停输再启动与石蜡沉积

一、热油管道停输后的温降
㈠热油管道停输后管内的传热过程及其特点 1、管内原油的传热方式 、 热量从管内原油传到周围环境经历三个环节： 热量从管内原油传到周围环境经历三个环节：原油与 管内原油传到周围环境经历三个环节 管壁的传热、 管壁的传热、钢管壁及沥青层的导热和管外壁与周围 介质的传热。 介质的传热。 在停输降温期间， 在停输降温期间，后二个环节的传热方式始终没有改 而第一个环节随着管内油温的降低， 变，而第一个环节随着管内油温的降低，将出现三个 不同的传热形式，一开始是自然对流方式， 不同的传热形式，一开始是自然对流方式，其后是自 然对流和导热的联合方式，最后是纯导热方式。 然对流和导热的联合方式，最后是纯导热方式。
（五）管道停输温降数值计算简介 当停输时间较长时， 当停输时间较长时，前面用集中热容法计算温度的误差将 明显增大，所以要获得较高精度的计算结果， 明显增大，所以要获得较高精度的计算结果，必须把管内 原油的传热、管壁的传热和管外介质的传热综合考虑。 原油的传热、管壁的传热和管外介质的传热综合考虑。但 由于问题的复杂性， 由于问题的复杂性，获得热油管道非稳态传热问题的解析 解很困难，所以普遍采用了数值解法。 解很困难，所以普遍采用了数值解法。 热油管道停输过程非稳态热力问题中有两个要解决的问题： 热油管道停输过程非稳态热力问题中有两个要解决的问题： 管内油品与管道的传热和管道与管外介质的传热。管内油品 管内油品与管道的传热和管道与管外介质的传热。 与管道的传热随着油温的降低，不管是埋地管道， 与管道的传热随着油温的降低，不管是埋地管道，还是架空 及水中管道，也不管管内油品是稠油还是含蜡油， 及水中管道，也不管管内油品是稠油还是含蜡油，既要经历 自然对流控制、 自然对流控制、自然对流和导热的共同控制和纯导热控制三 个阶段。 个阶段。
（四）埋地管道停输温降规律
1、埋地热油管道的温降特点 、 埋地热油管道周围土壤的蓄热量很大， 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 大几十倍甚至上百倍。 冷却。埋地热油管的温降过程可分为二个阶段： 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 埋地含蜡油管道停输后的温降不同于架空管道的特点是： 埋地含蜡油管道停输后的温降不同于架空管道的特点是： 蜡晶析出放出潜热而使温降减慢的第二阶段不明显。 蜡晶析出放出潜热而使温降减慢的第二阶段不明显。
该阶段的温降属于有相变和移动边界的传热问题， 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 没有成熟的方法 ， 可根据实测的原油 关系用数值方法 求解。 求解。 第三阶段（ 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。 管内存油全部变成凝油，油中的传热方式变为纯导热。由 于该阶段热阻大，油温较低，与环境温差较小， 于该阶段热阻大，油温较低，与环境温差较小，温降比第 一阶段要缓慢得多。 一阶段要缓慢得多。但此阶段内单位时间内继续析出的蜡 比第二阶段少，所以该阶段油降速度快于第二阶段。 比第二阶段少，所以该阶段油降速度快于第二阶段。
热含蜡原油管道的停输温降曲线
根据温降曲线， 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： 温降曲线 第一阶段（ 第一阶段（ T >TSL） 管壁上的凝油层很薄， 管壁上的凝油层很薄，管内存油与管壁的传热方式主要是自 然对流，且由于该阶段油与周围的温差较大，放热强度大， 然对流，且由于该阶段油与周围的温差较大，放热强度大， 温降快。 温降快。该阶段的温降可采用与水下和架空稠油管道的停输 温降计算方法计算。 温降计算方法计算。 第二阶段（ 第二阶段（ TNG< T<TSL ） 这一阶段为液相区的自然对流和凝油区的热传导。 这一阶段为液相区的自然对流和凝油区的热传导 。 热阻方 其一随着凝油区的不断增大，热阻增加，其二随着油 面 ， 其一随着凝油区的不断增大 ， 热阻增加 ， 其二随着 油 流粘度增大， 自然对流系数变小， 也使热阻增大。 流粘度增大 ， 自然对流系数变小 ， 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。 结晶析出又放出潜热，因而这一阶段的油温下降最慢。
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 规律受多种因素的影响。至今还没有成熟的计算方法。 规律受多种因素的影响。至今还没有成熟的计算方法。目 前采用的计算方法主要有两类。 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。 近似公式计算；另一类就是利用数值方法。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、 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 强度等因素的影响，更没有成熟的计算方法。 计算方法偏于保守，还有待于深入研究。 计算方法偏于保守，还有待于深入研究。
不论是计划停输还是事故停输，都有一个安全停输时间的问 不论是计划停输还是事故停输， 对于计划停输， 题。对于计划停输，在制定停输计划时要考虑应该在允许停 输时间内进行再启动；对于事故停输， 输时间内进行再启动；对于事故停输，抢修要在允许的停输 时间内完成。 时间内完成。 热油管道停输后，由于管内油温不断下降，粘度增大，管壁 热油管道停输后，由于管内油温不断下降，粘度增大， 上的结蜡层增厚，会使管道再启动时的摩阻增大。 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， 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， 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。 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 线的顺利启动， 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。 的措施。
在 dτ时间内的热平衡方程为 时间内的热平衡方程为
π 2 π 2 2 K'πD(T −T0 )dτ = − D1 ρyCy + D2 − D1 ρgCg dT 4 4
(
)
将上式积分并整理后可得： 将上式积分并整理后可得：
14400K′Dτ T = T0 + (TQ −T0 ) exp− τ 2 2 2 cy ρy D + cg ρg (D2 − D ) 1 1
Ty1 = Tw0 + (2 ~ 3) ，若 Tw0 低于凝点，则Ty1 等于凝点。 低于凝点， 等于凝点。
3、埋地含蜡原油管道的温降规律 、 （1）管径的影响 ） 在相同条件下，管径越大， 在相同条件下，管径越大，管内原油的热容量和管外土 壤蓄热量也越大，温降越慢。 壤蓄热量也越大，温降越慢。 （2）地温的影响 ） 地温越高，温降越慢。 地温越高，温降越慢。 （3）油温的影响 ） 油温越低，与环境的温差越小，温降越慢。 油温越低，与环境的温差越小，温降越慢。所以进站的油 温比出站油温下降要慢。 温比出站油温下降要慢。
停输后油至周围空气或水流的总传热系数,W/m2℃； 停输后油至周围空气或水流的总传热系数 式中 K ′ —停输后油至周围空气或水流的总传热系数 D、D1、D2—管道平均直径、钢管内径、外径，m； 管道平均直径、 、 管道平均直径 钢管内径、外径， ； Cy、ρy—油的比热和密度，J/（kg℃）， 油的比热和密度， （ ℃），kg/m3； 油的比热和密度 Cg、ρg—钢材的比热和密度， J/（kg℃）， 钢材的比热和密度， （ ℃），kg/m3； 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， 周围大气或水流的温度 Tτ—停输 τh 后的油温，℃； 后的油温， 停输 TQ—开始停输时的油温，℃； 开始停输时的油温， 开始停输时的油温 τ—停输时间，h。； 停输时间， 。； 停输时间
（二）架空及水中稠油管道停输温降规律 架空和水中管道停输后， 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， 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， 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。 简化处理： 简化处理： ①忽略断面上的温降梯度 ②认为管道总传热系数 k ' 为常数 ③不考虑油品物性随温度的变化 ④假设环境温度T0不随时间变化 假设环境温度 ⑤不考虑保温层的热容量
管道与管外介质的传热， 管道与管外介质的传热，埋地管道与架空及水中管道有很 大的区别， 大的区别，架空及水中管道与周围介质的传热方式是对流 换热，较易处理， 换热，较易处理，所以研究主要集中在管外土壤的非稳态 温度场的求解。 温度场的求解。 总的来说， 总的来说，管外土壤稳态及非稳态传热计算的方法是成熟 的，也是可靠的，但所得结果的准确性还取决于计算参数 也是可靠的， 的准确性。 的准确性。 对于热油管道停输温降的计算，目前仍有要解决的问题， 对于热油管道停输温降的计算，目前仍有要解决的问题， 比如，管内原油与管壁的自然对流传热的描述问题， 比如，管内原油与管壁的自然对流传热的描述问题，管内 自然对流系数的计算。 自然对流系数的计算。
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， 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。
电及设备故障等 全线突然停电或首站停 事故停输站间管道腐蚀穿孔或破 92年东黄复线首站外管道 裂： 破裂，停输1天 秦京线76年唐山地震时断裂，全 线停输 地震引起管道断裂：如 自然灾害 停输分类 89 黄复线停输 首末站火灾：如 年黄岛油库火灾曾使东 时采用间歇输送，有计 划地停输 当油量不足，输量较小 计划停输 不需原油 炼厂：检修或事故检修 管线终点 轮不能到港装油 港口：因台风等原因油