第四节加输油管道的投产.ppt

第四节 加热输油管道的投产 加热输油管道投产前除需要与等温输油管道一样进行管道试压、泵站试运之外，还要进行加热炉的炉管试压、炉膛升温以及管线预热等准备工作。其中，炉管试压、炉膛升温等环节的工作在《储运设备》相关内容中已介绍。 一、管道的投油 1、热油管道投油时的放热过程 我们在讨论热油管道的温降时，是以稳定运行状态为前提的，即认为油流在某一时间内通过各传热环节所传递的热量都等于同一时间内油流由于温度降低而放出的热量。传热环节的各物质，只起到热量传递的作用，自身不储存热量，温度没有变化。 热油管道的投油过程中，与稳定运行状态有不同。由于热油管道的输送油流温度一般都要比管道周围的环境温度高出许多，若输送温度下的热油直接进入环境温度下的冷管，油流与管道及管道周围环境的温差较大，不具备稳定传热的条件。 所以，热油管道的投油过程中是一个不稳定的传热过程。在这个过程中，既存在油流向管道周围环境的放热，又存在管道及周围环境的蓄热。 在投油的初期，以蓄热为主，首先是热油头将热量传递给管壁，管壁蓄热，温度升高;随后埋地管道周围的土壤蓄热，温度逐渐升高，直到稳定传热条件的建立。其中，最先进入管道的油头始终与冷管壁接触，热量的损失最大，温降最快，有可能在油流没有到达下一加热站或终点之前就降到油品的凝固点以下。 即使没有降到油品的凝固点以下，若油流的温度低于设计最低温度较多，油品的粘度较大，管道摩阻损失较大，需要的启动压力较高，一方面受到输油泵升压能力的限制，另一方面受到管道与设备承压能力的限制，使管道的投油过程难以进行下去。 故热油管道的冷管直接投油一般只用于短距离输油管道。目前，长距离热油管道大都采用热水预热的方式启动。 2、埋地热油管道预热时间的计算 管道预热的目的是使管道和管道周围环境储存一定的热量，减少投油时油流的热损失，保证投油过程的顺利进行。架空管道预热过程的蓄热，主要是管壁和管道保温层的蓄热，热容量较小，需要的预热时间也较短。 埋地管道周围地壤的热容量较大，达到稳定传热需要的时间较长。 实际上，没有必要预热至稳定状态再投油。根据经验，在夏秋季投产时，预热过程进行到厚为的环形地层的蓄热量达到稳定蓄热量的35％～50％就可投油，此时管道的传热系数约为3.2～4.0W/(m2·0C)。 由于不稳定传热影响因素的复杂性，理论上准确计算热油管道预热过程达到某一状态需要的时间是困难的。目前，大都是在一定假设简化的前提下计算。常用的有恒热流法、恒壁温法和蓄热量法。 （1）恒热流法计算预热时间 恒热流法是将埋地热油管道看作是半无限大均匀介质中连续作用的线热源，并假设预热过程中油流在单位时间内向环境放出的热量恒等于稳定运行状态时的放热量。将这样一种热力学模型，利用源汇法理论处理，可以得到预热终了状态的传热系数与预热时间的关系式为： 当 时，上式可简化为： 式中 —预热达到投油条件时管道的传热系数，W/(m2·0C)，由于埋地管道的预热，主要是土壤温度场的蓄热，所以 ; —土壤的导温系数， ，m2/h; —土壤的比热容，kJ/(kg·0C); —土壤的密度，kG/m3; —达到投油条件所要的预热时间，h; —幂积分函数; R —管道的计算半径，m。 利用上式计算达到投油条件所需的时间，一般比达到相同条件所需的实际时间要大。引起计算误差的原因主要是实际预热过程中油流的散热量是随时间变化的，并且都大于稳定运行状态时的散热量，计算时假设全部预热时间内的散热量都等于稳定运行状态时的散热量，导致计算结果偏大。故利用恒热流法计算的预热时间指导热油管道的投产，是偏于安全的。 （2）恒壁温法计算预热时间 恒壁温法是将埋地热油管道看作是无限大均匀介质中连续作用的圆柱形热源，忽略地表散热的影响，并假设在预热开始时，管壁处的土壤温度就从环境温度在瞬间升高到预热终了时的温度，并在整个预热过程中保持不变。根据这样一种边界条件，利用因次分析的方法，可以得到预热终了状态的传热系数与预热时间的关系式为： 式中 称为傅立叶准数，将其代入止上式可得： 利用上式计算达到投油条件所需的时间，一般比达到相同条件所需的实际时间要小。引起计算误差的原因主要是实际预热过程中管壁处的土壤温度升高至预热终了时的温度，也需要一定的时间。 （3）经验蓄热量法计算预热时间 经验蓄热量法计算预热时间的表达式为： 式中 X—预热达到投油条件时，管道周围温度场的蓄热量占稳定状态蓄热量的百分数，根据经验，秋季投产时，此值取50％～60％，夏季投产时，此值取35％～40％;