輸油管道設(shè)計(jì)與管理53

1、第四節(jié)第四節(jié) 熱油管道的停輸再啟動(dòng)熱油管道的停輸再啟動(dòng)熱油管道在運(yùn)行過(guò)程中，由于種種原因，不可避免地會(huì)發(fā)生熱油管道在運(yùn)行過(guò)程中，由于種種原因，不可避免地會(huì)發(fā)生停輸。停輸?shù)脑蚩梢苑譃閮纱箢?lèi)：事故停輸和計(jì)劃停輸。停輸。停輸?shù)脑蚩梢苑譃閮纱箢?lèi)：事故停輸和計(jì)劃停輸。 輪不能到港裝油港口：因臺(tái)風(fēng)等原因油不需原油煉廠(chǎng)：檢修或事故檢修管線(xiàn)終點(diǎn)劃地停輸時(shí)采用間歇輸送，有計(jì)當(dāng)油量不足，輸量較小計(jì)劃停輸黃復(fù)線(xiàn)停輸年黃島油庫(kù)火災(zāi)曾使東首末站火災(zāi)：如線(xiàn)停輸年唐山地震時(shí)斷裂，全秦京線(xiàn)地震引起管道斷裂：如自然災(zāi)害天破裂，停輸年?yáng)|黃復(fù)線(xiàn)首站外管道裂：站間管道腐蝕穿孔或破電及設(shè)備故障等全線(xiàn)突然停電或首站停事故停輸停輸分類(lèi)

2、8976192不論是計(jì)劃停輸還是事故停輸，都有一個(gè)安全停輸時(shí)間的確定問(wèn)題。對(duì)不論是計(jì)劃停輸還是事故停輸，都有一個(gè)安全停輸時(shí)間的確定問(wèn)題。對(duì)于計(jì)劃停輸，制定停輸計(jì)劃時(shí)要考慮最長(zhǎng)允許停輸時(shí)間多長(zhǎng)；對(duì)于事故于計(jì)劃停輸，制定停輸計(jì)劃時(shí)要考慮最長(zhǎng)允許停輸時(shí)間多長(zhǎng)；對(duì)于事故停輸，制定搶修計(jì)劃時(shí)也要考慮允許的停輸時(shí)間。停輸，制定搶修計(jì)劃時(shí)也要考慮允許的停輸時(shí)間。 熱油管道停輸后，由于管內(nèi)油溫不斷下降，粘度增大，管壁上的結(jié)蠟層熱油管道停輸后，由于管內(nèi)油溫不斷下降，粘度增大，管壁上的結(jié)蠟層增厚，會(huì)使管道再啟動(dòng)時(shí)的摩阻增大。當(dāng)油溫降至凝固點(diǎn)以下時(shí)，可能增厚，會(huì)使管道再啟動(dòng)時(shí)的摩阻增大。當(dāng)油溫降至凝固點(diǎn)以下時(shí)，可能

3、在整個(gè)管子斷面上形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，必須有足以破壞凝油網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高壓，在整個(gè)管子斷面上形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，必須有足以破壞凝油網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高壓，才能使管線(xiàn)恢復(fù)流動(dòng)，而最高壓力要受泵和管線(xiàn)允許強(qiáng)度的限制。所以才能使管線(xiàn)恢復(fù)流動(dòng)，而最高壓力要受泵和管線(xiàn)允許強(qiáng)度的限制。所以為了保證管線(xiàn)的順利啟動(dòng)，必須了解管路在各種情況下停輸后的溫降規(guī)為了保證管線(xiàn)的順利啟動(dòng)，必須了解管路在各種情況下停輸后的溫降規(guī)律，以確定順利再啟動(dòng)的允許停輸時(shí)間以及停輸后必須采取的措施。律，以確定順利再啟動(dòng)的允許停輸時(shí)間以及停輸后必須采取的措施。 管道停輸后的溫降過(guò)程同樣屬于不穩(wěn)定的傳熱過(guò)程。溫降管道停輸后的溫降過(guò)程同樣屬于不穩(wěn)定的傳熱過(guò)程。溫降規(guī)

4、律受多種因素的影響。目前還沒(méi)有成熟的計(jì)算方法。目規(guī)律受多種因素的影響。目前還沒(méi)有成熟的計(jì)算方法。目前采用的計(jì)算方法主要有兩類(lèi)。一類(lèi)是根據(jù)簡(jiǎn)化后導(dǎo)出的前采用的計(jì)算方法主要有兩類(lèi)。一類(lèi)是根據(jù)簡(jiǎn)化后導(dǎo)出的近似公式計(jì)算；另一類(lèi)就是利用數(shù)值方法上機(jī)求解。管線(xiàn)近似公式計(jì)算；另一類(lèi)就是利用數(shù)值方法上機(jī)求解。管線(xiàn)的再啟動(dòng)壓力除了與管內(nèi)存油的溫度有關(guān)外，還受油品性的再啟動(dòng)壓力除了與管內(nèi)存油的溫度有關(guān)外，還受油品性質(zhì)、管線(xiàn)強(qiáng)度等因素的影響，更沒(méi)有成熟的計(jì)算方法。目質(zhì)、管線(xiàn)強(qiáng)度等因素的影響，更沒(méi)有成熟的計(jì)算方法。目前常用的計(jì)算方法偏于保守，還有待于深入研究。前常用的計(jì)算方法偏于保守，還有待于深入研究。一、架空及水中

5、管道停輸后的溫降計(jì)算一、架空及水中管道停輸后的溫降計(jì)算 重油管道的停輸溫降計(jì)算重油管道的停輸溫降計(jì)算架空和水中管道停輸后，管路向外散失的熱量就是管架空和水中管道停輸后，管路向外散失的熱量就是管內(nèi)存油和鋼管降溫所放出的熱量。因此，其溫降比埋內(nèi)存油和鋼管降溫所放出的熱量。因此，其溫降比埋地管線(xiàn)快得多，可近似按集總熱容系統(tǒng)計(jì)算。地管線(xiàn)快得多，可近似按集總熱容系統(tǒng)計(jì)算。忽略斷面上的溫降梯度忽略斷面上的溫降梯度 不考慮油品物性隨溫度的變化不考慮油品物性隨溫度的變化 不考慮保溫層的熱容量不考慮保溫層的熱容量 簡(jiǎn)化處理：簡(jiǎn)化處理：假設(shè)環(huán)境溫度假設(shè)環(huán)境溫度T0不隨時(shí)間變化不隨時(shí)間變化 認(rèn)為管道總傳熱系數(shù)認(rèn)為管

6、道總傳熱系數(shù) 為常數(shù)為常數(shù) k在在 d時(shí)間內(nèi)的熱平衡方程為時(shí)間內(nèi)的熱平衡方程為 dTCDDCDdTTDKggyy 212221044將上式積分并整理后可得：將上式積分并整理后可得： )(4584exp)(21222100DDcDcDKTTTTggyyQ 式中：式中：D、D1、D2管道平均直徑、鋼管內(nèi)徑、外徑，管道平均直徑、鋼管內(nèi)徑、外徑，mK 停輸后油至周?chē)諝饣蛩鞯目倐鳠嵯禂?shù)停輸后油至周?chē)諝饣蛩鞯目倐鳠嵯禂?shù),W/m2Cg、g鋼材的比熱和密度鋼材的比熱和密度T0周?chē)髿饣蛩鞯臏囟?，周?chē)髿饣蛩鞯臏囟?，T停輸停輸 h 后的油溫，后的油溫，TQ開(kāi)始停輸時(shí)的油溫，開(kāi)始停輸時(shí)的油溫，停輸時(shí)間

7、，停輸時(shí)間，hCy、y油的比熱和密度，油的比熱和密度，J/kg，kg/m34584=3600*4/為將時(shí)間由秒化為小時(shí)后得到的系數(shù)為將時(shí)間由秒化為小時(shí)后得到的系數(shù)水下重油保溫管道的停輸溫降曲線(xiàn)水下重油保溫管道的停輸溫降曲線(xiàn)該圖為實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較。該圖為實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較。由圖可以看出，在高溫下，二者符合由圖可以看出，在高溫下，二者符合得很好，當(dāng)溫度較低時(shí)，管中原油的得很好，當(dāng)溫度較低時(shí)，管中原油的傳熱變?yōu)榧儗?dǎo)熱，已經(jīng)不滿(mǎn)足集總熱傳熱變?yōu)榧儗?dǎo)熱，已經(jīng)不滿(mǎn)足集總熱容系統(tǒng)的條件，二者偏差越來(lái)越大。容系統(tǒng)的條件，二者偏差越來(lái)越大。熱含蠟原油管道的停輸溫降計(jì)算熱含蠟原油管道的停輸溫降計(jì)算下

8、圖為實(shí)測(cè)的架空熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線(xiàn)。下圖為實(shí)測(cè)的架空熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線(xiàn)。熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線(xiàn)熱含蠟原油管道的停輸溫降曲線(xiàn)根據(jù)溫降曲線(xiàn)，其降溫過(guò)程可分為三個(gè)階段：根據(jù)溫降曲線(xiàn)，其降溫過(guò)程可分為三個(gè)階段： 第一階段（第一階段（ T TSL）：）：第二階段（第二階段（ TNG TTSL ）：）： 隨油溫和壁溫的繼續(xù)降低，一方面蠟不斷結(jié)晶析出，使管壁處的原油隨油溫和壁溫的繼續(xù)降低，一方面蠟不斷結(jié)晶析出，使管壁處的原油首先失去流動(dòng)性，而變成凝油層。隨著凝油層的不斷加厚，熱阻增加；首先失去流動(dòng)性，而變成凝油層。隨著凝油層的不斷加厚，熱阻增加；另一方面，油流粘度增大，自然對(duì)流放熱系

9、數(shù)變小，也使熱阻增大。另一方面，油流粘度增大，自然對(duì)流放熱系數(shù)變小，也使熱阻增大。而蠟的結(jié)晶析出又放出潛熱，因而這一階段的油溫下降最慢。而蠟的結(jié)晶析出又放出潛熱，因而這一階段的油溫下降最慢。 管壁上的凝油層很薄，管內(nèi)存油至管外大氣或水的傳熱方式主要是對(duì)流管壁上的凝油層很薄，管內(nèi)存油至管外大氣或水的傳熱方式主要是對(duì)流放熱，且由于該階段油與周?chē)臏夭钶^大，放熱強(qiáng)度大，溫降快，且整放熱，且由于該階段油與周?chē)臏夭钶^大，放熱強(qiáng)度大，溫降快，且整個(gè)斷面上的油溫基本均勻，沒(méi)有大量的蠟晶析出。該階段的溫降可采用個(gè)斷面上的油溫基本均勻，沒(méi)有大量的蠟晶析出。該階段的溫降可采用與水下和架空重油管道的停輸溫降計(jì)算方

10、法計(jì)算。與水下和架空重油管道的停輸溫降計(jì)算方法計(jì)算。該階段的溫降屬于有相變和移動(dòng)邊界的傳熱問(wèn)題，目前還該階段的溫降屬于有相變和移動(dòng)邊界的傳熱問(wèn)題，目前還沒(méi)有成熟的方法，可根據(jù)實(shí)測(cè)的原油沒(méi)有成熟的方法，可根據(jù)實(shí)測(cè)的原油C-T關(guān)系用數(shù)值方法關(guān)系用數(shù)值方法求解。求解。第三階段（第三階段（T (34)時(shí)，時(shí)， FoEiFoRhEi1614122忽略前一項(xiàng)，并將后一項(xiàng)展開(kāi)為級(jí)數(shù)忽略前一項(xiàng)，并將后一項(xiàng)展開(kāi)為級(jí)數(shù) )2!2/(ln5772. 0)(2 xxxxEi取前兩項(xiàng)取前兩項(xiàng)(誤差可能很大誤差可能很大)，經(jīng)整理后可得，經(jīng)整理后可得2(1)240.1113thDaD 000TTTTbtbt 2、數(shù)值方法、

11、數(shù)值方法將管內(nèi)存油和土壤的散熱均看作是二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱，將管內(nèi)存油和土壤的散熱均看作是二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱，分別列出其導(dǎo)熱微分方程式和初始條件與邊界條件。分別列出其導(dǎo)熱微分方程式和初始條件與邊界條件。根據(jù)有限差分法或有限元法編制計(jì)算機(jī)程序，然后根據(jù)有限差分法或有限元法編制計(jì)算機(jī)程序，然后上機(jī)求解。上機(jī)求解。上面講的停輸溫降都是指管線(xiàn)某一斷面上的溫降，計(jì)上面講的停輸溫降都是指管線(xiàn)某一斷面上的溫降，計(jì)算時(shí)，一般應(yīng)取若干個(gè)斷面計(jì)算，各個(gè)斷面處的初始算時(shí)，一般應(yīng)取若干個(gè)斷面計(jì)算，各個(gè)斷面處的初始油溫可按軸向溫降公式計(jì)算。油溫可按軸向溫降公式計(jì)算。 三、停輸后再啟動(dòng)壓力的計(jì)算三、停輸后再啟動(dòng)壓力的計(jì)算啟動(dòng)過(guò)程中流量恢復(fù)快慢決定于再啟動(dòng)壓力的大小、頂啟動(dòng)過(guò)程中流量恢復(fù)快慢決定于再啟動(dòng)壓力的大小、頂擠液的性質(zhì)、停輸時(shí)間長(zhǎng)短及管內(nèi)存油的流變性等一系擠液的性質(zhì)、停輸時(shí)間長(zhǎng)短及管內(nèi)存油的流變性等一系列因素。為了盡快恢復(fù)正常輸送，應(yīng)在強(qiáng)度允許的壓力列因素。為了盡快恢復(fù)正常輸送，應(yīng)在強(qiáng)度允許的壓力范圍內(nèi)，盡可能加大排量。范圍內(nèi)，盡可能加大排量。影響再啟動(dòng)壓力的因素有：影響再啟動(dòng)壓力的因素有：a.停輸結(jié)束后，管內(nèi)油品的溫度分布停輸結(jié)束后，管內(nèi)油品的溫度分布b.油品的流變