? 供電系統(tǒng)發(fā)生故障或計劃檢修； ? 站內(nèi)低壓系統(tǒng)的管道或設(shè)備檢修； ? 作為流程切換時的過渡流程； ? 冷卻水系統(tǒng)中斷，使輸油泵機(jī)組潤滑得不到保證。 (5) 壓力越 站 流程 上站來油 →閥組 →下站 應(yīng)用范圍： ?加熱爐管破裂著火 ， 無法切斷油源 。 ?加熱爐看火間著火 ， 無法進(jìn)入處理 。 ?非全越站不能進(jìn)行站內(nèi)管道 、 設(shè)備施工檢修或事故處理 。 (6) 全越 站 流程 上站來油 → 閥組 → 泵 → 閥組 → 下站 應(yīng)用范圍： ? 停爐檢修； ? 地溫高，輸量大，熱損失小，可不加熱； ? 加熱爐系統(tǒng)發(fā)生故障，但可以斷油源。 (7) 熱力越站流程 (8) 收發(fā)清管器流程 發(fā)送清管器： 罐 (或上站 )→閥組 →泵 →爐 →閥組 →發(fā)送筒 →下站 罐 (或上站 )→閥組 →爐 →泵 →閥組 →發(fā)送筒 →下站 接收清管器： 上站 →接收筒 →閥組 →泵 →爐 →閥組 →下站 上站 →接收筒 →閥組 →爐 →泵 →閥組 →下站 該流程只有在清管時才使用。 以上幾個工藝流程并非每一個生產(chǎn)過程都使用，也不是每個站都具備，要根據(jù)各條管線及輸油站的具體情況選擇。 二、熱泵站上先泵后爐流程的缺點(diǎn) 熱泵站上 ， 站內(nèi)流程可以是 “ 先泵后爐 ” 也可以是 “ 先爐后泵 ” 流程 。 我國 70年代建設(shè)的管道大多采用先泵后爐流程 。 “ 先泵后爐 ” 流程存在以下缺點(diǎn)： 進(jìn)泵油溫低 ， 泵效低 進(jìn)泵油溫即為上站來油的進(jìn)站油溫 ， 是站間最低溫度 。由于原油粘度高 ， 使泵效下降 。 如任丘原油 60℃ 時粘度為 34m2/s， 40℃ 時為 80m2/s， 泵效下降 ％ ， 大慶原油 ，油溫從 60℃ 降到 30℃ ， 泵效降低 ％ 。 站內(nèi)管線常年在低溫下運(yùn)行 ， 又無法在站內(nèi)清管 ， 結(jié)蠟層較厚 ， 流通面積減小 ， 使站內(nèi)阻力增加 ， 造成電能的極大浪費(fèi) 。 如一條年輸量 2023萬噸的管線 ， 若一個站的站內(nèi)損失增加 10m油柱 ， 則一個站全年多耗電約 80萬度 。 站內(nèi)油溫低，管內(nèi)結(jié)蠟嚴(yán)重，站內(nèi)阻力大 加熱爐承受高壓 ， 投資大 ， 危險性大 加熱爐內(nèi)壓力為泵的出口壓力 ， 高達(dá) ， 爐管及附件都處于高壓下工作 ， 鋼材耗量大 ， 投資增加 ， 加熱爐在高壓下工作 ， 易出事故 ， 且難以處理 ， 嚴(yán)重時可能引起加熱爐爆炸 。 我國過去建設(shè)的管道采用先泵后爐的流程，是與旁接罐流程分不開的。在旁接罐流程下，若采用先爐后泵，則進(jìn)站壓力較低，加熱爐受上一站的控制。目前我國有些管線已經(jīng)將先泵后爐的流程改為先爐后泵流程。新設(shè)計的管線，不論是采用“泵到泵”輸送還是采用“旁接罐”輸送，都應(yīng)設(shè)計為先爐后泵流程，但進(jìn)站壓力一定要滿足加熱爐工作壓力的需要。 三、直接加熱和間接加熱 加熱輸送是目前輸送含蠟多 、 粘度大 、 凝點(diǎn)高的原油的普遍方法 。 對原油的加熱主要有兩種方式：直接加熱和間接加熱 。 直接加熱 即原油直接在 管 式加熱爐內(nèi)加熱 ， 爐膛四周并列排有爐管 ，原油從管內(nèi)流過 ， 被火焰和煙氣直接加熱 。 加熱爐直接加熱油品 ， 設(shè)備簡單 ， 投資省 ， 占地少 ， 但熱效率低且不安全 。 加熱爐爐膛溫度高達(dá) 700800℃ 以上 ，若管內(nèi)原油流速過低或偏流 ， 在某個部位就可能發(fā)生過熱 、結(jié)焦 ， 從而使局部過熱更嚴(yán)重 ， 容易引起燒穿爐管事故 ，運(yùn)行時要求爐內(nèi)保持一定的流速 ， 但流速大又會使?fàn)t內(nèi)的壓降增大 ， 一般 爐內(nèi)壓降 都在 。 我國過去所建管線使用的加熱爐多為方箱式加熱爐 ，爐 膛大 、 熱慣性大 ， 升溫降溫都需要較長的時間 ， 一般在正式投入運(yùn)行前要先用木材等烘爐 5天左右 。 若管線突然停輸 ， 由于爐內(nèi)溫度很高 ， 爐 管 內(nèi)的存油會汽化 ， 使?fàn)t 管 內(nèi)壓力過高 ， 或結(jié)焦穿孔 ， 易發(fā)生事故 。 以某種中間熱載體為熱媒 ， 燃料直接加熱熱 媒 ， 在換熱器中熱 媒 加熱原油 。 目前油田上廣泛采用的水套式加熱爐即為一種間接加熱系統(tǒng) 。 另外 ， 在東黃復(fù)線上 ， 我國從國外引進(jìn)的熱媒 爐間接加熱系統(tǒng)是長輸管線上 廣泛 使用的原油加熱系統(tǒng) ， 并已開始在老線的改造中使用 。 間接加熱 間接加熱的優(yōu)點(diǎn)： ① 運(yùn)行安全可靠 一方面熱媒蒸汽壓低 ， 加熱爐可在低壓下運(yùn)行 (運(yùn)行壓力約為 )；另一方面 ， 由于被加熱爐直接加熱的是熱 媒 而不是原油 ， 熱 媒 最高使用溫度在 316℃以上 ， 熱 媒 進(jìn)爐溫度為 121℃ ， 即熱 媒 的進(jìn)出爐溫差可達(dá) 195℃ ， 加熱爐直接加熱熱 媒 ， 一般沒有結(jié)焦問題 ， 因而避免了在加熱爐管內(nèi)的結(jié)焦問題 。 ② 原油在熱 媒 原油換熱器中走殼程 ， 壓力損失為 50～100kPa， 與直接加熱相比 ， 壓力損失可減少 1/2以上 。 ③ 熱效率高且效率基本上不隨熱負(fù)荷變化，因而對輸量和熱負(fù)荷的適應(yīng)性強(qiáng)。加熱爐的效率可達(dá) 92%以上，考慮到熱媒系統(tǒng)設(shè)備的動力消耗和熱 媒 罐、加熱管線及熱 媒 原油換熱器的熱損失又增加了能源損失，所以整個間接加熱系統(tǒng)的綜合熱效率要比熱 媒 加熱爐低 5%左右，可達(dá) 87%。 ④ 體積小 ,重量輕 ,便于實(shí)現(xiàn)加熱爐系統(tǒng)的輕型化和預(yù)制化。 間接加熱的 缺點(diǎn)： ① 設(shè)備多，占地面積大，投資大； ② 要求的 自控水平和操作水平高； ③ 熱 媒 為一種低毒有機(jī)化合物 ， 當(dāng)熱 媒 溫度高于 60℃ 時 ， 熱媒 與大氣接觸發(fā)生氧化 ， 所以必須用氮?dú)饷芊?。 第五節(jié) 輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié) 一、工況變化原因及運(yùn)行工況分析方法 運(yùn)行參數(shù)突變 ， 屬于不穩(wěn)定流動 。 這里只討論變化前后的穩(wěn)定工況 。 假設(shè)在各種工況變化的情況下 ， 經(jīng)過一段時間后 ， 全線將轉(zhuǎn)入新的穩(wěn)定工況 。 運(yùn)行分析的出發(fā)點(diǎn)是 能量供求平衡 。 分析方法有圖解法和解析法 ， 這里重點(diǎn)介紹 解析法 。 二、某中間泵站停運(yùn)時的工況變化 Lc1， △ Zc Lc， △ Zc+1 1 c1 c c+1 n Lc2, △ Zc1 L， △ Z 設(shè)有一條密閉輸送的長輸管道 ， 長度為 L， 有 n座泵站 ， 正常工況下輸量為 Q， 各站的站特性相同 ， Hc=ABQ2m， 假設(shè)中間第 c 站停運(yùn) 。 輸量變化 c 站停運(yùn)前輸量： Q c 站停運(yùn)后輸量變?yōu)椋? 由于 c 站停運(yùn)，全線泵站所提供的總能量減小，所以輸量減下，即： ??等溫輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié)