中国石油大学《输油管道设计与管理》5.3.pptVIP

第三节 热油管道的停输温降及再启动 热油管道在运行过程中，由于种种原因，不可避免地会发生停输。停输的原因可以分为两大类：事故停输和计划停输。 热油管道的停输温降及再启动 不论是计划停输还是事故停输，都有一个安全停输时间的确定问题。对于计划停输，制定停输计划时要考虑最长允许停输时间多长；对于事故停输，制定抢修计划时也要考虑允许的停输时间。 热油管道停输后，由于管内油温不断下降，粘度增大，管壁上的结蜡层增厚，会使管道再启动时的摩阻增大。当油温降至凝固点以下时，可能在整个管子断面上形成网络结构，必须有足以破坏凝油网络结构的高压，才能使管线恢复流动，而最高压力要受泵和管线允许强度的限制。所以为了保证管线的顺利启动，必须了解管路在各种情况下停输后的温降规律，以确定顺利再启动的允许停输时间以及停输后必须采取的措施。 热油管道的停输温降及再启动 管道停输后的温降过程同样属于不稳定的传热过程。温降规律受多种因素的影响。目前还没有成熟的计算方法。目前采用的计算方法主要有两类。一类是根据简化后导出的近似公式计算；另一类就是利用数值方法上机求解。管线的再启动压力除了与管内存油的温度有关外，还受油品性质、管线强度等因素的影响，更没有成熟的计算方法。目前常用的计算方法偏于保守，还有待于深入研究。 一、架空及水中管道停输后的温降计算 ㈠重油管道的停输温降计算 架空和水中管道停输后，管路向外散失的热量就是管内存油和钢管降温所放出的热量。因此，其温降比埋地管线快得多，可近似按集总热容系统计算。 ①忽略断面上的温降梯度 ③不考虑油品物性随温度的变化 ⑤不考虑保温层的热容量 简化处理： ④假设环境温度T0不随时间变化 ②认为管道总传热系数 为常数 在 dτ时间内的热平衡方程为 将上式积分并整理后可得： 热油管道的停输温降及再启动 式中： D、D1、D2—管道平均直径、钢管内径、外径，m —停输后油至外围空气或水流的总传热系数,w/m2℃ Cg、ρg—钢材的比热和密度 T0—外围大气或水流的温度，℃ Tτ—停输 τh 后的油温，℃ TQ—开始停输时的油温，℃ τ—停输时间，h Cy、ρy—油的比热和密度，J/kg℃，kg/m3 热油管道的停输温降及再启动 4584=3600*4/π为将时间由秒化为小时后得到的系数 水下重油保温管道的停输温降曲线 ㈡热含蜡原油管道的停输温降计算 下图为实测的架空热含蜡原油管道的停输温降曲线。 热含蜡原油管道的停输温降曲线 根据温降曲线，其降温过程可分为三个阶段： 第一阶段（ T TSL）： 第二阶段（ TNG TTSL ）： 随油温和壁温的继续降低，一方面蜡不断结晶析出，使管壁处的原油首先失去流动性，而变成凝油层。随着凝油层的不断加厚，热阻增加；另一方面，油流粘度增大，自然对流放热系数变小，也使热阻增大。而蜡的结晶析出又放出潜热，因而这一阶段的油温下降最慢。 管壁上的凝油层很薄，管内存油至管外大气或水的传热方式主要是对流放热，且由于该阶段油与周围的温差较大，放热强度大，温降快，且整个断面上的油温基本均匀，没有大量的蜡晶析出。该阶段的温降可采用与水下和架空重油管道的停输温降计算方法计算。 该阶段的温降属于有相变和移动边界的传热问题，目前还没有成熟的方法，可根据实测的原油C-T关系用数值方法求解。 第三阶段（T TNG ）： 管内存油全部变成凝油，油中的传热方式变为纯导热。由于第二阶段发生相态变化，中心油温变化较小，所以该阶段中心油温下降速度快于第二阶段。但由于油温较低，与环境温差较小，温降比第一阶段要缓慢的多。 热油管道的停输温降及再启动 目前计算第二、三阶段温降较常用的方法是数值方法。下面是部分数值计算结果。 初始状态温度分布（管中心60度） 初始状态速度分布（管中心60度） 5小时后温度分布 10小时后温度分布 23.1小时后温度分布（纯导热） 65小时后温度分布（纯导热） 二、埋地管道停输温降计算 埋地热油管道周围土壤的蓄热量很大，比管内存油的热容量大几十倍甚至上百倍。故埋地管线的温降主要取决于土壤的冷却。埋地热油管的温降过程可分为二个阶段： ①管内油温较快地冷却到略高于管外壁处的土壤温度 ②管内存油与土壤作为一个整体而缓慢冷却 埋地管道停输后的温降不同于架空管道的特点： 蜡晶析出放出潜热而使温降减慢的第二阶段不明显。 ㈠第一阶段温降计算 由于该阶段时间较短，可以认为： ③油品物性为常数 。 ①管道总传热系数 等于正常运行时的K值 ； ②自然地温T0为常数 ； 第一阶段内油温迅速降至略高于管外壁土壤约2～3℃， 可认此时外壁处土温Tb0不变。则第一阶段的停输时间可按下式计算 ： ，若 Tb0 低于凝点，则Ty1 等于凝点。 ㈡第二阶段温降计算 1、恒热流法 该方法