中国石油大学(华东)输油管道设计与管理储运课件54

1、第四节第四节 热油管道的停输再启动热油管道的停输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。停输。停输的原因可以分为两大类：事故停输和计划停输。 轮不能到港装油港口：因台风等原因油不需原油炼厂：检修或事故检修管线终点划地停输时采用间歇输送，有计当油量不足，输量较小计划停输黄复线停输年黄岛油库火灾曾使东首末站火灾：如线停输年唐山地震时断裂，全秦京线地震引起管道断裂：如自然灾害天破裂，停输年东黄复线首站外管道裂：站间管道腐蚀穿孔或破电及设备故障等全线突然停电或首站停事故停输停输分类

2、8976192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。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

3、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，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。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。 管道停输后的温降过程同样属于不稳定的传热过程管道停输后的温降过程同样属于不稳定的传热过程。温降。温降规

4、律受多种因素的影响。目前还没有成熟的计算方法。目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；另一类就是近似公式计算；另一类就是利用数值方法上机求解利用数值方法上机求解。管线。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。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

5、管道停输后的温降计算一、架空及水中管道停输后的温降计算 重油管道的停输温降计算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。地管线快得多，可近似按集总热容系统计算。忽略断面上的温降梯度忽略断面上的温降梯度 不考虑油品物性随温度的变化不考虑油品物性随温度的变化 不考虑保温层的热容量不考虑保温层的热容量 简化处理：简化处理：假设环境温度假设环境温度T0不随时间变化不随时间变化 认为管道总传热系数认为管

6、道总传热系数 为常数为常数 k在在 d时间内的热平衡方程为时间内的热平衡方程为 dTCDDCDdTTDKggyy 212221044将上式积分并整理后可得：将上式积分并整理后可得： )(4584exp)(21222100DDcDcDKTTTTggyyQ 式中：式中：D、D1、D2管道平均直径、钢管内径、外径，管道平均直径、钢管内径、外径，mK 停输后油至周围空气或水流的总传热系数停输后油至周围空气或水流的总传热系数,W/m2Cg、g钢材的比热和密度钢材的比热和密度T0周围大气或水流的温度，周围大气或水流的温度，T停输停输 h 后的油温，后的油温，TQ开始停输时的油温，开始停输时的油温，停输时间

7、，停输时间，hCy、y油的比热和密度，油的比热和密度，J/kg，kg/m34584=3600*4/为将时间由秒化为小时后得到的系数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水下重油保温管道的停输温降曲线该图为实测结果与计算结果的比较。该图为实测结果与计算结果的比较。由图可以看出，在高温下，二者符合由图可以看出，在高温下，二者符合得很好，当温度较低时，管中原油的得很好，当温度较低时，管中原油的传热变为纯导热，已经不满足集总热传热变为纯导热，已经不满足集总热容系统的条件，二者偏差越来越大。容系统的条件，二者偏差越来越大。热含蜡原油管道的停输温降计算热含蜡原油管道的停输温降计算下

8、图为实测的架空热含蜡原油管道的停输温降曲线。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：根据温降曲线，其降温过程可分为三个阶段： 第一阶段（第一阶段（ T TSL）：）：第二阶段（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；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

9、数变小，也使热阻增大。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。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

10、法计算。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，可根据实测的原油没有成熟的方法，可根据实测的原油C-T关系用数值方法关系用数值方法求解。求解。第三阶段（第三阶段（T (34)时，时， FoEiFoRhEi1614122忽略前一项，并将后一项展开为级数忽略前一项，并将后一项展开为级数 )2!2/(ln5772. 0)(2 xxxxEi取前两项取前两项(误差可能很大误差可能很大)，经整理后可得，经整理后可得2(1)240.1113thDaD 000TTTTbtbt 2、数值方法、

11、数值方法将管内存油和土壤的散热均看作是二维不稳定导热，将管内存油和土壤的散热均看作是二维不稳定导热，分别列出其导热微分方程式和初始条件与边界条件。分别列出其导热微分方程式和初始条件与边界条件。根据有限差分法或有限元法编制计算机程序，然后根据有限差分法或有限元法编制计算机程序，然后上机求解。上机求解。上面讲的停输温降都是指管线某一断面上的温降，计上面讲的停输温降都是指管线某一断面上的温降，计算时，一般应取若干个断面计算，各个断面处的初始算时，一般应取若干个断面计算，各个断面处的初始油温可按轴向温降公式计算。油温可按轴向温降公式计算。 三、停输后再启动压力的计算三、停输后再启动压力的计算启动过程中流量恢复快慢决定于再启动压力的大小、顶启动过程中流量恢复快慢决定于再启动压力的大小、顶挤液的性质、停输时间长短及管内存油的流变性等一系挤液的性质、停输时间长短及管内存油的流变性等一系列因素。为了尽快恢复正常输送，应在强度允许的压力列因素。为了尽快恢复正常输送，应在强度允许的压力范围内，尽可能加大排量。范围内，尽可能加大排量。影响再启动压力的因素有：影响再启动压力的因素有：a.停输结束后，管内油品的温度分布停输结束后，管内油品的温度分布b.流体的流变