输油管道设计与管理

1、管道是石油生产过程中的重要环节，是石油工业的动脉。管道是石油生产过程中的重要环节，是石油工业的动脉。 在石油的生产过程中，自始至终都离不开管道。我们可在石油的生产过程中，自始至终都离不开管道。我们可 以把石油的生产过程简单的表示为：以把石油的生产过程简单的表示为： 用户用户炼油厂炼油厂 矿场油库矿场油库转油站转油站联合站联合站计量站计量站油井油井 矿场油气集输系统矿场油气集输系统 长输管道长输管道 原油管道原油管道成品油管道成品油管道 一、输油管道概况一、输油管道概况 1、输油管道的发展历史、输油管道的发展历史 1865年美国建造了第一条输送原油管道，直径年美国建造了第一条输送原油管道，直径5

2、0mm长为长为 10km。 1977年，俄罗斯建成了第二条年，俄罗斯建成了第二条“友谊友谊”输油管道，口径为输油管道，口径为 1220mm,长为长为4412km。两条管线的输量约为。两条管线的输量约为1亿吨亿吨/年。年。 1977年，美国建成了世界上第一条伸入北极的横贯阿拉斯加年，美国建成了世界上第一条伸入北极的横贯阿拉斯加 管道管道,口径为口径为1220mm，全长为，全长为1287km。年输量约为。年输量约为1.2亿亿m3， 不设加热站，流速达不设加热站，流速达3m/s，靠摩擦热保持油温不低于，靠摩擦热保持油温不低于60， 投资投资77亿美元。亿美元。 成品油管道典型的是美国科罗尼尔成品油管

3、道系统。干线口成品油管道典型的是美国科罗尼尔成品油管道系统。干线口 径为径为750、800、900、1000mm,总长为总长为8413km,输油能力为输油能力为1.4 亿吨亿吨/年。年。 2、长输管道的发展趋势、长输管道的发展趋势 (1) 高压力、大口径的大型输油管道高压力、大口径的大型输油管道 (2) 采用高强度、高韧性、可焊性良好的管材采用高强度、高韧性、可焊性良好的管材 (4) 采用先进的输油工艺和技术采用先进的输油工艺和技术 (3) 采用新型、高效、露天设备采用新型、高效、露天设备 a. 设计方面，采用航空选线、设计方面，采用航空选线、GPS选线。选线。 b.采用密闭输送工艺流程，减少

4、油气损耗和采用密闭输送工艺流程，减少油气损耗和 压压 能损耗。能损耗。 c.采用计算机自控、遥控技术。采用计算机自控、遥控技术。 d.用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。 3、管道运输的特点、管道运输的特点 运量大，基建费用低（与铁路相比）运量大，基建费用低（与铁路相比） 。 管输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运管输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运 输灵活。输灵活。 占地少，受地形限制少。占地少，受地形限制少。 运价低，耗能少。运价低，耗能少。 便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。

5、受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境 的污染小。的污染小。 输油管道概况输油管道概况 一条一条720管线的输量约等于一条单线管线的输量约等于一条单线 铁路的运量，但造价不如铁路的铁路的运量，但造价不如铁路的1/2。 管线埋于地下，基本不受恶管线埋于地下，基本不受恶 劣气候的影响，油气污染和劣气候的影响，油气污染和 噪声污染都比铁路小得多。噪声污染都比铁路小得多。 原苏联管线运价约为铁路的原苏联管线运价约为铁路的1/2， 美国约为铁路的美国约为铁路的1/7-1/10 ，我国，我国 目前基本目前基本为为1/3-1/2。 管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路管

6、线埋于地下，地面仍可耕种。铁路 的坡度一般不能超过的坡度一般不能超过30度，而管线不度，而管线不 受坡度的限制，有利于翻山越岭，取受坡度的限制，有利于翻山越岭，取 捷径，起终点相同的两地间，管线的捷径，起终点相同的两地间，管线的 长度一般要比铁路短长度一般要比铁路短30%。 4、我国输油管道概况、我国输油管道概况 1958年以前，我国输油管道还是一个空白。年以前，我国输油管道还是一个空白。1958年，我国修年，我国修 建了第一条长输管道：克拉玛依建了第一条长输管道：克拉玛依独山子原油管道。随着我独山子原油管道。随着我 国石油工业的发展，国石油工业的发展，20世纪世纪70年代开始兴建大型输油管道

7、，年代开始兴建大型输油管道， 到目前为止到目前为止,我国铺设的百公里以上的原油长输管道我国铺设的百公里以上的原油长输管道40余条余条, 管径为管径为159720,形成了具有一定规模的原油管网。形成了具有一定规模的原油管网。20世纪世纪 90年代进入第二个发展高潮，此次发展高潮以天然气管道年代进入第二个发展高潮，此次发展高潮以天然气管道 和成品油管道建设为主。我国已经建成的或正在兴建中的管和成品油管道建设为主。我国已经建成的或正在兴建中的管 道有，道有，西气东输管道西气东输管道、兰州成都重庆成品油管道、中亚输气、兰州成都重庆成品油管道、中亚输气 管道、中俄原油管道、中哈原油管道等，管道、中俄原油

8、管道、中哈原油管道等， (见全国油气管线见全国油气管线 分布图分布图)。 返回返回 阿尔善阿尔善-赛汉赛汉 塔拉原油管道塔拉原油管道 在东北和华北地区，先后建成了庆在东北和华北地区，先后建成了庆 铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、 铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了 规模较大的东北管网，担负了大庆规模较大的东北管网，担负了大庆 油田、辽河油田、华北油田的原油油田、辽河油田、华北油田的原油 外输任务。外输任务。 在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原 油外输任务；花格线担负了青海油田的原

9、油外输任务；油外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务； 马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库 鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。 四川油田管网四川油田管网 二、二、 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 1、长输管道的泵机组类型、长输管道的泵机组类型 输油泵站的作用输油泵站的作用: 由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、 运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。 不断向油流提供一定的

10、压力能，以便其能继续流动。不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。 长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。 离心泵的型式有两种：离心泵的型式有两种： 多级（高压）泵多级（高压）泵:排量较小排量较小,扬程高；扬程高； 单级（低压）泵单级（低压）泵:排量大，扬程低。排量大，扬程低。 (1) 长输管道用泵长输管道用泵 一般来说，输油泵站上均采用单一的单级泵或多级泵，很一般来说，输油泵站上均采用单一的单级泵或多级泵，很 少单级多级泵混合使用，有时可能在大功率单级泵或多级泵前少单级多级泵混合使用，有时可能在大功率单级泵或多级泵前 串联低

11、扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。 长距离输油管道是耗能大户，提高输油主泵的效率是提长距离输油管道是耗能大户，提高输油主泵的效率是提 高等温输油管道经济效益的主要途径。如果将我国目前输油高等温输油管道经济效益的主要途径。如果将我国目前输油 管道的输油主泵效率由管道的输油主泵效率由70%左右提高左右提高85%左右，输油电耗将左右，输油电耗将 减少减少20%以上。以上。 2、离心泵的工作特性、离心泵的工作特性 对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机，对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机， 转速为常数。因此转速为常数。因此

12、H=f(q)，扬程是流量的单值函数，一般，扬程是流量的单值函数，一般 可用二次抛物线方程可用二次抛物线方程H=a-bq2表示。表示。 A H HA QAQ 管路特性曲线管路特性曲线 泵站特性曲线泵站特性曲线 3、输油泵站的工作特性、输油泵站的工作特性 输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联 Q Hc q2 q1 例：阿赛线首站工艺流程图例：阿赛线首站工艺流程图 例如两台泵并联时，若一台泵停运，由例如两台泵并联时，若一台泵停运，由 特性曲线知，单泵的排量特性曲线知，单泵的排量qQ/2，排量，排量 增加，功率上升，电机有可能过载。增加，功率上升，电机有

13、可能过载。 H 管路管路 单泵单泵 并联并联 Qq Q/2 (2) 串联泵站的工作特性串联泵站的工作特性 Q Hc q2,H2 q1,H1 例：阿乌宝线例：阿乌宝线3#站工艺流程图站工艺流程图 (3) 串、并联组合形式的确定串、并联组合形式的确定 从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地 区和下坡段，这种情况下管路特性较陡。而并联泵更适合区和下坡段，这种情况下管路特性较陡。而并联泵更适合 于上坡段，于上坡段，管路特性相对较平。管路特性相对较平。 从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。

14、我国并联泵 的效率一般只有的效率一般只有70%左右，而串联泵的效率可达左右，而串联泵的效率可达90%。串。串 联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积 大，故泵损失小，效率高。大，故泵损失小，效率高。 Q1 Q2 A B C h1 h2 并联并联 串联串联 并联单泵并联单泵 串联单泵串联单泵 H Q 平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较 如图所示，正常运行时，串、并联泵均需两台泵工作，如图所示，正常运行时，串、并联泵均需两台泵工作， 工作点为工作点为A ，流量为，流量为Q1。 。当需将输量降为 当需

15、将输量降为Q2=1/2Q1时，串、时，串、 并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为B、C。串联泵。串联泵 的节流损失为的节流损失为 ，并联泵的节流损失为，并联泵的节流损失为 ，显，显 然然 ，因此采用串联泵较经济，可适应输量的，因此采用串联泵较经济，可适应输量的 较大变化。较大变化。 1 h 2 h 12 hh Q2 Q1 A B C h1 h2 并联并联 串联串联 并联单泵并联单泵 串联单泵串联单泵 H Q 上坡段串联泵与并联泵的比较上坡段串联泵与并联泵的比较 如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为Q1，当输量需降，当输

16、量需降 为为Q2=1/2Q1时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为 ，而，而 串联泵仍需开两台泵，节流损失为串联泵仍需开两台泵，节流损失为 ，显然，显然 。 因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能 适应流量的较大变化。适应流量的较大变化。 1 h 2 h 12 hh 串联泵便于实现自动控制和优化运行。串联泵便于实现自动控制和优化运行。 国内早期建设管线基本上都是并联泵组合形式，而我国内早期建设管线基本上都是并联泵组合形式，而我 国大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损国大部分管线处于平

17、原地带，高差很小，因而造成节流损 失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改 造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流 程为密闭流程，实行优化运行。程为密闭流程，实行优化运行。 A、不存在超载问题、不存在超载问题 B、调节方便、调节方便 C、流程简单、流程简单 D、调节方案多、调节方案多 1、管路的压降计算、管路的压降计算 根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为： QjL zzhhH 其中：其中：hL为沿程摩阻为沿程摩阻 h为局部

18、摩阻为局部摩阻 (zj-zQ) 为计算高程差为计算高程差 三、输油管道的压能损失三、输油管道的压能损失 2、水力摩阻系数的计算、水力摩阻系数的计算 计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 。 达西公式达西公式 ： g V D L hL 2 2 管路的水力坡降管路的水力坡降定义：定义：管道单位长度上的摩阻损失称为管道单位长度上的摩阻损失称为 水力坡降。水力坡降。 Z H Q 层层 流流 区区 过过 渡渡 区区 紊流区紊流区 QLJ 输油管道的工作特性曲线输油管道的工作特性曲线 水力摩阻系数的计算水力摩阻系数的计算 我国常用的各区水力摩阻系数

19、的计算公式见下表。我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。 流态流态 划分范围划分范围 f(Re,) 层流层流 Re2000 =64/Re 紊紊 流流 水力光滑区水力光滑区 3000ReRe1= 混合摩擦区混合摩擦区 ReRe2= 7/8 7 .59 7/8 5 .59 lg765665 51.2 Re lg2 1 25. 0 Re 3164. 0 时时当当 5 10Re 11. 1 4 . 7Re 8 . 6 lg8 . 1 1 lg274. 1 1 627. 0lg127. 0 10 d e 流态流态Am 层流层流 64 1 4.15 紊紊 流流 水力光滑区水力光滑区 0.3164 0

20、.25 0.0246 混合摩擦区混合摩擦区 0.123 0.0802A 粗糙区粗糙区00.0826 不同流态下的不同流态下的A、m、值值 即得到列宾宗公式：即得到列宾宗公式：L D Qv h m mm L 5 2 3、流量压降综合计算公式、流量压降综合计算公式列宾宗公式列宾宗公式 5、离心泵与管路的联合工作、离心泵与管路的联合工作 管路工作特性定义：管路工作特性定义： 已定管路输送某种已定粘度油品时，管路所需压头和流已定管路输送某种已定粘度油品时，管路所需压头和流 量的关系称为管路工作特性。泵站与管路的工作点为量的关系称为管路工作特性。泵站与管路的工作点为A点。点。 A H HA QAQ 管路

21、特性曲线管路特性曲线 泵站特性曲线泵站特性曲线 (1) 多泵站与管路的联合工作多泵站与管路的联合工作 旁接油罐输油方式（也叫开式流程）旁接油罐输油方式（也叫开式流程） Q1 Q2 优点优点 安全可靠，水击危害小，安全可靠，水击危害小， 对自动化水平要求不高。对自动化水平要求不高。 缺点缺点 流程和设备复杂，固定资产投资大流程和设备复杂，固定资产投资大 油气损耗严重油气损耗严重 全线难以在最优工况下运行，能量浪费大全线难以在最优工况下运行，能量浪费大 工作特点工作特点 每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统 上下站输量可以不等（由旁接罐调

22、节）上下站输量可以不等（由旁接罐调节） 各站的进出站压力没有直接联系各站的进出站压力没有直接联系 站间输量的求法与一个泵站的管道相同站间输量的求法与一个泵站的管道相同 密闭输油方式（也叫泵到泵流程）密闭输油方式（也叫泵到泵流程） Q Q 优点优点 全线密闭，中间站不存在蒸发损耗；全线密闭，中间站不存在蒸发损耗； 流程简单，固定资产投资小；流程简单，固定资产投资小； 可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。 缺点：缺点：要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。 工作特点工作特点 ：全线为一个统一的水力系统，全

23、线各站流全线为一个统一的水力系统，全线各站流 量相同，并且流量由全线所有泵站和全线管路总特性量相同，并且流量由全线所有泵站和全线管路总特性 决定；决定； 6、翻越点、翻越点 H Hf F Lf 如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压 头比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高头比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高 点所需的压头最大，那么此高点就称为翻越点。点所需的压头最大，那么此高点就称为翻越点。 例：阿赛线例：阿赛线2#站至站至3站翻越点站翻越点 阿赛线翻越点阿赛线翻越点 -5 005 01 0 01 5 02 0 02 5

24、03 0 03 5 04 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 1 6 0 0 1 7 0 0 高 程 总高 度 高度 （m） 长 度 （ k m ） 计算长度：计算长度：管道起点与翻越点之间的距离称为管道管道起点与翻越点之间的距离称为管道 的计算长度的计算长度 (2) 输量调节方法输量调节方法 改变泵站特性改变泵站特性 A A、切削叶轮（或更换不同直径的叶轮）：、切削叶轮（或更换不同直径的叶轮）： D D Q Q 2 D D H H 3 D D N N (1) 调节的分类调节的分类 管道的调节就是人为地对输油工况加

25、以控制。从广义上说，管道的调节就是人为地对输油工况加以控制。从广义上说， 调节分为调节分为输量调节和稳定性调节输量调节和稳定性调节两种情况。两种情况。 四四、输油管道的调节、输油管道的调节 B B、改变多级泵的级数，减小泵的扬程，从而降低管线输量。这种方、改变多级泵的级数，减小泵的扬程，从而降低管线输量。这种方 法适用于装备并联离心泵的管道。要求降低输量时，拆掉若干级法适用于装备并联离心泵的管道。要求降低输量时，拆掉若干级 叶轮，而需要恢复大输量时则将拆掉的叶轮重新装上。叶轮，而需要恢复大输量时则将拆掉的叶轮重新装上。 C C、改变运行的泵机组数，从而可大幅度改变输量。对于装备串联泵的、改变运

26、行的泵机组数，从而可大幅度改变输量。对于装备串联泵的 管道，采用这种方法是很方便的。对于装备并联泵的管道，采用这管道，采用这种方法是很方便的。对于装备并联泵的管道，采用这 种方法时经常还要改变运行的泵站数。种方法时经常还要改变运行的泵站数。 D D、改变运行的泵站数。输量大幅度变化时常采用这种方法。、改变运行的泵站数。输量大幅度变化时常采用这种方法。 E E、改变泵的转速、改变泵的转速 n n Q Q 2 n n H H 改变管路特性改变管路特性 改变管路特性主要是节流调节。节流调节就是人为地调改变管路特性主要是节流调节。节流调节就是人为地调 节泵站出口阀门的开度，增加阀门的阻力来改变管路特节

27、泵站出口阀门的开度，增加阀门的阻力来改变管路特 性以降低管道的输量。这是一种最简单易行的方法，但性以降低管道的输量。这是一种最简单易行的方法，但 能量损失比较大（与调速相比）。我国管道建设初期设能量损失比较大（与调速相比）。我国管道建设初期设 备条件差，至今仍大量使用节流法，能量备条件差，至今仍大量使用节流法，能量浪费严重浪费严重，目，目 前正在逐步改进。这种方法一般用于输量变化不大的情前正在逐步改进。这种方法一般用于输量变化不大的情 况，当需要大幅度改变输量时，应首先考虑采用改变运况，当需要大幅度改变输量时，应首先考虑采用改变运 行的泵机组数和泵站数的方法。行的泵机组数和泵站数的方法。 改变

28、泵机组转速改变泵机组转速 如果泵站上装有可调速泵机组，可以利用这种方法进行如果泵站上装有可调速泵机组，可以利用这种方法进行 压力调节。从节省能量角度讲这是一种较好的方法。但压力调节。从节省能量角度讲这是一种较好的方法。但 如果只从压力调节方面考虑采用调速泵机组一般是不合如果只从压力调节方面考虑采用调速泵机组一般是不合 理的。理的。 (3) 稳定性调节方法稳定性调节方法 回流调节回流调节 回流可以单泵也可以全泵站进行。大型输油泵的特性曲线回流可以单泵也可以全泵站进行。大型输油泵的特性曲线 比较平缓，为了调节不大的压力就需要大量回流，耗费较比较平缓，为了调节不大的压力就需要大量回流，耗费较 多的能

29、量。回流就是通过回流管路让泵出口的油流一部分多的能量。回流就是通过回流管路让泵出口的油流一部分 流回入口，这种情况下泵的排量大于管路中的流量，靠泵流回入口，这种情况下泵的排量大于管路中的流量，靠泵 排量的增加降低泵的扬程，从而达到降低出站压力的目的。排量的增加降低泵的扬程，从而达到降低出站压力的目的。 采用这种方法时要防止原动机过载，一般很少采用。采用这种方法时要防止原动机过载，一般很少采用。 节流调节节流调节 节流是人为地造成油流的压能损失，降低节流调节机构后节流是人为地造成油流的压能损失，降低节流调节机构后 面的压力，它比回流调节节省能量。面的压力，它比回流调节节省能量。 1、加热输送的特

30、点、加热输送的特点 五、热油管道的温降计算五、热油管道的温降计算 与等温管相比，热油管道的特点是：与等温管相比，热油管道的特点是： 沿程的能量损失包括热能损失和压能损失两部分。沿程的能量损失包括热能损失和压能损失两部分。 热能损失和压能损失互相联系，且热能损失起主导作用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，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。而油品的粘度则取决于输送温度的高低。 沿程油温不同，油

31、流粘度不同，沿程水力坡降不是常数沿程油温不同，油流粘度不同，沿程水力坡降不是常数。 一个加热站间，距加热站越远，油温越低，粘度越大一个加热站间，距加热站越远，油温越低，粘度越大 ， 水力坡降越大。水力坡降越大。 2、热油管道沿程温降计算、热油管道沿程温降计算 (1) 轴向温降基本公式轴向温降基本公式 基本假设基本假设 ： 稳定工况。包括热力稳定工况。包括热力 、水力条件稳定，即温度均不、水力条件稳定，即温度均不 随时间而变化，输量不随时间而变化。随时间而变化，输量不随时间而变化。 油流至周围介质的总传热系数油流至周围介质的总传热系数K沿线为常数。沿线为常数。 沿线地温沿线地温T0和油品的比热和

32、油品的比热C为常数为常数 设有一条热油管道设有一条热油管道 ，管外径为，管外径为 D ，周围介质温度为，周围介质温度为 T0 , 总总 传热系数为传热系数为 K ,输量为输量为 G ，油品的比热为，油品的比热为C ，出站油温为，出站油温为 TR，加热站间距为，加热站间距为 LR。则距上游加热站则距上游加热站L米处的油温可用米处的油温可用 著名的苏霍夫公式计算。著名的苏霍夫公式计算。 aLL GC DK TT TT L R 0 0 ln DC DK a 或或： aL RL eTTTT )( 00 温降曲线的特点：由图可知：温降曲线的特点：由图可知： 温降曲线为一指数曲线，渐近温降曲线为一指数曲线

33、，渐近 线为线为 T=T0 在两个加热站之间的管路上，各在两个加热站之间的管路上，各 处的温度梯度不同，加热站出口处的温度梯度不同，加热站出口 处，油温高，油流与周围介质的处，油温高，油流与周围介质的 温差大，温差大，温降快，曲线陡。温降快，曲线陡。 随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温度的提随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温度的提 高，下一站的进站油温高，下一站的进站油温 TZ 变化较小。一般如果变化较小。一般如果 TR 提高提高10， 终点油温终点油温 TZ 只升高只升高23 。因此为了减少热损失，出站油。因此为了减少热损失，出站油 温不宜过高。温不宜过高。 T 0

34、T LdL TR T0 考虑摩擦升温时的轴向温降计算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论的温降基本公式，未考虑摩擦热的影响,故只能用于流速故只能用于流速 低低,温降大，摩擦热影响较小的情况。考虑摩擦升温后温降温降大，摩擦热影响较小的情况。考虑摩擦升温后温降 公式变为：公式变为： aL bTT bTT L R 0 0 ln 或或: aL RL ebTTbTT 0

35、0 )( 上式即为考虑摩擦热时的轴向温降计算公式上式即为考虑摩擦热时的轴向温降计算公式。又叫列宾宗温降公式。又叫列宾宗温降公式。 Ca gi DK Gig b GC DK a , (2) 轴向温降公式的应用轴向温降公式的应用 设计时确定加热站间距设计时确定加热站间距(加热站数加热站数) 设计时，设计时，L、D、G、K、C、T已定已定, 按上述原则选定按上述原则选定TR 和和 TZ ，则加热站间距为，则加热站间距为: bTT bTT DK GC L Z R R 0 0 ln 全线所需加热站数全线所需加热站数: R R L L n ,化整化整nR 设计的加热站间距为设计的加热站间距为: R R n

36、 L L ,然后重新计算然后重新计算TR。 运行中计算沿程温降运行中计算沿程温降, 特别是计算为保持要求的终点温特别是计算为保持要求的终点温 度度 TZ 所必须的加热站出口温度所必须的加热站出口温度 TR 。 校核站间允许的最小输量校核站间允许的最小输量Gmin minmaxZZRR TTTT 、 当当及站间其它热力参数即及站间其它热力参数即T0、 D、K、LR一定时，对应于一定时，对应于TRmax、Tzmin的输量即为该热力的输量即为该热力 条件下允许的最小输量条件下允许的最小输量: bTT bTT C DLK G Z R R 0min 0max min ln 运行中反算总传热系数运行中反算

37、总传热系数 K 值值 bTT bTT DL GC K Z R R 0 0 ln 由于温降公式是按照稳定工况导出的，因此反算由于温降公式是按照稳定工况导出的，因此反算K值时，值时， 应取水力和热力参数比较稳定情况下的数据。如果输量应取水力和热力参数比较稳定情况下的数据。如果输量 波动较大，油温不稳定或有自然现象影响波动较大，油温不稳定或有自然现象影响(如冷空气前后如冷空气前后, 大雨前后等大雨前后等)，管线的传热相当不稳定，按稳定传热公式，管线的传热相当不稳定，按稳定传热公式 反算出来的反算出来的K值误差较大。当然生产管线的参数波动总是值误差较大。当然生产管线的参数波动总是 存在的存在的, 只能

38、相对而言。只能相对而言。 3、油流过泵的温升、油流过泵的温升 油流经过泵时，由于流道、叶片摩擦、液体内部的冲击油流经过泵时，由于流道、叶片摩擦、液体内部的冲击 和摩擦，会产生能量损失，转化为摩擦热加热油流。和摩擦，会产生能量损失，转化为摩擦热加热油流。 :下式计算下式计算油流经过泵的升温可用油流经过泵的升温可用 1 1 C gH T )%32( 其中其中 pjp H泵的扬程，泵的扬程，m C油品的比热，油品的比热，J/kg 对于扬程为对于扬程为600m, p=70%的离心泵，原油经泵的温升的离心泵，原油经泵的温升 约为约为1。如东临线各泵站的泵搅拌温升约为。如东临线各泵站的泵搅拌温升约为0.8

39、1。 阀门节流引起的温升可按同样的方法计算：阀门节流引起的温升可按同样的方法计算： CgT/ 节节节节 4、热力计算所需的主要物性参数、热力计算所需的主要物性参数 (1) 比热容比热容 我国含蜡原油的比热容随温度的变化趋势均可用下图所我国含蜡原油的比热容随温度的变化趋势均可用下图所 示的曲线描述，示的曲线描述， (2) 粘度粘度 粘温指数关系式粘温指数关系式 21 2 1 TTu e 1、热油管道摩阻计算的特点、热油管道摩阻计算的特点 热油管道的摩阻计算不同于等温管路的特点就在于：热油管道的摩阻计算不同于等温管路的特点就在于： (1) 沿程水力坡降不是常数。沿程水力坡降不是常数。 由于热油沿管

40、路的流动过程中，油温不断降低，粘度不由于热油沿管路的流动过程中，油温不断降低，粘度不 断增大，水力坡降也就不断增大，所以热油管道的水力断增大，水力坡降也就不断增大，所以热油管道的水力 坡降线不是直线，而是一条斜率不断增大的曲线。坡降线不是直线，而是一条斜率不断增大的曲线。 (2) 应按一个加热站间距计算摩阻。应按一个加热站间距计算摩阻。 因为在加热站进出口处油温发生突变，粘度也发生突变，因为在加热站进出口处油温发生突变，粘度也发生突变， 从而水力坡降也发生突变，只有在两个加热站之间的管从而水力坡降也发生突变，只有在两个加热站之间的管 路上，水力坡降路上，水力坡降i的变化才是连续。的变化才是连续

41、。 六、热油管道的摩阻计算六、热油管道的摩阻计算 2、热油管道摩阻、热油管道摩阻计算计算方法方法 热油管道摩阻计算有两种方法：热油管道摩阻计算有两种方法： (1) 平均油温计算法平均油温计算法 (1) 平均油温计算法平均油温计算法 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 粘度的粘度的0.25次方成正比，当加热站间起终点温度下的粘次方成正比，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，误等温输管的摩阻计算方法计算

42、一个加热站间的摩阻，误 差不会太大。具体步骤是：差不会太大。具体步骤是： (2) 分段计算法分段计算法 计算加热站间油流的平均温度计算加热站间油流的平均温度 Tpj ， )2( 3 1 ZRpj TTT 由粘温特性求出温度为由粘温特性求出温度为Tpj时的油流粘度时的油流粘度pj。 一个加热站间的摩阻为：一个加热站间的摩阻为： R m m pj m R L D Q h 5 1 2 (2) 分段计算法分段计算法 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，分段计算阻损失误差较大。此时可将站间分成若干

43、小段，分段计算 管路的摩阻。其方法是：管路的摩阻。其方法是： 将站间管路按管长或温度区间分成几段，各段的长度根将站间管路按管长或温度区间分成几段，各段的长度根 据实际情况而定。一段每小段的温降不超过据实际情况而定。一段每小段的温降不超过5，在非，在非 牛顿流摩阻计算中有时需要按每小段温降牛顿流摩阻计算中有时需要按每小段温降1来划分。来划分。 从加热站出口开始，由温降公式逐段计算每一小段的起从加热站出口开始，由温降公式逐段计算每一小段的起 终点温度或每小段的长度，并计算其算术平均温度。终点温度或每小段的长度，并计算其算术平均温度。 根据根据Tpj计算对应的油品粘度计算对应的油品粘度pj，及该小段

44、的摩阻，及该小段的摩阻 i m m pj m Ri l D Q h 5 1 2 则整个加热站间的摩阻为则整个加热站间的摩阻为 n i RiRhh 1 3、热油管道经济运行方案、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运行方案的经济性一般可用能耗费用S来衡量。对于热油来衡量。对于热油 管道，能耗费用包括动力费用管道，能耗费用包括动力费用 Sp 和燃料费用和燃料费用SR : SS SR SP T*Rj TR 八、热输含蜡原油管道的石蜡沉积八、热输含蜡原油管道的石蜡沉积 随着管道中沿程油温的降低，在析蜡点以下，原油中石蜡随着管道中沿程油温的降低，在析蜡点以下，原油中石蜡 逐渐析出并沉积

45、在管壁上，使流通截面减少，摩阻增大，逐渐析出并沉积在管壁上，使流通截面减少，摩阻增大， 管道输送能力降低；同时又增大了油流至管内壁的热阻，管道输送能力降低；同时又增大了油流至管内壁的热阻， 使总传热系数下降，并使输送费用增加。使总传热系数下降，并使输送费用增加。 结蜡强度系指单位时间、单位管壁面积上的石蜡沉积量。影结蜡强度系指单位时间、单位管壁面积上的石蜡沉积量。影 响管壁石蜡沉积的因素很多。对于长输管道来说，主要因素响管壁石蜡沉积的因素很多。对于长输管道来说，主要因素 有油温、油壁温差、油品组成、油流速度、管材的表面性质、有油温、油壁温差、油品组成、油流速度、管材的表面性质、 油品粘度、运行

46、时间等。油品粘度、运行时间等。 1、影响管壁结蜡强度的因素、影响管壁结蜡强度的因素 2、 防止结蜡和清蜡的措施防止结蜡和清蜡的措施 从影响蜡沉积的因素方面考虑，防止和减少结蜡的措施有：从影响蜡沉积的因素方面考虑，防止和减少结蜡的措施有： (1) 保持沿线油温均高于析蜡点，可大大减少石蜡沉积。保持沿线油温均高于析蜡点，可大大减少石蜡沉积。 (2) 缩小油壁温差。可采用保温的方法，既可以减少结蜡又可缩小油壁温差。可采用保温的方法，既可以减少结蜡又可 以降低热损失，但要进行技术经济比较，以确定是否采取以降低热损失，但要进行技术经济比较，以确定是否采取 保温措施。保温措施。 (3) 保持管内流速在保持

47、管内流速在1.5m/s以上，避免在低输量下运行。以上，避免在低输量下运行。 (4) 采用不吸附蜡的管材或内涂层。采用不吸附蜡的管材或内涂层。 (5) 化学防蜡。可采用表面活性剂作为防蜡剂，阻止蜡分化学防蜡。可采用表面活性剂作为防蜡剂，阻止蜡分 子在已结晶的表面上继续析出。也可以在原油中加入子在已结晶的表面上继续析出。也可以在原油中加入 蜡晶改良剂，使石蜡晶体分散在油流中并保持悬浮，蜡晶改良剂，使石蜡晶体分散在油流中并保持悬浮， 阻碍蜡晶的聚结或沉积。但目前这种方法还很不经济，阻碍蜡晶的聚结或沉积。但目前这种方法还很不经济， 因为化学添加剂太贵。因为化学添加剂太贵。 (6) 清管器清蜡清管器清蜡

48、 上面讨论的各种措施虽然可在不同程度上减少结蜡，但上面讨论的各种措施虽然可在不同程度上减少结蜡，但 还不能从根本上清除结蜡。因此，目前长输管道上广泛还不能从根本上清除结蜡。因此，目前长输管道上广泛 采用的是清管器清蜡。采用的是清管器清蜡。 1、皮碗清管器、皮碗清管器 2、直板清管器、直板清管器 3、射流清管器、射流清管器 4、钢刷式清管器、钢刷式清管器 5、管道漏磁检测设备、管道漏磁检测设备 1、输油管道的发展历史、输油管道的发展历史 1865年美国建造了第一条输送原油管道，直径年美国建造了第一条输送原油管道，直径50mm长为长为 10km。 1977年，俄罗斯建成了第二条年，俄罗斯建成了第二条“友谊友谊”输油管道，口径为输油管道，口径为 1220mm,长为长为4412km。两条管线的输量约为。两条管线的输量约为1