加热输送管道的工艺计算

上式称为轴向温降基本公式，也就是著名的苏霍夫公式。 根据加热站间距LR，可求得下一站的进站油温为：
TZ T0 TR T0 eaLR
温降曲线的特点：由图可知：
T
①温降曲线为一指数曲线，渐近 TR 线为 T=T0
②在两个加热站之间的管路上，各 T
处的温度梯度不同，加热站出口 处，油温高，油流与周围介质的
加热输送管道的工艺计算
随着世界能源需求的增长，易凝和高粘原油的产量不断增加。目前我 国所产原油大多为这两种原油。生产含蜡原油(waxy crude)的油田主 要有：大庆油田、胜利油田、中原油田、华北油田、河南油田、长庆 油田、克拉玛依油田、辽河油田的沈阳采油厂等。生产稠油(thick oil, heavy oil)的油田有：辽河油田、胜利的单家寺油田和孤岛油田、塔里 木油田等。含蜡原油的特点是含蜡量高、凝固点高、低温下粘度高、 高温下粘度低。如大庆原油，凝固点为28～32℃，50℃运动粘度约为 20~25×10-6m2/s (即20~25 cSt)，胜利含蜡原油的凝固点为23～32℃， 50℃运动粘度约为80～90×10-6m2/s。稠油的特点是凝固点很低，通常 低于0℃，但粘度很大，如孤岛原油凝固点为-2.3～4.9℃，50℃运动
第一节 热油管道的温降计算
一、加热输送的特点
1、什么是热油管道？ 所谓热油输送管道是指那些在输送过程中沿线油温 高于地温的输油管道。对于热油管道，一般来说， 其沿线的油温不仅高于地温而且还高于油品的凝固 点。
在热油沿管路向前输送过程中，由于油温高于管路周围的 环境温度，在径向温差的作用下，油流所携带的热能将不 断地向管外散失，因而使油流在前进过程中不断地降温， 引起轴向温降。轴向温降的存在，使油流的粘度在前进过 程中不断升高，单位管长的摩阻逐渐增大，当油温降至凝 固点附近时，单位管长的摩阻将急剧升高。故在设计管道 时，必须考虑：a. 当油温降到什么温度时需要建一个加热站？b. 需
粘度约为2000×10-6m2/s。除此之外，还有粘度超过20000×10-6m2/s 的超稠油。
凝固点(Freezing point)：是指在规定条件下(热力和剪切条 件下)所测得的油样不流动的最高温度。我国常把它作为评 价原油流动性的指标之一。西方国家常用的是倾点(Pour point)，它与凝固点有所不同。倾点是指在规定条件下测 得的油样刚开始流动的最低温度。由于测量方法的不同， 因而两者在数值上亦有差别，实际上凝点是通过降温测量， 而倾点是通过升温测量。对于同一种原油，倾点一般比凝 固点高2～3℃。
将油流加热到多高的温度才能输入管道？c. 热油管沿线的油流热损失 和压力损失如何补充？（加热站和泵站补充）
2、与等温管相比，热油管道的特点是：
① 沿程的能量损失包括热能损失和压能损失两部分。
② 热能损失和压能损失互相联系，且热能损失起主导作用。 设计热油管道时，要先进行热力计算，然后进行水力计算。 这是因为摩阻损失的大小取决于油品的粘度，而油品的粘 度则取决于输送温度的高低。
③ 沿程油温不同，油流粘度不同，沿程水力坡降不是常数， i≠const。一个加热站间，距加热站越远，油温越低，粘 度越大 ，水力坡降越大。
二、热油管道沿程温降计算
1．轴向温降公式的推导 基本假设 ： ①稳定工况。包括热力 、水力条件稳定，即各站的进 出站温度不随时间而变化，输量也不随时间而变化。 ②油流至周围介质的总传热系数K沿线为常数。 ③沿线地温T0和油品的比热C为常数
T0 0
温差大，温降快，曲线陡。
L
dL
随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此当出站温度提高 时，下一站的进站油温TZ不会按比例提高。如果TR提高10℃， 进站油温TZ一般只升高2～3℃ 。因此为了减少热损失，出站 油温不宜过高。
考虑摩擦升温时的轴向温降计算
油流沿管道向前流动过程中,由于摩擦阻力而使压力不断下 降。这部分压力能最终转化为摩擦热而加热油流。上面讨 论的温降基本公式，未考虑摩擦热的影响，故只能用于流 速低、温降大、摩擦热影响较小的情况。
利用与推导苏霍夫轴向温降基本公式相同的方法：
管线向周围介质的散热量=油流温降放热+摩擦热
即：KπD(T-T0)dL=-GCdT+GgidL
整理得:

KD
GC
T

T0
原油的高含蜡、高凝固点和高粘度给储运工作带来以下几个方面的问题：
1、由于原油的凝固点比较高，一般在环境温度下就失去流动性或流动性 很差，因而不能直接常温输送。
2 、 在 环 境 温 度 下 ， 含 蜡 原 油 即 使 能 够 流 动 ， 其 表 观 粘 度 ( Apparent Viscosity)也很高。对于稠油，虽然在环境温度下并不凝固，但其粘度 很大。因此无论是高含蜡原油还是稠油，常温输送时摩阻损失都很大， 是很不经济的。
3、易凝高粘原油给储运系统的运行管理也带来了某些特殊问题，主要有：
①储罐和管道系统的结蜡问题 ；
②管Байду номын сангаас停输后的再启动问题。
对于易凝高粘原油，不能直接采用第二章讲的等温输 送方法，必须在输入管道前采用降凝降粘措施。加热 输送是目前常用的方法，即将油品加热后输入管路， 提高油品温度以降低其粘度，减少摩阻损失，借消耗 热能来节约动能。这一章我们将来讨论热油输送管道 的工艺计算问题。
设有一条热油管道 ，管外径为 D ，周围介质温度为 T0 , 总 传热系数为 K ,输量为 G ，油品的比热为C ，出站油温为 TR， 加热站间距为 LR。
在距加热站为L处取一微元段dL，设此处断面油温为T，油 流经过dL段的温度变化为dT，故在L+dL断面上油温为T+dT， 稳定传热时，dL段上的热平衡方程为：
KπD (T-T0)dL=－GCdT
dT KD
dL T T0 GC
TR
T
L
dL
对上式积分 :
TL dT
KD
L
dL
TR T T0 GC 0
即：
ln TR T0 KD L aL a KD
TL T0 GC
GC
或：
TL T0 (TR T0 )eaL