王敏 胡寶靜 冀麗 張亞文 邵傳江

摘要：目前，全國(guó)成品原油輸送管網(wǎng)主要采用加熱輸送工藝，具有原油高凝固點(diǎn)、高含蠟、高粘度的“三高”現(xiàn)象，加熱輸送存在著一定量的熱損失。為處理好輸送過(guò)程中熱能與壓力能損失的供求平衡關(guān)系，以求達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的，文章介紹了熱油輸送管道存在的徑向降溫和軸向降溫的問(wèn)題以及計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：熱油輸送；徑向降溫；軸向降溫

中圖分類(lèi)號(hào)：TE832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）01-0149-02

隨著我國(guó)內(nèi)陸油田和海上油田的開(kāi)發(fā)，原油管道的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期，全國(guó)的成品油輸送管網(wǎng)逐漸發(fā)展和形成起來(lái)。我國(guó)原油大都是高凝固點(diǎn)、高含蠟、高粘度的“三高”原油，目前主要采用加熱爐直接加熱工藝，在長(zhǎng)距離輸油管路中正常輸送中，我們就必須要解決壓力和溫度的能量損失的問(wèn)題。根據(jù)資源條件和國(guó)民經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期規(guī)劃的要求，就必須正確、合理地處理原油輸送過(guò)程中管路的摩阻損失和最熱損失這兩種能量的供求平衡關(guān)系，以求達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的目的。

一、加熱輸送的目的和特點(diǎn)

“三高”原油的管道輸送中，當(dāng)成品原油的凝固點(diǎn)大于管路環(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下成品原油的粘度很高時(shí)，必須提前采取各種降凝、降粘方法。加熱輸是目前最有效的方法，即將成品原油提高溫度后輸入管路，目的是降低其粘度，減少摩阻損失，借消耗熱能以節(jié)約壓力能。

在熱油沿管道向前輸送的過(guò)程中，由于其油溫與環(huán)境溫度的差異，在這徑向溫差的作用下，油流所攜帶的熱量將不斷地向管道外散失。因而使油流在前進(jìn)過(guò)程中不斷地有熱量損失，即引起軸向溫降。在軸向溫降的作用下，使油流的粘度在輸送過(guò)程中不斷升高，單位管長(zhǎng)的摩阻逐漸增大，甚至當(dāng)油溫降低到接近凝固點(diǎn)時(shí)，摩阻將急劇升高。

以上特點(diǎn)說(shuō)明，熱油輸送過(guò)程中存在著兩方面的能量損失，即摩阻損失和散熱損失，因此也就必須要從兩方面給油流提供能量，一是由加熱站提供熱能，另一方面是由泵站提升壓力能，還要正確處理好這兩種能量的供求平衡關(guān)系。這兩種能量損失的多少是互相影響的，在這兩方面的能量損失中，其中散熱損失是主要的因素。因?yàn)槟ψ钃p失的大小與油品的粘度密切相關(guān)，而輸送溫度的高低，直接影響粘度的大小。如多建中間加熱站，提高加熱站的進(jìn)出站溫度，使油品在較高的溫度下輸送，散熱損失將因之增大，而摩阻損失則減少。對(duì)于某一輸送任務(wù)，存在著能耗最小的最優(yōu)化輸送條件，為此首先應(yīng)確定輸送管道沿線的溫降情況。

二、熱油輸送管道的徑向溫降

管路內(nèi)油流的徑向溫差，會(huì)引起油流在徑向時(shí)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，因而在雷諾數(shù)略小于2000的情況下，熱油管內(nèi)流態(tài)也不是層流運(yùn)動(dòng)，自然對(duì)流攪亂了層流。只有在自然對(duì)流很弱的情況下，才能恢復(fù)層流，因此，某些國(guó)家文獻(xiàn)建議，在進(jìn)行熱油管的傳熱計(jì)算時(shí)，層流與紊流的劃分仍以雷諾數(shù)大于或小于2000為界；而在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，只有當(dāng)雷諾數(shù)小于1000，對(duì)流的影響很弱時(shí)，流態(tài)才按層流考慮，以使計(jì)算所得的摩阻偏于安全值。

由于徑向溫降引起的擾動(dòng)及管壁附近油流粘度的增大，會(huì)使熱管道的摩阻損失比按截面平均油溫計(jì)算時(shí)增大，在層流時(shí)的影響要比紊流時(shí)大得多。

三、熱油輸送管道的軸向溫降

（一）軸向溫降的基本計(jì)算式及其應(yīng)用

油流在加熱站加熱到一定溫度TR以后，在沿管道流動(dòng)過(guò)程中，不斷把熱量散失到溫度較低的管路周?chē)橘|(zhì)中去，因而使油流的溫度不斷降低。

設(shè)管路周?chē)h(huán)境溫度為T(mén)0，油流流到距加熱站出口1米處，溫度降低為T(mén)℃，由該處往前，長(zhǎng)為dl的一小段管路中，單位時(shí)間內(nèi)往外散失的熱量為K∏Ddl（T-T0），式中K為油流至周?chē)橘|(zhì)的總傳熱系數(shù)，其國(guó)際單位為瓦/（米2*升）或焦耳/（米2*秒*升），工程單位為千卡/（米2*時(shí)*℃）。經(jīng)過(guò)dl這一小段距離后，油溫又降低了dT℃，在穩(wěn)定傳熱過(guò)程中，如不考慮油流的摩擦熱，則油流放出的熱量為GCdT，dl段的熱平衡關(guān)系式為：

K∏D（T-T0）dl=-GCdT（1）

因式中dl與dT的方向相反，故引用負(fù)號(hào)。式中G為油流的質(zhì)量流量，單位公斤/時(shí)；C為油的熱容，單位千焦耳/（公斤*升）或千卡/（公斤*℃）。

設(shè)總傳熱系數(shù)K為常數(shù)，油流流經(jīng)長(zhǎng)為L(zhǎng)的管段后溫度降低為T(mén)L，上式由0至L積分后，可得管路沿線的溫降關(guān)系式為：

-（2）

上式（2）即為著名的蘇霍夫溫降公式。此式是在熱油管的設(shè)計(jì)、管理中應(yīng)用最多的計(jì)算式，在設(shè)計(jì)時(shí)可用于：

（1）當(dāng)K、G、D、T0及加熱站進(jìn)、出口溫度TR和TL一定時(shí)，確定加熱站的間距LR；

（2）在加熱站間距LR已定的情況下，當(dāng)K、G、D及T0一定時(shí)，確定為保持要求的終點(diǎn)溫度TR所必須的加熱站出口溫度TR；

（3）當(dāng)K、D及T0一定時(shí)，在加熱站間距LR、加熱站的最高出口溫度TR和允許的最低進(jìn)站溫度TL已定的情況下，確定熱油管路的允許最小輸量；

（4）運(yùn)行時(shí)計(jì)算實(shí)際的總結(jié)系數(shù)K，以判斷管路的散熱及結(jié)蠟情況。

但是必須強(qiáng)調(diào)，上述核算只適用于輸量及油溫都穩(wěn)定的情況下。因?yàn)槭剑?）是由穩(wěn)定傳熱平衡關(guān)系導(dǎo)出的，并認(rèn)為總傳熱系數(shù)K是常數(shù)，不隨其它參數(shù)變化。

（二）溫降公式計(jì)算中的因素

在前述核算各種參數(shù)的應(yīng)用中，我們認(rèn)為總傳熱系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，對(duì)于埋地管線，當(dāng)輸量和油溫變化時(shí)，由于土壤溫度常的重新分布和趨于穩(wěn)定的過(guò)程較慢，所以在核算中計(jì)算的某段管路是隨時(shí)間變化的。

上述溫降的基本公式?jīng)]有考慮管內(nèi)油流磨擦生熱對(duì)溫降的影響，也沒(méi)有計(jì)入含蠟原油降溫時(shí)析出蠟潛熱的影響，故只適用流速低、溫降大、磨擦熱的影響較小，且在輸送溫度范圍內(nèi)沒(méi)有相變的情況下。

綜前所述了熱油輸送管道輸送影響因素，總的概況就是實(shí)際中存在的摩阻損失和散熱損失，所以我們?cè)诠芾砗驮O(shè)計(jì)中要正確處理這兩種能量的關(guān)系，也就能夠正確處理輸油工作中熱能與壓力能的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家建委建筑物理研究所．地下輸油管道熱工計(jì)算、油氣管道技術(shù)[M]．1978．

[2]車(chē)爾尼金．易凝原油的輸送[M]．石油工業(yè)出版社，1959．

作者簡(jiǎn)介：王敏（1973-），女，山東兗州人，供職于中原油田采油二廠油氣集輸大隊(duì)，研究方向：高粘度原油的輸送。

（責(zé)任編輯：葉小堅(jiān)）