热油管道运行特性

热油管道运行特性第一页，共23页。第一节热油管道的运行特性一、热油管道的工作特性1、热油管道工作特性的特点前面讲热油管道特点时曾指出，热油管道不同于等温管道的特点就在于热油管道存在两种能量损失。即摩阻损失和散热损失，这个特点决定了热油管道与等温管道不同的工作特性。对于等温管路：第二页，共23页。即管路已定(即D、L、ΔZ、T0或υ已定)时，H是Q的单值函数，H=f(Q)。当D、L、ΔZ、T0、K及所输油品物性已定时，摩阻H不仅是输量Q的函数还是粘度υ的函数，而υ又是温度的函数，因此，对于热油管路，H是Q和T的二元函数，即：H=f1(Q,T)=f2(Q,TR)=f3(Q,TZ)对于热油管路：第三页，共23页。对于一条确定的热油管路，D、L、ΔZ、T0、K一定，在某输量Q下，当TR已定时，由温降公式知，TZ也就定了，反之亦然，即TR、TZ两个热力参数中只有一个是独立的，它们要受沿线温降规律的约束。设计时一般按维持TZ不变计算。运行时，往往是控制TR，这样只需根据出站油温TR来调节加热炉的点炉台数、火咀数、送风量及燃料油量，控制方便。2、热油管道的工作特性在讨论热油管道的工作特性时，只有规定管道的热力条件才有意义，一般有两种情况：第四页，共23页。①维持出站油温TR一定运行；②维持进站油温TZ一定运行。下面分别讨论各种情况下的管路工作特性。①维持进站油温TZ一定运行的热油管路的工作特性先来分析一下维持TZ一定时特性曲线的变化趋势。Q变化时，影响摩阻H的因素有两个方面：总的趋势是Q↑H↑，即H=f(Q)是单调上升的曲线。第五页，共23页。与等温管相比，影响热油管工作特性曲线的因素除了管线参数和油品粘度以外，还有管线沿线的散热条件和油品的粘温特性。当温降快、粘温曲线较陡时，管路特性曲线变化也较剧烈，故散热条件如T0、K及粘温指数u等参数也会影响热油管路的工作特性。维持TZ一定时的管路特性曲线如图所示。TZ不同时，沿线油温分布不同，特性曲线亦不同。TZ高则沿线油温高，摩阻损失小，故HTz2-Q曲线总是在HTz1-Q曲线的下方。QHHTz1HTz2Tz2>Tz1第六页，共23页。②维持出站油温TR一定运行的热油管路的工作特性维持出站油温TR一定时，摩阻随输量的变化趋势与维持TZ一定时有所不同，定性分析如下：两方面因素引起的摩阻变化趋势正相反。一般在实际运行的输量范围内，Q↑H↑的趋势是主要的。故随着Q增大，摩阻H是增大的，但H随Q的变化要平缓些。第七页，共23页。维持TR一定时的管路特性曲线如图所示。TR不同时，沿线油温分布不同，特性曲线亦不同。TR高则沿线油温高，摩阻损失小，故HTR1-Q曲线总是在HTR2-Q曲线的上方。QHHTR1HTR2TR2>TR1第八页，共23页。如果在某输量Q0下维持TZ一定运行时的出站油温TR正好等于维持TR一定运行时的出站油温TR0，此时两者进站油温相同，均为TZ0，摩阻也相同，均为H0，则随着Q的上升，维持TR一定时的管路特性曲线要比维持TZ一定时的管路特性曲线平缓（为什么？），如图所示。QHO维持TZ一定H0Q0维持TR一定第九页，共23页。这是因为，维持TR不变时，出站油温始终为TR0，Q增大，沿程温降减小，终点油温将大于TZ0；而维持TZ不变时，终点油温始终为TZ0，Q增大时TR下降，TR<TR0。因此，维持TR不变时的全线平均油温将高于维持TZ不变时的平均油温，所以维持TR不变时的特性曲线要比维持TZ不变时的特性曲线平缓。3、热油管路工作特性的不稳定区前面讲过，维持TR一定运行的热油管道，在正常运行的输量范围内，Q↑H↑的趋势是主要的，但当Q较小、输送的油品粘度较大时，可能出现Q↑H↓的反常现象，使热油管道进入不稳定工作区。第十页，共23页。①理论分析：根据热油管路摩阻计算公式：当D1、LR、T0、K一定时，式中的前一项hT0/AR

只是流量的函数，且hT0/AR∝Q3-m，即hT0/AR随流量Q的增大而增大。第十一页，共23页。现在来看一下花括号中各项的值，TR一定，Ei[-mu(TR-T0)]不随Q而变；Q↑TZ↑，mu(TZ-T0)↑，-Ei[-mu(TZ-T0)]↓，故花括号中的值随Q上升而下降，与hT0/AR的变化趋势相反。因此函数hR=f(Q)可能有极值点。另外，当Q＝0时，hR=0，而当Q很大时，hR→hTR，即hR将随Q的增大由0增大到极大值，然后又随Q的增大而减小。但hTR∝Q2-m，故hR减少到一定值后又必然随Q的增大而增大，即存在一个极小点，也就是说hR=f(Q)曲线可能存在两个极值点。第十二页，共23页。②热油管道的不同流量区维持TR一定运行的热油管道的工作特性按流量可以分为三个区，如图所示。HQIⅡIIITZQT

0Ⅰ区—小流量区在这个区，流量很小，温降很快。在很长一段距离内，油温接近环境温度T0，T≈TZ≈T0。随Q

增大,TZ

变化不大，粘度变化很小，H=f(Q),但该区粘度较大，因而随着Q的增大,摩阻H急剧增大。在这一区工作很不经济，所以热油管路不能在该区工作。第十三页，共23页。HQIⅡIIITZQT

0Ⅱ区—中等流量区一方面Q↑V↑H↑，另一方面，Q↑TZ↑↑,Tpj↑↑(显著增大)，且在该温度区内粘度随温度的变化较剧烈，Tpj的显著上升将引起粘度υ的显著下降υ↓↓，使摩阻H↓。故可能出现随着流量的增大，摩阻反而下降的现象。Ⅱ区称为不稳定区，当热油管道在该区内运行时，常可能由于某些外界因素的影响，而使工作点发生变化，进入Ⅰ区。热油管道在该区运行既不经济又不安全。第十四页，共23页。Ⅲ区—大流量区

一方面随着Q的增大，流速增大而使摩阻增大；另一方面，随着Q的增大TZ升高，但变化不大，粘度下降不多。粘度的下降引起的摩阻下降小于Q的上升引起的摩阻升高。结果表现为Q↑H↑，该区是热油管道的正常工作区。热油管道应在Ⅲ区运行，避免进入Ⅰ、Ⅱ区。HQIⅡIIITZQT

0第十五页，共23页。右图是一条管内径259mm，长20.5km，输送重油的热油管道，在TR=50℃，T0=0℃时的特性曲线，流态为层流。图中给出了不同粘温指数下的特性曲线。由图知，当粘温指数u减小时，不稳定区缩小，当u<0.06时，不稳定区消失，曲线无极值点。4、出现不稳定区的条件

第十六页，共23页。现在我们来研究摩阻流量计算公式的极值问题。令dhR/dQ=0，可以求得u取定值时hR=f(Q)曲线的两个极值点。极值点的位置与u有关，对于紊流情况，m=0.25，只有当u(TR-T0)>20时，曲线才会出现极值点。若取u=0.1(一般油品的u值都小于0.1)，则只有当TR-T0>200℃时才会出现不稳定区，这在实际中是碰不到的。所以说在紊流情况下，不会出现不稳定区。在层流情况下，m=1，出现极值点或不稳定区的条件是u(TR-T0)>3，若取u=0.05，则TR-T0>60℃时就会出现不稳定区。若取u=0.1，则TR-T0>30℃时就会出现不稳定区，这在实际中是经常可以遇到的。第十七页，共23页。维持出站油温TR不变运行，粘温指数u为常数，层流(m=1)，u(TR

-T0)>3出现不稳定区的条件第十八页，共23页。输送重油的管道，u值较大，TR较高，且一般在层流区运行，极易满足上述条件，很容易出现不稳定区。一旦发现管线进入不稳定区，要尽量使其回到稳定区(大流量区)，可采取的措施有：

1、在管线允许和可能的情况下，尽量提高出站油温。2、开启备用泵或未开的泵站，尽快提高输量。3、在上述两种措施都不行的情况下，输入轻质油品(或热水)，用轻油(或热水)将重油从管道中置换出来。第十九页，共23页。二、热油管道经济运行方案

运行方案的经济性一般可用能耗费用S来衡量。对于热油管道，能耗费用包括动力费用Sp

和燃料费用SR:第二十页，共23页。式中：ey－燃料油价格,元/吨ed－电力价格,元/kWhBH－燃料油热值,kJ/kgCy－所输油品比热，kJ/kg℃ηR－炉效ηpe－泵机组效率，ηpe=ηpηe

H－加热站间管路所需压头，mLR－热站间距,km第二十一页，共23页。对于一条已定管线，当输量Q一定时，TR上升，热损失上