热油管道的运行管理资料课件

第一节热油管道的运行特性第二节热油管道的投产第四节热油管道的停输再启动热油管道的运行管理第三节含蜡原油管道的蜡沉积及清管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：

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：

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：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。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>TR1②维持出站油温TR一定运行的热油管路的工作特性

定性分析摩阻随输量的变化趋势如下：两方面因素引起的摩阻变化趋势正相反，这与维持TZ一定时不同。在实际运行的输量范围内，一般随Q↑H↑，但H随Q的变化要比等温管和维持TZ一定时要平缓些。如果在某输量Q0下，进站温度为TZ0，出站温度为TR0，保持TZ0

运行的管路特性曲线一定位于保持TR0运行的管路特性曲线的上方（为什么？），如图所示。QHO维持TZ一定H0Q0维持TR一定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，Q↑H↓的区域就是热油管道的不稳定工作区。①理论分析

根据热油管路摩阻计算公式：

当d、LR、T0、K一定时，式中的hT0/AR

只是流量的函数，且hT0/AR∝Q3-m，hT0/AR随流量Q的增大而增大。

现在来看一下大括号中各项的值，TR一定，Ei[-mu(TR-T0)]不随Q而变；Q↑TZ↑，mu(TZ-T0)↑，Ei[-mu(TZ-T0)]↓，故大括号中的值随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。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。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)，如果油品在该温度区内的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。

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、临界输量

Ⅱ、Ⅲ两区的分界流量叫做“临界流量”，这也是热油管道正常运行的一个“允许最小输量”。我们前面讲温降公式时已经知道热油管道有一个允许最小输量，为了便于区别，我们把用温降公式得到的最小输量称为“热力条件允许的最小输量”，而把这里提到的临界输量称为“管路特性允许的最小输量”。显然，某一条热油管道的允许最小输量是它们两个中的较大值。5、影响临界输量的因素

（1）粘温特性当

时，摩阻与流量曲线就没有极点，

即对于粘度随温度变化较缓的油品，较不易进入不稳定工作区。

（2）流态由公式可知，在m=0.25的紊流区，只有当

摩阻与流量曲线才出现极点。在层流时出现极点的条件是（3）地温（5）热站间距（6）出站油温（4）总传热系数预防热油管道运行进入不稳定工作区工作，首先要对具体的管道的条件，进行其特性的分析，确定管道的允许最小输量，并在运行中要检测和及时分析管道流量与压力的变化趋势，以便了解管道所处的状态。6、热油管道运行进入不稳定工作区的预防及处置

按照运行管理技术规范，热油管道在正常稳定运行情况下，一般不应该出现不稳定工作区。但低输量运行的热油管道在某些非正常情况下可能进入不稳定工作区。比如出现非正常情况，要求提高出站温度来保持全线的平均油温不降低，由于温度提升的滞后性，处理不当就有可能将管道带入不稳定工作区。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。一旦发现管线进入不稳定工作区，要尽量使其回到稳定区(大流量区)，可采取的措施有：

上面讨论的热油管路的工作特性没有考虑管内壁结蜡，也未考虑含蜡原油在油温高于凝点5℃左右时已具有非牛顿流体性质，在热含蜡油管道的实际运行中，当流动处于层流状态时，加上这两方面的影响，使管道更容易进入出现不稳定区工作，可能导致管道的停流、初凝事故。另外，管道进入不稳定区工作后，并不会马上出现停流凝管事故，只要及时采取措施就可以避免凝管事故的发生。

二、影响热油管道温降的因素土壤温度场、土壤湿度、大气温度以及管道运行参数的变化，均会影响热油管道的散热情况。(一）土壤自然温度场的变化管道埋深处土壤温度是影响热油管道的散热的主要因素。由于土壤与大气间的热交换，土壤自然温度场不断随时间变化，而且不同深度，土壤的温度也不同。一般昼夜气温变化对土壤的影响范围小于0.5m。更深处的土壤温度只受旬和月气温的变化。根据传热学知识，土壤温度随深度及时间变化可按地表温度推算：式中——地表面年平均温度，℃；——一年中的最高地表面温度，℃；τ——从地表面最高开始计算的时间，h；τ0——地表温度的波动周期，τ0

=365.25天=8766h；

y——从地表垂直向下的深度，m；——土壤的导温系数m2/h。当缺乏的表面温度资料时，根据气温推算土壤温度随深度和时间的变化：式中τ——从日平均气温最高日开始计算的时间，h；

其余符号意义同前。——年平均气温，℃；——一年中的日平均最高气温，℃；——土壤与大气的换热系数，W/(m2.℃)；

式中

实际上是地表面温度波幅相对于大气温度波幅

的减小系数，而

是地表面温度变化比大气温度变化落

后的相位角。若取y=0，，则得到大气温度随时间的变化规律：濮阳地区日平均气温实测与计算结果比较计算值实测值濮阳地区20cm处实测地温与计算结果比较计算值实测值濮阳地区120cm处实测地温与计算结果比较计算值实测值当提高加热站出站油温后，管道散热量增大，在建立新的温度场过程中，各点的土壤温度都要相应升高，即需要向土壤中蓄入一定的热量。故管道在新的温差情况下所散出的热量，除了原来的散热损失外，还要用于周围土壤的蓄热，即其热损失增大，在一段时间内，表现为K值的增大。同样，加热站的出站温度下降时，由于在重建温度场的过程中，管周围的土壤放出一部分蓄积的热量，将使管道的热损失减少，在一段时间内，表现为K值的下降。若正直雨季或地下水位较高时，土壤湿度变大，使土壤导热系数增大，加之水份的热迁移作用，使K值增大。(二）季节和运行参数的变化对总传热系数的影响需要特别指出的是传热系数反应的是传热的热阻，如果热阻不变，传热系数也不会变，与传热的稳态与不稳态无关，前面讨论季节和运行参数对传热系数的影响是基于用稳态传热的方法用于不稳态传热，传热系数是用稳态轴向温降公式反算出来的，传热系数变化不一定表示传热热阻的变化，在没有很好方法出现以前，只能用这样的传热系数来说明不稳态传热过程中的管道散热和土壤蓄热量情况的变化。三、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:（一）热油管道优化运行式中ey－燃料油价格,元/吨；ed－电力价格,元/（kW.h)；BH－燃料油热值,kJ/kg；cy－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，m；LR－热站间距,km。对于一条已定管线，当输量Q一定时，TR上升，热损失上升，燃料费用SR上升。但由于站间平均温度升高，摩阻减少，动力