5.1热油管道的运行特性资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,第五章 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,、,Z,、,T,0,或,已定,),时，,H,是,Q,的单值函数，,H,=,f,(,Q,)。,当,D,、,L,、,Z,、,T,0,、,K,及所输油品物性已定时，摩阻,H,不仅是输量,Q,的函数还是粘度,的函数，而,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,=,f,1,(,Q,T,)=,f,2,(,Q,T,R,)=,f,3,(,Q,T,Z,),对于热油管路：,对于一条确定的热油管路，,D,、,L,、,Z,、,T,0,、,K,一定，在某输量,Q,下，当,T,R,已定时，由温降公式知，,T,Z,也就定了，反之亦然，即,T,R,、,T,Z,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,T,Z,不变计算。运行时，往往是控制,T,R,，这样只需根据出站油温,T,R,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：,维持出站油温,T,R,一定运行；,维持进站油温,T,Z,一定运行。,下面分别讨论各种情况下的管路工作特性。,维持进站油温,T,Z,一定运行的热油管路的工作特性,先来分析一下维持,T,Z,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,QH,，,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,T,0,、,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,T,Z,一定时的管路特性曲线如图所示。,T,Z,不同时，沿线油温分布不同，特性曲线亦不同。,T,Z,高则沿线油温高，摩阻损失小，故,H,Tz,2,-,Q,曲线总是在,H,Tz,1,-,Q,曲线的下方。,Q,H,H,Tz,1,H,Tz,2,T,z,2,T,z,1,维持出站油温,T,R,一定运行的热油管路的工作特性,维持出站油温,T,R,一定时，摩阻随输量的变化趋势与维持,T,Z,一定时有所不同，定性分析如下：,两方面因素引起的摩阻变化趋势正相反。一般在实际运行的输量范围内，,QH,的趋势是主要的。故随着,Q,增大，摩阻,H,是增大的，但,H,随,Q,的变化要平缓些。,维持,T,R,一定时的管路特性曲线如图所示。,T,R,不同时，沿线油温分布不同，特性曲线亦不同。,T,R,高则沿线油温高，摩阻损失小，故,H,TR,1,-,Q,曲线总是在,H,TR,2,-,Q,曲线的上方。,Q,H,H,TR,1,H,TR,2,T,R,2,T,R,1,如果在某输量,Q,0,下维持,T,Z,一定运行时的出站油温,T,R,正好等于维持,T,R,一定运行时的出站油温,T,R,0,，此时两者进站油温相同，均为,T,Z,0,，摩阻也相同，均为,H,0,，,则随着,Q,的上升，维持,T,R,一定时的管路特性曲线要比维持,T,Z,一定时的管路特性曲线平缓（为什么？），如图所示。,Q,H,O,维持,T,Z,一定,H,0,Q,0,维持,T,R,一定,这是因为，维持,T,R,不变时，出站油温始终为,T,R,0,，,Q,增大，沿程温降减小，终点油温将大于,T,Z,0,；,而维持,T,Z,不变时，终点油温始终为,T,Z,0,，,Q,增大时,T,R,下降，,T,R,T,R,0,。因此，维持,T,R,不变时的全线平均油温将高于维持,T,Z,不变时的平均油温，所以维持,T,R,不变时的特性曲线要比维持,T,Z,不变时的特性曲线平缓。,3、热油管路工作特性的不稳定区,前面讲过，维持,T,R,一定运行的热油管道，在正常运行的输量范围内，,QH,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,QH,的反常现象，使热油管道进入不稳定工作区。,理论分析：,根据热油管路摩阻计算公式：,当,D,1,、,L,R,、,T,0,、,K,一定时，式中的前一项,h,T,0,/,A,R,只是流量的函数，且,h,T,0,/,A,R,Q,3-,m,，,即,h,T,0,/,A,R,随流量,Q,的增大而增大。,现在来看一下花括号中各项的值，,T,R,一定，,Ei,-,mu,(,T,R,-,T,0,),不随,Q,而变；,QT,Z,，,mu,(,T,Z,-,T,0,),，-,Ei,-,mu,(,T,Z,-,T,0,),，,故花括号中的值随,Q,上升而下降，与,h,T,0,/,A,R,的变化趋势相反。因此函数,h,R,=,f,(,Q,),可能有极值点。另外，当,Q,0,时，,h,R,=0，,而当,Q,很大时，,h,R,h,TR,，即,h,R,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,h,TR,Q,2-,m,，故,h,R,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,h,R,=,f,(,Q,),曲线可能存在两个极值点。,热油管道的不同流量区,维持,T,R,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。,H,Q,I,III,T,Z,Q,T,0,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,T,0,，,T,T,Z,T,0,。,随,Q,增大,T,Z,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。,H,Q,I,III,T,Z,Q,T,0,区中等流量区,一方面,QVH,，,另一方面，,QT,Z,T,pj,(,显著增大)，且在该温度区内粘度随温度的变化较剧烈，,T,pj,的显著上升将引起粘度,的显著下降,，,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。,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，进入区。热油管道在该区运行既不经济又不安全。,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,T,Z,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,QH,，,该区是热油管道的正常工作区。热油管道应在区运行，避免进入、区。,H,Q,I,III,T,Z,Q,T,0,右图是一条管内径259,mm，,长20.5,km，,输送重油的热油管道，在,T,R,=50，,T,0,=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,20,时，曲线才会出现极值点。若取,u,=0.1(,一般油品的,u,值都小于0.1)，则只有当,T,R,-,T,0,200时才会出现不稳定区，这在实际中是碰不到的。所以说在紊流情况下，不会出现不稳定区。,在,层流,情况下，,m,=1，,出现极值点或不稳定区的条件是,u,(,T,R,-,T,0,)3,，若取,u,=0.05，,则,T,R,-,T,0,60时就会出现不稳定区。若取,u,=0.1，,则,T,R,-,T,0,30时就会出现不稳定区，这在实际中是经常可以遇到的。,维持出站油温,T,R,不变运行，粘温指数,u,为常数，层流,(,m,=1),，,u,(,T,R,-,T,0,),3,出现不稳定区的条件,输送重油的管道，,u,值较大，,T,R,较高，且一般在层流区运行，极易满足上述条件，很容易出现不稳定区。,一旦发现管线进入不稳定区，要尽量使其回到稳定区(大流量区)，可采取的,措施有：,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。,二、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,S,p,和燃料费用,S,R,:,式中：,e,y,燃料油价格,元/吨,e,d,电力价格,元/,kWh,B,H,燃料油热值,kJ/kg,C,y,所输油品比热，,kJ/kg,R,炉效,pe,泵机组效率，,pe,=,p,e,H,加热站间管路所需压头，,m,L,R,热站间距,km,对于一条已定管线，当输量,Q,一定时，,T,R,上升，热损失上升，燃料费用,S,R,上升。但由于站间平均温度升高，摩阻减少，动力费用,S,P,下降。,S,R,和,S,P,随,T,R,的变化关系如图所示。总能耗费用存在一个最低点,S,min,，,与,S,min,对应的出站油温即为该输量下的经济加热温度,T,*,Rj,，,此时管路所需的压头为,H,*,Rj,，,与,H,*,Rj,最接近的开泵方案即为最优开泵方案。,S,S,S,R,S,P,T*,Rj,T,R,热油管道的优化运行模型中，除了等温管道的约束条件外，还增加了热力约束，如输油温度、加热炉负荷、加热炉运行组合（点炉台数、热力越站）等。,