中国石油大学(华东)输油管道设计与管理储运课件32

ΔΖ
Η
sZ
为翻越点或终点要求的动水（剩余）压力；
hξ为一个加热站的站内损失，一般取10～20m油柱。 说明：当有翻越点时，翻越点一般不与加热站重合，故 翻越点到其前一站的平均油温要高于整个加热站间的平 均油温，准确计算摩阻应按这一段的平均油温计算。但 在设计计算中，为了简化计算，一般仍按热站间的平均 水力坡降计算该段的摩阻。
三、热油管道摩阻计算的分区
含蜡原油在加热输送时可能发生流态和流型的转变，即当油 温降至反常点时，管内流动由牛顿流型转变成非牛顿流型； 或当粘度增大至某值时，虽然仍为牛顿流型，但流态却从紊 流转入层流。 牛顿体 非牛顿体
TR
T反 常 点
LJ
TZ
牛顿紊流到牛顿层流的临界粘度为： LJ 4 Q / D 1 Re
思考题
当全线热力条件不同时，热油管路的翻越点判断要 注意哪些问题？ （水力坡降的选取，最好用所需的总压头或剩余压 头判别，而所需的总压头或剩余压头应按热力条件 分段计算）。
2、布站 热油管道的泵站布置不同于等温管道，其特点是： (1) 加热站间管道的水力坡降是一条斜率不断增大的曲线。
(2) 在加热站处，由于进、出站油温突变，水力坡降线的斜 率也会突变，而在加热站之间，水力坡降线斜率逐渐 变化，如下图所示。
⑶根据Tpj计算对应的油品粘度υpj及该小段的摩阻
h Ri Q
2m

m pj
D1
5m
li

则整个加热站间的摩阻为 h R
h
i 1
n
Ri
不论热油管线处于层流还是紊流，都可以采用分段计算 法计算摩阻。分段越小，每段的温降越小，摩阻计算越 精确，当然计算量也就越大。因此分段法更适合于计算 机计算。

由υLJ可求得TLJ，由轴向温降公式可求得紊流与层流的转变点。 式中：ReLJ—临界雷诺数 Q—管道的流量，m3/s
热油管道由于径向温降的影响，使得Re达到1000时管内流 动就转变为紊流，不一定要达到2000。 对于大直径的热含蜡油管道，加热站间常见的流态变化为： 从加热站出口处的牛顿紊流→非牛顿紊流→非牛顿层流 对于高粘度的热重油管道，常见的流态变化为： 牛顿紊流→牛顿层流→非牛顿层流
第三节 确定和布置加热站、泵站
一、确定加热站数及其热负荷
确定了加热站的进、出口温度，即加热站的起、终点温度TR 和 TZ 后，可按最低月平均地温，及全线的近似K值估算加热 站间距 LR 。
L R GC KD ln T R T0 b T Z T0 b
加热站站数 nR 按下式计算并化整
4、径向温降对摩阻的影响
热油管道径向的速度和温度分布
由于热油沿径向散热，所以油流在径向存在温度梯度，管中 心温度较高，管壁处较低。径向温降的存在，使管内油品沿 径向产生自然对流，加剧了油流的扰动，使流速分布发生畸 变，从而引起附加摩阻损失，通常用径向温降摩阻修正系数 来表示。从而加热站间管路的摩阻损失为:
(1)根据TR 和Tz确定整个加热站间是否有流态转变，若站间 有流态转变，则摩阻应分段计算; (2) 按照平均油温和计算输量计算站间的平均水力坡降i，并 用此值判断有无翻越点（一般用图解法）; (3)计算全线所需压头HR 。当全线K值相同时，加热站一般 按等间距布置考虑。所以各个站间的摩阻hR相同，因此 无翻越点时，全线所需压头为:
H
R
n R h R n R h ξ ΔZ H
sZ
若加热站间热力条件不同，则：
H
R


j1
nR
h Rj n R h ξ ΔΖ Η
sZ
有翻越点时，全线所需压头为：
H
R
h RL
f
h
ξ
ΔΖ
f
Η sZ
式中：HRLf为起点到翻越点的摩阻损失;

h
f
为翻越点之前各加热站的站内损失之和； 为翻越点与起点的高程差；
(1) 按热力计算结果在纵断面图上初布热站，若全线K、 T0基本相同，一般按等间距初布热站。 (2) 布置泵站。有两种情况： ① 紊流区工作的热油管道，摩阻是按平均温度法计算 的，水力坡降也按平均温度计算。首先按新确定的 热力参数和泵站数，计算管线的工作点及水力坡降， 然后按与等温管道相同的方法布站。新计算的工作 点输量可能大于计算输量，若要维持计算输量，可 以降低某些泵站的扬程，布站时应按工作点输量下 的水力坡降和各站扬程布站。
(3) 站址的调整
在纵断面上初布确定加热站和泵站的位置后，常需要调整加热站和泵 站的位置。尽量使两者合并成热泵站。这样可以节省投资和经营费用， 方便输油管理。我国在平原地区建设的热油管道，一般都能满足这一 要求。因为对于平原地区，加热站等间距布置，泵站也接近等间距布 置，因而进行适当的调整后比较容易做到热泵站合并。 但是并不是所有情况下都能做到加热站和泵站合并。譬如在地形起伏 较大的山区，上坡段的泵站间距可能远小于热站间距，会有单独的泵 站；在下坡段，泵站间距可能远大于热站间距，需要设置单独的加热 站。因此可能存在三种形式的站：热泵站、加热站和泵站。
二、计算热油管道摩阻方法
热油管道摩阻计算有三种方法： (1) 平均温度计算法 (2) 分段计算法 (3) 基于粘温关系的方法 1、平均油温计算法 输送含蜡原油的管路多在紊流光滑区工作，此时摩阻与 粘度的0.25次方成正比，当加热站间起终点温度下的粘 度相差不超过一倍时，取起终点平均温度下的粘度，用 等温输管的摩阻计算方法计算一个加热站间的摩阻，误 差不会太大。具体步骤是：
3、由粘温关系式推导的摩阻计算式
基本思路：以列宾宗公式为基本计算公式，在前述温降公式 和粘温方程的基础上，列出热油管道摩阻计算的微分方程式， 然后积分求解(该方法又称为理论公式法)。
在距加热站出口为l的地方取一微元段dl，此处油温为T，粘度 为υ，管内径为D1，根据列宾宗公式，微元段上的摩阻为：
dh R Q
①计算加热站间油流的平均温度 Tpj ，T pj

1 3
(T R 2T Z )
②由粘温特性求出温度为Tpj时的油流粘度υpj。
③一个加热站间的摩阻为：
hR Q
2m

m pj
D1
5m
LR
2、分段计算法 当站间起终点粘度变化较大时，用站间平均温度法计算摩 阻损失误差较大。此时可将站间分成若干小段，分段计算 管路的摩阻。其方法是：
2m

m
D1
5m
dl
①
由微元段的热平衡方程可得到：
dl Gc dT K D T T0 b Gcl
R
dT
K Dl R T T 0 b

lR
dT
al R T T 0 b
②
粘温关系取粘温指数方程：
T e
R
u( T TR )
T e
R
l 1 AR e
mu ( T R T 0 b )
Ei
mu ( T R T 0 b ) Ei mu ( T Z T 0 b )
上述公式可用于分析热油管道特性及其变化规律。帮助指 导生产管理。但该公式要用到幂积分函数，计算较麻烦。 另外，对于含蜡原油，粘温关系式用某一个方程描述也不 合适，故工程上很少采用。 最后强调一点无论采用什么方法计算摩阻，都要先判断流 态。如果中间有流态转变，则应分段计算摩阻。
(4) 设计算输量下泵站的扬程为HC，泵站站内损失为hc， 一般取hc＝10～20m油柱，则所需泵站数为：
np H H
c R
hc
显然也存在np的化整问题。np的化整要与加热站数的化 整相结合，进行综合考虑。化整的原则与等温管道相 同，不同的是热油管道的输量调节更方便，即还可以 通过调整热力参数来调节。
h R hT l r
R
式中： Δr—径向温降摩阻修正系数； r ( bi / y ) ε—系数，层流为0.9，紊流为1.0 ω—指数，层流为1/3~1/4，紊流为1/3~1/7
υbi—管壁平均温度 Tbi下的油品运动粘度 υy—油流平均温度 Ty 下的油品运动粘度
②层流输送时，沿线油流粘度变化较大，水力坡降变 化较大，摩阻应按分段法计算。按实际的水力坡降 线布站。分段按平均温度计算各段的摩阻hi ，然后 在图上画出水力坡降线。加热站间的水力坡降线是 一条斜率不断增大的曲线。在下一加热站处，由于 油温突变，水力坡降线的斜率也发生突变，然后又 重复前面的过程。 当然对于紊流区运行的热油管道也可采用这种方法 布站。
式中： R—加热系统的效率； η E —燃料油热值，kJ/kg
g q E R 3600
二、确定泵站数、布站
1、泵站数确定 热油管路泵站数的确定不同于等温管的特点： 泵站数不仅取决于管径和泵站的工作压力，还取决于热力 条件，即必须在热力条件已定的基础上计算全线摩阻损失 以确定泵站数。 假设确定泵站数之前热力计算已经完成，即全线有座nR 个加热站，加热站的进出站温度为Tz和TR，热站间距为 LR，则泵站可按下述步骤确定：
Re
LJ
2000
4Q
D 0 LJ
求得 LJ
4Q
D 0 Re
LJ
② 由原油的粘温关系求出与υLJ对应的温度TLJ。 ③根据TLJ由温降公式计算紊流段长度：
LT GC KD ln T R T0 b T LJ T 0 b
则层流段长度为： L L L R L T 2、分别计算层流段和紊流段的摩阻hL和hT。注意层流段要 乘以径向温降附加压头损失系数Δr ，加热站间摩阻损 失为： h R hT h L
nR L / L R
式中： L—管路总长，m; L’R—初步计算的加热站间距，m
加热站的有效热负荷 q 可根据所要求的进、出站温度TR 及 TZ 计算如下