热油管道的运行管理

① 理论分析 根据热油管路摩阻计算公式：
hR hT
0
AR
Q
Ei mu T R
2m
T 0 Ei mu T Z T 0
K DL GC
R
hT
0
T
m
0
d
5m
L R , AR
当d、LR、T0、K一定时，式中的hT0/AR 只是流量的函数， 且hT0/AR∝Q3-m，hT0/AR随流量Q的增大而增大。
1月 1日 1月 15 日 1月 29 日 2月 12 日 2月 26 日 3月 11 日 3月 25 日 4月 8日 4月 22 日 5月 6日 5月 20 日 6月 3日 6月 17 日
5、影响临界输量的因素 （1）粘温特性 当
u 0 . 06 C
1
时，摩阻与流量曲线就没有极点，
即对于粘度随温度变化较缓的油品，较不易进入不 稳定工作区。 （2）流态
由公式可知，在m=0.25的紊流区，只有当 u (T
u (T R T 0 ) 3 .
R
T 0 ) 20 时，
日期
7月 1日 7月 15 日 7月 29 日 8月 12 日 8月 26 日 9月 9日 9月 23 日 10 月 7日 10 月 21 日 11 月 4日 11 月 18 日 12 月 2日 12 月 16 日 12 月 30 日
计算值 实测值
濮阳地区日平均气温实测与计算结果比较
地温，℃
10 15 20 25 30 35 0 5
对于等温管路：
H Q
2m

m
d
5m
L Z fLQ
5m
2m
Z
f
m
/d
即管路已定(即d、L、ΔZ、T0或υ已定) 时，H是Q的单 值函数，H=f(Q) 。
对于热油管路： 当d、L、ΔZ、T0、K及所输油品已定时，摩阻H不仅是 输量Q的函数还是粘度υ的函数，而υ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：
上面讨论的热油管路的工作特性没有考虑管内壁结蜡， 也未考虑含蜡原油在油温高于凝点5℃左右时已具有非 牛顿流体性质，在热含蜡油管道的实际运行中，当流动 处于层流状态时，加上这两方面的影响，使管道更容易 进入出现不稳定区工作，可能导致管道的停流、初凝事 故。 另外，管道进入不稳定区工作后，并不会马上出现停 流凝管事故，只要及时采取措施就可以避免凝管事故的 发生。
Hale Waihona Puke Baidu
max
——一年中的日平均最高气温，℃；
τ——从日平均气温最高日开始计算的时间，h；
a
——土壤与大气的换热系数，W/(m2. ℃)；
其余符号意义同前。 式中 实际上是地表面温度波幅相对于大气温度波幅 的减小系数，而 是地表面温度变化比大气温度变化落 后的相位角。
若取y=0， 1，
0 ，则得到大气温度随时间的变化规律：
Ta T a T a
m

max
Ta
m

cos 2 0
日平均 气温，℃
0 5 -5 10 15 20 25 30 35 -15 -10
1月 1日 1月 15 日 1月 29 日 2月 12 日 2月 26 日 3月 11 日 3月 25 日 4月 8日 4月 22 日 5月 6日 5月 20 日 6月 3日 6月 17 日
T ( y , ) Ts
m
(T s
max
Ts
m
) exp y

a t 0
cos
2 y 0

a t 0

式中
Ts Ts
m
——地表面年平均温度，℃； ——一年中的最高地表面温度，℃；
max
τ——从地表面最高开始计算的时间，h； τ0——地表温度的波动周期，τ0 =365.25天=8766h； y——从地表垂直向下的深度，m；
热油管道的运行管理
第一节 热油管道的运行特性 第二节 热油管道的投产 第三节 含蜡原油管道的蜡沉积及清管 第四节 热油管道的停输再启动
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。

2
2 y 0

a t 0

1 2 t a

a t 0

0 .5
1 1 tan a t 0 1 a t
式中
Ts Ta
m
——年平均气温，℃；
H
HTz1
HTz2
Tz2>Tz1 Q
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T0、K及粘温指数u等参数也会 影响热油管路的工作特性。
② 维持出站油温TR一定运行的热油管路的工作特性 维持TR一定时的管路特性曲线 如图所示。TR不同时，沿线油 温分布不同，特性曲线亦不同。 H
② 热油管道的不同流量区
维持TR 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
Ⅰ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 TZ T0 ，T≈TZ≈T0 。随 Q 增大 , TZ 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， T 0 所以热油管路不能在该区工作。
现在来看一下大括号中各项的值，TR 一定，Ei[-mu(TR-T0)] 不随Q而变；Q↑TZ↑，mu(TZ-T0)↑，Ei[-mu(TZ-T0)]↓，故大括 号中的值随Q上升而下降，与hT0/AR 的变化趋势相反。因此 函数hR=f(Q)可能有极值点。另外，当Q＝0时，hR=0，而当 Q很大时，hR→hTR ，即hR 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hTR∝Q2-m，故hR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 hR=f(Q)曲线可能存在两个极值点。
at
——土壤的导温系数m2/h。
当缺乏的表面温度资料时，根据气温推算土壤温度随深度和 时间的变化：
T ( y , ) Ta
m
Ta

max
Ta
m

exp y
2 t a


a t 0

a t 0
cos
摩阻与流量曲线才出现极点。在层流时出现极点的条件是
（3）地温 （4）总传热系数 （5）热站间距 （6）出站油温
6、热油管道运行进入不稳定工作区的预防及处置
按照运行管理技术规范，热油管道在正常稳定运行情况 下，一般不应该出现不稳定工作区。但低输量运行的热 油管道在某些非正常情况下可能进入不稳定工作区。比 如出现非正常情况，要求提高出站温度来保持全线的平 均油温不降低，由于温度提升的滞后性，处理不当就有 可能将管道带入不稳定工作区。
Q V H （与等温管相似）
Q T R T pj
pj
H
总的趋势是Q↑H↑，即H=f(Q)是单调上升的曲线。
维持TZ一定时的管路特性曲线 如图所示。TZ不同时，沿线油 温分布不同，特性曲线亦不同。 TZ高则沿线油温高，摩阻损失 小，故HTz2-Q曲线总是在HTz1Q曲线的下方。
Ⅱ
III Q
T0
Q
4、临界输量
右图是一条管内径259mm， 长20.5km，输送重油的热油 管道，在 TR=50℃，T0=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<0.06时，不稳定区 消失，曲线无极值点。
Ⅱ、 Ⅲ两区的分界流量叫做“临界流量”，这也是 热油管道正常运行的一个“允许最小输量”。我们前 面讲温降公式时已经知道热油管道有一个允许最小输 量，为了便于区别，我们把用温降公式得到的最小输 量称为“热力条件允许的最小输量”，而把这里提到 的临界输量称为“管路特性允许的最小输量”。显然， 某一条热油管道的允许最小输量是它们两个中的较大 值。
I
Ⅱ
III Q
Q
Ⅱ区—中等流量区
H
一 方 面 Q↑V↑H↑， 另 一 方 面 ， Q↑TZ↑↑,Tpj↑↑(显著增大)，如果油品在 该温度区内的粘度随温度的变化较剧 烈，Tpj 的显著上升将引起粘度υ的显 著下降υ↓↓，使摩阻H↓。故可能出现 TZ 随着流量的增大，摩阻反而下降的现 象。Ⅱ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， T 0 进入Ⅰ区。热油管道在该区运行既不 经济又不安全。
H=f1(Q,T)=f2(Q,TR)=f3(Q,TZ)
对于一条确定的热油管路，d、L、ΔZ、T0 、K一定，在 某输量Q下，当TR 已定时，由温降公式知，TZ 也就定了， 反之亦然，即 TR 、TZ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TZ 不 变计算。运行时，往往是控制TR ，这样只需根据出站油 温TR 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：
① 维持出站油温TR 一定运行； ② 维持进站油温TZ一定运行。 下面分别讨论各种情况下的管路工作特性。 ① 维持进站油温TZ一定运行的热油管路的工作特性
先来分析一下维持TZ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：
如 果 在 某 输 量 Q0 下 ， 进站温度为TZ0，出站温 度为TR0 ，保持TZ0 运 行的管路特性曲线一定 位于保持TR0 运行的管 路特性曲线的上方（为 什么？），如图所示。
H
维持TZ一定
H0
O
维持TR一定
Q0
Q
3、热油管路工作特性的不稳定区
前面讲过，维持TR一定运行的热油管道，在正常运 行的输量范围内，Q↑H↑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Q↑H↓的反常 现象， Q↑H↓的区域 就是热油管道的不稳定工作区。
二、影响热油管道温降的因素
土壤温度场、土壤湿度、大气温度以及管道运行参数的变化， 均会影响热油管道的散热情况。
(一）土壤自然温度场的变化 管道埋深处土壤温度是影响热油管道的散热的主要因素。由 于土壤与大气间的热交换，土壤自然温度场不断随时间变化， 而且不同深度，土壤的温度也不同。一般昼夜气温变化对土 壤的影响范围小于0.5m。更深处的土壤温度只受旬和月气温 的变化。 根据传热学知识，土壤温度随深度及时间变化可按地表温度 推算：
HTR1
HTR2
TR高则沿线油温高，摩阻损失
小 ， 故 HTR1-Q 曲 线 总 是 在 HTR2-Q曲线的上方。
TR2>TR1 Q
定性分析摩阻随输量的变化趋势如下：
Q V H
Q T Z T pj
pj
H
两方面因素引起的摩阻变化趋势正相反，这与维持TZ一 定时不同。 在实际运行的输量范围内，一般随Q↑H↑， 但H随Q的变 化要比等温管和维持TZ一定时要平缓些。
预防热油管道运行进入不稳定工作区工作，首先要对具 体的管道的条件，进行其特性的分析，确定管道的允许 最小输量，并在运行中要检测和及时分析管道流量与压 力的变化趋势，以便了解管道所处的状态 。
一旦发现管线进入不稳定工作区，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。
I
Ⅱ
III Q
Q
Ⅲ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TZ 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 Q↑H↑，该区是热 油管道的正常工作区。热油管道 应在Ⅲ区运行，避免进入Ⅰ、Ⅱ 区。
H
I TZ