《原油管道输送技术相关知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原油管道输送技术相关知识（128页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、原油管道输送技术原油管道输送技术 主要内容主要内容一、输油泵站的工作特性一、输油泵站的工作特性二、输油管道的压降计算二、输油管道的压降计算三、原油管道的温降计算三、原油管道的温降计算四、输油管道运行工况分析与调节四、输油管道运行工况分析与调节五、热油管道的日常运行管理五、热油管道的日常运行管理六、含蜡原油管道的石蜡沉积六、含蜡原油管道的石蜡沉积七、提高输油系统效率的途径七、提高输油系统效率的途径由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。长距离输油运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。长距
2、离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。 离心泵的型式有两种：离心泵的型式有两种： (1)(1)多级（高压）泵多级（高压）泵: :排量较小排量较小, ,又称为并联泵；又称为并联泵； (2)(2)单级（低压）泵单级（低压）泵: :排量大，扬程低，又称为串联泵。排量大，扬程低，又称为串联泵。 1 1、长输管道用泵、长输管道用泵一一般般来来说说，输输油油泵泵站站上上均均采采用用单单一一的的并并联联泵泵或或串串联联泵泵，很很少少串串并并联联泵泵混混合合使使用用，有有时时可可能能在在大大功功率率并并联联泵泵或或串串联联泵泵前前串串联低扬程大排量的给油泵，以提
3、高主泵的进泵压力。联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。 一、输油泵站的工作特性一、输油泵站的工作特性 长长距距离离输输油油管管道道是是耗耗能能大大户户，而而输输油油主主泵泵输输油油管管道道的的主主要要耗耗能能设设备备，因因此此提提高高输输油油主主泵泵的的效效率率是是提提高高输输油油管管道道经经济济效效益益的的重重要要途途径径。如如果果将将我我国国目目前前输输油油管管道道的的输输油油主主泵泵效效率率由由70%70%左左右右提提高高85%85%左左右右，输输油油电电耗耗将将减减少少20%20%以以上上。因因此此，在在输输油油管管道道的的日日常常管管理理中中，加加强强对对输输油油主主泵泵的
4、的维维修修保保养养，使使其其始始终终处处于于高高效效状状态态，对对提提高高输输油油管管道道的的经经济济效效益益非常重要。非常重要。输油泵原动机输油泵原动机 电动机电动机 柴油机柴油机 燃气轮机燃气轮机 输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为 ：电电动动机机具具有有体体积积小小、重重量量轻轻、噪噪音音低低、运运行行平平稳稳可可靠靠、便便于于实实现现自自动动控控制制等等优优点点，对对于于电电力力供供应应充充足足的的地地区区一一般般均均采采用用电电
5、动动机机作作为为原原动动机机。其其缺缺点点是是调调速速困困难难，需需要要专专门门的的调调速速装装置置。但但对对于于电电网网覆覆盖盖不不到到的的地地区区，是是否否采采用用电电动动机机要要进进行行经经济济比比较较。如如果果需需要要架架设设长长距距离离输输电电线线路路，采采用用电电动动机是不合适的。机是不合适的。与与电电动动机机相相比比，柴柴油油机机有有许许多多不不足足之之处处：体体积积大大、噪噪音音大大、运运行行管管理理不不方方便便、易易损损件件多多、维维修修工工作作量量大大、需需要要解解决决燃燃料料供供应应问问题题。其其优优点点是是可可调调速速。对对于于未未被被电电网网覆覆盖盖或或电电力力供供应
6、应不不足足的的地地区区，采采用用柴油机可能更为经济。柴油机可能更为经济。燃燃气气轮轮机机单单位位功功率率的的重重量量和和体体积积都都比比柴柴油油机机小小得得多多，可可以以用用油油品品和和天天然然气气作作燃燃料料，不不用用冷冷却却水水，便便于于自自动动控控制制，运运行行安安全全可可靠靠，功功率率大大，转转速速可可调调。一一些些退退役役的的航航空空发发动动机机经经改改型型后后可可用用于于驱驱动动离离心心泵泵。对对于于偏偏远远地地区区的的大大型型油油气气管管线线，采采用用燃燃气气轮轮机机可可能能是是比比较较好好的的选选择择。如如横横贯贯阿阿拉拉斯斯加加管管线线采采用用的的就就是是改改型型后后的的航空
7、燃气轮机。航空燃气轮机。2 2、离心泵的工作特性、离心泵的工作特性 (1) (1) 离心泵的特性方程离心泵的特性方程 对对于于电电动动离离心心泵泵机机组组，目目前前原原动动机机普普遍遍采采用用异异步步电电动动机机，转转速速为为常常数数。因因此此H=f(q)，扬扬程程是是流流量量的的单单值值函函数数，一一般般可用二次抛物线方程可用二次抛物线方程H=a-bq2表示。表示。对对于于长长输输管管道道，常常采采用用H=a-bq2-m的的形形式式，其其中中a、b为为常常数数，可可根根据据泵泵特特性性数数据据由由最最小小二二乘乘法法求求得得；m与与流流态态有有关关；q为为单单泵泵排排量量。采采用用上上式式描
8、描述述泵泵特特性性，与与实实测测值值的的最最大大偏偏差差 2%。(2)改变泵特性的方法改变泵特性的方法改变泵特性的方法主要有：改变泵特性的方法主要有：切削叶轮切削叶轮式中：式中：D0、D变化前后的叶轮直径，变化前后的叶轮直径，mma、b与叶轮直径与叶轮直径D0对应的泵特性方程中的常系数对应的泵特性方程中的常系数改变泵的转速改变泵的转速n调速后泵的转速，调速后泵的转速，r/minn0调速前泵的转速，调速前泵的转速，r/mina、b与转速与转速n0对应的泵特性方程中的常系数对应的泵特性方程中的常系数式中：式中：多级泵拆级多级泵拆级 多级泵的扬程与级数成正比，拆级后，泵的扬程按比例降多级泵的扬程与级
9、数成正比，拆级后，泵的扬程按比例降低。但级数不能拆得太多，否则，泵的效率会降低。低。但级数不能拆得太多，否则，泵的效率会降低。进口负压调节进口负压调节进进口口负负压压调调节节一一般般只只用用于于小小型型离离心心泵泵，大大型型离离心心泵泵一一般般要要求求正正压压进进泵泵，不不能能采采用用此此方方法法。多多数数采采用用切切削削叶叶轮轮或或改改变变泵泵的的转转速速（串串级级调调速速和和液液力力藕藕合合器器等等）。对对于于多多级级泵泵可可首首先先考考虑虑采用拆级的方法改变泵特性。采用拆级的方法改变泵特性。油品粘度对离心泵特性的影响油品粘度对离心泵特性的影响一般当粘度大于一般当粘度大于6010-6m2/
10、s时要进行泵特性的换算。时要进行泵特性的换算。3、输油泵站的工作特性、输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性可用输油泵站的工作特性可用H=f(Q)表示表示输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联 (1) (1) 并联泵站的工作特性并联泵站的工作特性QHcq2q1并联泵站的特点并联泵站的特点 ：泵泵站站的的流流量量等等于于正正在在运运行行的的输输油油泵泵的的流流量量之之和和，每每台台泵泵的的扬程均等于泵站的扬程。即：扬程均等于泵站的扬程。即： 设有设有n1台型号相同的泵并联，即台型号相同的泵并联，即A=a注意注意 ：泵泵并并联联运运行行时时，在在改改变变
11、运运行行的的泵泵机机组组数数时时，要要防防止止电电机机过载。过载。即：即：例例如如两两台台泵泵并并联联时时，若若一一台台泵泵停停运运，由由特特性性曲曲线线知知，单单泵泵的的排排量量qQ/2，排排量量增加，功率上升，电机有可能过载。增加，功率上升，电机有可能过载。H管路管路单泵单泵并联并联QqQ/2(2)串联泵站的工作特性串联泵站的工作特性QHcq2,H2q1,H1 各泵流量相等各泵流量相等，q=Q设有设有n2台型号相同的泵串联，则：台型号相同的泵串联，则： 泵站扬程等于各泵扬程之和：泵站扬程等于各泵扬程之和：特点特点：(3)串、并联泵机组数的确定串、并联泵机组数的确定选择泵机组数的原则主要有四
12、条：选择泵机组数的原则主要有四条： 满足输量要求；满足输量要求；充分利用管路的承压能力；充分利用管路的承压能力；泵在高效区工作；泵在高效区工作；泵的台数符合规范要求（一般不超过四台）。泵的台数符合规范要求（一般不超过四台）。 并联泵机组数的确定并联泵机组数的确定其中其中 : :Q为设计输送能力，为设计输送能力，q为单泵的额定排量为单泵的额定排量。显然显然 不一定是整数不一定是整数 ，只能取与之相近的整数，这就是泵，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。机组数的化整问题。 如如果果管管线线的的发发展展趋趋势势是是输输量量增增加加，则则应应向向大大化化，否否则则向向小小化化。一般情况下要
13、向大化。一般情况下要向大化。 由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬程）则要根据管路的设计工作压力确定。另外根据规范规定，程）则要根据管路的设计工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。泵站至少设一台备用泵。 串联泵串联泵其中：其中：H为管路的许用强度（或设计工作压力）为管路的许用强度（或设计工作压力）H 为单泵的额定扬程。为单泵的额定扬程。一一般般来来说说，串串联联泵泵的的台台数数应应向向小小化化，如如果果向向大大化化，则则排排出出压压力力可可能能超超过过管管子子的的许许用用强强度度，是是很很危危险险的的。串串联泵
14、的额定排量根据管线设计输送能力确定。联泵的额定排量根据管线设计输送能力确定。(4)(4)串、并联组合形式的确定串、并联组合形式的确定 从从经经济济方方面面考考虑虑，串串联联效效率率较较高高，比比较较经经济济。我我国国并并联联泵泵的的效效率率一一般般只只有有70%-80%70%-80%，而而串串联联泵泵的的效效率率可可达达90%90%。串串联联泵泵的的特特点点是是：扬扬程程低低、排排量量大大、叶叶轮轮直直径径小小、流流通通面面积积大大，故泵损失小，效率高。故泵损失小，效率高。 串联泵便于实现自动控制和优化运行。串联泵便于实现自动控制和优化运行。目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，节流损目
15、前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，节流损失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流程为密闭流程，实行优化运行。程为密闭流程，实行优化运行。 不存在超载问题不存在超载问题调节方便调节方便流程简单流程简单调节方案多调节方案多1、输油管道的压降组成、输油管道的压降组成根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：其中：其中：hL为沿程摩阻为沿程摩阻h为局部摩阻为局部摩阻(zj-zQ)为计算高程差
16、为计算高程差二、输油管道的压降计算二、输油管道的压降计算2、水力摩阻系数的计算、水力摩阻系数的计算计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 h hL L 。达西公式达西公式 ：对对于于一一条条给给定定的的长长输输管管道道，L和和D都都是是已已知知的的，输输量量（或或流流速速）也也是是已已知知的的，现现在在的的问问题题就就是是如如何何计计算算水水力力摩摩阻阻系数系数。根据流体力学理论根据流体力学理论 其中：其中：e为管壁的绝对粗糙度，为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径。为管道内径。是是Re和和e/D的二元函数，具体的函数关系视流态而定。的二元函数，具
17、体的函数关系视流态而定。在在解解决决工工程程实实际际问问题题时时，为为了了安安全全，一一般般尽尽量量避避开开过过渡渡区区，因因该该区区的的流流态态不不稳稳定定。实实在在无无法法避避开开时时，该该区区的的可可按按紊紊流光滑区计算。流光滑区计算。 流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。(1) (1) 流态划分和输油管道的常见流态流态划分和输油管道的常见流态层流：层流：Re2000过渡流：过渡流：2000Re3000紊流光滑区：紊流光滑区：3000ReRe1（简称光滑区）（简称光滑区）紊流混合摩擦区：紊流混合摩擦区：Re1Re2（简称粗糙区）（简称粗
18、糙区）我国我国输油管道工程设计规范输油管道工程设计规范规定的流态划分标准是：规定的流态划分标准是：其中：其中：输油管道中所遇到的流态一般为：输油管道中所遇到的流态一般为： 热含蜡原油管道、大直径轻质成品油管道：水力光滑区热含蜡原油管道、大直径轻质成品油管道：水力光滑区 小直径轻质成品油管道：混合摩擦区小直径轻质成品油管道：混合摩擦区 高粘原油和燃料油管道：层流区高粘原油和燃料油管道：层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区。长输管道一般很少工作在粗糙区。(2) (2) 管壁粗糙度的确定管壁粗糙度的确定管壁粗糙度管壁粗糙度 ：相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值(
19、e/D或或2e/D)。绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。紊紊流流各各区区分分界界雷雷诺诺数数Re1、Re2及及水水力力摩摩阻阻系系数数都都与与管管壁壁粗粗糙糙度度有有关关。我我国国输输油油管管道道工工程程设设计计规规范范中中规规定定的的各各种种管管子子的绝对粗糙度如下：的绝对粗糙度如下：无缝钢管：无缝钢管：0.06mm直缝钢管：直缝钢管：0.054mm螺旋焊缝钢管：螺旋焊缝钢管：DN=250350时取时取0.125mmDN400时取时取0.1mm(3) (3) 水力摩阻系数的计算水力摩阻系数的计算我国输油管道工程设计规范规定的各区水力摩阻系数的
20、计算公式见下表：我国输油管道工程设计规范规定的各区水力摩阻系数的计算公式见下表：流态流态划分范围划分范围f(Re,)层流层流Re2000=64/Re紊紊流流水力光滑区水力光滑区3000ReRe1=混合摩擦区混合摩擦区ReRe2=普朗特普朗特- -卡卡门公式门公式勃拉休斯勃拉休斯公式公式伊萨耶夫伊萨耶夫公式公式尼古拉兹尼古拉兹公式公式3、流量压降综合计算公式、流量压降综合计算公式列宾宗公式列宾宗公式 代入达西公式代入达西公式、和和把把令令整理得整理得即得到列宾宗公式：即得到列宾宗公式：流态流态Am层流层流6414.15紊紊流流水力光滑区水力光滑区0.31640.250.0246混合摩擦区混合摩擦
21、区0.1230.0802A粗糙区粗糙区00.0826不同流态下的不同流态下的A、m、值值不论是采用列宾宗公式还是达西公式计算压降，都必须先确不论是采用列宾宗公式还是达西公式计算压降，都必须先确定计算温度，以便计算油品粘度。计算温度可根据管道的起定计算温度，以便计算油品粘度。计算温度可根据管道的起终点温度（或加热站间进出站温度）按加权平均法计算：终点温度（或加热站间进出站温度）按加权平均法计算：4、管路的水力坡降、管路的水力坡降 定义：管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用定义：管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用i表示：表示：或或水水力力坡坡降降与与管管道道长长度度无无关关，只只随随流流
22、量量、粘粘度度、管管径径和和流流态态不不同而不同。同而不同。ABC hLLi在在计计算算和和分分析析中中经经常常用用到到单单位位输输量量(Q=1m3/s)的的水水力力坡坡降降f，即即单单位位流流量量下、单位管道长度上的摩阻损失下、单位管道长度上的摩阻损失：5、管路工作特性、管路工作特性 定义：定义： 已已定定管管路路（D,L,Z一一定定）输输送送某某种种已已定定粘粘度度油油品品时时，管管路路所所需需总总压压头头（即即压压头头损损失失）与与流流量量的的关关系系（H-Q关关系系）称为管路工作特性。称为管路工作特性。ZHQ层层流流区区过过渡渡区区紊流区紊流区QLJ输油管道的工作特性曲线输油管道的工作
23、特性曲线6、离心泵与管路的联合工作、离心泵与管路的联合工作确定泵站与管路的工作点（即流量、泵站扬程）的方法确定泵站与管路的工作点（即流量、泵站扬程）的方法有两种，即图解法和解析法。有两种，即图解法和解析法。 AHHAQAQ管路总特性曲线管路总特性曲线泵站总特性曲线泵站总特性曲线图解法：图解法：下面重点讨论解析法。下面重点讨论解析法。(1) (1) 一个泵站的管道一个泵站的管道 由断面由断面1-11-1到到2-22-2列能量方程有：列能量方程有：式中：式中：HS1泵的吸入压力，为常数。泵的吸入压力，为常数。HC泵站扬程泵站扬程hc 站内损失站内损失hL沿程摩阻沿程摩阻Z2-Z1起终点计算高差起终
24、点计算高差1122即：即： (2) (2) 多泵站与管路的联合工作多泵站与管路的联合工作 旁接油罐输油方式（也叫开式流程）旁接油罐输油方式（也叫开式流程） Q1 Q2u优点优点水击危害小，对自动化水水击危害小，对自动化水平要求不高。平要求不高。u缺点缺点流程和设备复杂，固定资产投资大流程和设备复杂，固定资产投资大；油气损耗严重；油气损耗严重；全线难以在最优工况下运行，能量浪费大全线难以在最优工况下运行，能量浪费大 。u工作特点工作特点每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统; ; 上下站输量可以不等（由旁接罐调节）上下站输量可以不等（由旁
25、接罐调节）； 各站的进出站压力没有直接联系各站的进出站压力没有直接联系 ；站间输量的求法与一个泵站的管道相同站间输量的求法与一个泵站的管道相同 ：Lj、Zj第第j站至第站至第j1站间的计算长度和计算高差站间的计算长度和计算高差;Aj、Bj第第 j 站的站特性方程的系数。站的站特性方程的系数。式中式中： 密闭输油方式（也叫泵到泵流程）密闭输油方式（也叫泵到泵流程）QQu优点优点: : 全线密闭，中间站不存在蒸发损耗；全线密闭，中间站不存在蒸发损耗； 流程简单，固定资产投资小；流程简单，固定资产投资小； 可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。 u缺点：
26、缺点：要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。u工作特点工作特点 全线为一个统一的水力系统，全线各站流量相同；全线为一个统一的水力系统，全线各站流量相同； 输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定；输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定；设全线有设全线有n个泵站，各站特性相同，则输量为：个泵站，各站特性相同，则输量为：式中：式中： Lj为管道计算长度为管道计算长度Z为管道计算高程差为管道计算高程差当各站特性不同当各站特性不同时：时：各站进、出站压力相互影响。各站进、出站压力相互影响。 首站：首站： 第二站：第二站：由站间能量平衡方程由站间能量平衡方程
27、: :第第 j站：站：式中式中： Lj-1为第为第j-1站到第站到第j 站的管道长度，站的管道长度，Zj-1为第为第j站与第站与第j-1站的高程差站的高程差设有一条热油管道设有一条热油管道，管外径为，管外径为 D，周围介质温度为，周围介质温度为T0,总总传热系数为传热系数为K,输量为输量为G，油品的比热为，油品的比热为C，出站油温为，出站油温为TR，加热站间距为，加热站间距为LR。则距加热站为。则距加热站为L的地方的油温为：的地方的油温为：上式为考虑摩擦热时的轴向温降计算公式上式为考虑摩擦热时的轴向温降计算公式，又叫列宾宗温，又叫列宾宗温降公式。降公式。式中式中三、原油管道的温降计算三、原油管
28、道的温降计算 1 1、轴向温降公式、轴向温降公式右图为轴向温降曲线，其特点是：右图为轴向温降曲线，其特点是：温降曲线为一指数曲线，渐近温降曲线为一指数曲线，渐近线为线为T=T0+b在在两两个个加加热热站站之之间间的的管管路路上上，各各处处的的温温度度梯梯度度不不同同，加加热热站站出出口口处处，油油温温高高，油油流流与与周周围围介介质质的的温差大，温差大，温降快，曲线陡。温降快，曲线陡。随随油油流流的的前前进进，温温降降变变慢慢，曲曲线线变变平平。因因此此随随出出站站温温度度的的提提高高，下下一一站站的的进进站站油油温温TZ变变化化较较小小。一一般般如如果果TR提提高高10，下下一一站站进进站站
29、油油温温TZ只只升升高高23。因因此此为为了了减减少少热热损损失失，出出站油温不宜过高。站油温不宜过高。TTLTRT0+b2 2、温度参数的确定、温度参数的确定确定加热站的进、出站温度时，需要考虑三方面的因素：确定加热站的进、出站温度时，需要考虑三方面的因素：油品的粘温特性和其它的物理性质；油品的粘温特性和其它的物理性质；管道的停输时间，热胀和温度应力等因素；管道的停输时间，热胀和温度应力等因素；经济比较，使总的能耗费用最低。经济比较，使总的能耗费用最低。 加热站出站油温的选择加热站出站油温的选择考考虑虑到到原原油油中中难难免免含含水水，加加热热温温度度一一般般不不超超过过100100。如如原
30、原油油加加热热后后进进泵泵，则则其其加加热热温温度度不不应应高高于于初初馏馏点点，以以免影响泵的吸入。免影响泵的吸入。含含蜡蜡原原油油在在凝凝点点附附近近粘粘度度随随温温度度变变化化很很大大，而而当当温温度度高高于于凝凝点点30-40时时，粘粘度度随随温温度度的的变变化化很很小小，而而且且含含蜡蜡原原油油管管道道常常在在紊紊流流光光滑滑区区运运行行，摩摩阻阻与与粘粘度度的的0.25次次方方成成正正比比，高高温温时时提提高高温温度度对对摩摩阻阻的的影影响响很很小小，而而热热损损失失却却显显著著增增大大，故加热温度不宜过高。故加热温度不宜过高。确确定定出出站站温温度度时时，还还必必须须考考虑虑由由
31、于于运运行行和和安安装装温温度度的的温温差差而而使使管管路路遭遭受受的的温温度度应应力力是是否否在在强强度度允允许许的的范范围围内内，以以及及防腐保温层的耐热能力是否适应等。防腐保温层的耐热能力是否适应等。 加热站进站油温的选择加热站进站油温的选择加热站进站油温首先要考虑油品的性质，主要是油品的凝加热站进站油温首先要考虑油品的性质，主要是油品的凝固点，必须满足管道的停输温降和再启动的要求，但主要固点，必须满足管道的停输温降和再启动的要求，但主要取决于经济比较，故其经济进站温度常略高于凝点。取决于经济比较，故其经济进站温度常略高于凝点。周围介质温度周围介质温度T0的确定的确定对于架空管道，对于架
32、空管道，T0就是周围大气的温度。就是周围大气的温度。对于埋地管道，对于埋地管道，T0则取管道埋深处的土壤自然温度。则取管道埋深处的土壤自然温度。设设计计原原油油管管道道时时,T0取取管管道道中中心心埋埋深深处处的的最最低低月月平平均均地地温，运行时按当时的实际地温进行计算。温，运行时按当时的实际地温进行计算。3 3、轴向温降公式的应用、轴向温降公式的应用设计时确定加热站间距设计时确定加热站间距(加热站数加热站数)设设计计时时，L、D、G、K、C、T已已定定,按按上上述述原原则则选选定定TR和和TZ，则加热站间距为，则加热站间距为:全线所需加热站数全线所需加热站数:,化整化整nR设计的加热站间距
33、为设计的加热站间距为:,然后重新计算然后重新计算TR。运运行行中中计计算算沿沿程程温温降降,特特别别是是计计算算为为保保持持要要求求的的进进站站温温度度 TZ所必须的加热站出站温度所必须的加热站出站温度 TR。校核站间允许的最小输量校核站间允许的最小输量Gmin当当及站间其它热力参数即及站间其它热力参数即T0、D、K、LR一一定定时时，对对应应于于TRmax、Tzmin的的输输量量即即为为该该热热力力条件下允许的最小输量条件下允许的最小输量:运行中反算总传热系数运行中反算总传热系数K值值总传热系数是热油管线设计和运行管理中的重要参数，总传热系数是热油管线设计和运行管理中的重要参数，在管线的日常
34、运行管理中定期反算和分析管线的总传热在管线的日常运行管理中定期反算和分析管线的总传热系数不仅可为新建管线提供选择总传热系数的依据，而系数不仅可为新建管线提供选择总传热系数的依据，而且还可根据总传热系数的变化分析管线沿线的散热和结且还可根据总传热系数的变化分析管线沿线的散热和结蜡情况，蜡情况，帮助指导生产帮助指导生产：若若K，如如果果此此时时Q，H，则则说说明明管管壁壁结结蜡蜡可可能能较较严严重，应采取清蜡措施。重，应采取清蜡措施。若若K，则可能是地下水位上升，或管道覆土被破坏、，则可能是地下水位上升，或管道覆土被破坏、保温层进水等。保温层进水等。在热油管道的运行管理中，通常根据管线的实际运行参
35、数在热油管道的运行管理中，通常根据管线的实际运行参数（管线的输量、站间起终点温度和压力、管线中心埋深处的（管线的输量、站间起终点温度和压力、管线中心埋深处的自然地温等）利用轴向温降公式来反算管道自然地温等）利用轴向温降公式来反算管道总传热系数总传热系数。计。计算方法如下：算方法如下：式中：式中：K管线的总传热系数，管线的总传热系数，W/m2； TR管线起点油温，管线起点油温，； Tz管线终点油温，管线终点油温，； G 原油质量流量，原油质量流量，kg/s； C 原油比热，原油比热，J/kg； T0 管线中心埋深处自然地温，管线中心埋深处自然地温，； i 管线的水力坡降；管线的水力坡降； g 重
36、力加速度，重力加速度，g=9.8m/s2； D 管线外径，管线外径，m； L 管线长度，管线长度，m。管线的水力坡降可根据实测的站间压降和站间高程差计算：管线的水力坡降可根据实测的站间压降和站间高程差计算：式中：式中：P1管线起点压力，管线起点压力，MPa； P2管线终点压力，管线终点压力，MPa； z1管线起点高程，管线起点高程，m； z2管线起点高程，管线起点高程，m； 原油密度，原油密度，kg/m3。由于轴向温降公式的前提是稳定运行工况，因此管线运行由于轴向温降公式的前提是稳定运行工况，因此管线运行工况的稳定性对总传热系数测试结果有重大影响，运行工工况的稳定性对总传热系数测试结果有重大影
37、响，运行工况不稳定可能会导致极不合理的总传热系数计算结果。因况不稳定可能会导致极不合理的总传热系数计算结果。因此，在反算总传热系数时，应当选取管线稳定运行期间的此，在反算总传热系数时，应当选取管线稳定运行期间的运行参数。运行参数。由由轴轴向向温温降降公公式式可可知知，影影响响总总传传热热系系数数计计算算结结果果的的运运行行参参数数包包括括输输量量、管管线线起起终终点点压压力力和和温温度度，其其中中影影响响最最大大、测测量量精精度度最最难难保保证证的的是是管管线线起起终终点点温温度度。目目前前大大多多数数输输油油管管线线仍仍然然采采用用套套管管中中插插玻玻璃璃温温度度计计的的方方法法测测量量油油
38、度度，由由于于套套管管热热阻阻、温温度度计计本本身身误误差差和和读读数数误误差差等等原原因因，测测量量结结果果很很难难反反映映管管线线中中的的实实际际油油温温，误误差差常常在在1以以上上，当当站站间间温温降降较较小小时时，会会给给总总传传热热系系数数测测试试结结果果带带来来较较大大误误差差。另另外外，站站间间温温降降越越小小，抵抵抗抗运运行行参参数数波波动动和和测测量量误误差差的的能能力力越越差差，总传热系数计算结果的误差就越大。总传热系数计算结果的误差就越大。 输输油油管管线线中中心心埋埋深深处处的的自自然然地地温温是是影影响响总总传传热热系系数数计计算算结结果果的的重重要要因因素素。为为了
39、了保保证证测测量量精精度度，必必须须选选择择合合适适的的测测温温地地点点和和测测温温仪仪表表。在在某某些些管管线线上上，目目前前测测量量地地温温的的方方法法仍仍然然是是在在套套管管中中悬悬挂挂玻玻璃璃地地温温计计的的方方法法，由由于于地地温温计计不不直直接接与与土土壤壤接接触触，且且读读数数时时常常常常需需要要将将地地温温计计向向上上提提升升一一段段距距离离，测测量量结结果果与与实实际际地地温温有有时时偏偏差差相相当当大大。例例如如对对于于东东辛辛管管线线，夏夏季季地地温温计计的的读读数数经经常常高高达达2930，而而气气象象台台的的测量结果仅为测量结果仅为2425。4 4、油流过泵的温升、油
40、流过泵的温升油流经过泵时，由于流道、叶片摩擦、液体内部的冲击油流经过泵时，由于流道、叶片摩擦、液体内部的冲击和摩擦，会产生能量损失，转化为摩擦热加热油流。和摩擦，会产生能量损失，转化为摩擦热加热油流。输输油油泵泵内内能能量量损损失失包包括括机机械械、水水力力、容容积积和和盘盘面面摩摩擦擦等等项项损损失失，泵泵效效p就就是是考考虑虑了了上上述述损损失失计计算算出出来来的的。除除机机械械损损失失所所产产生生的的热热量量主主要要由由润润滑滑油油和和冷冷却却水水带带走走外外，其其余三部分能量损失大都转化为摩擦热加热油流。余三部分能量损失大都转化为摩擦热加热油流。设设泵泵效效为为p、扬扬程程为为H、质质
41、量量流流量量为为G、原原油油比比热热为为C，则则油流过泵的温升为：油流过泵的温升为：式中式中对对于于扬扬程程为为600m,p=70%的的离离心心泵泵，原原油油过过泵泵的的温温升升约为约为1。 阀门节流引起的温升可按同样的方法计算：阀门节流引起的温升可按同样的方法计算： 5、热力计算所需的主要物性参数、热力计算所需的主要物性参数(1)(1)原油比热原油比热我我国国含含蜡蜡原原油油的的比比热热容容随随温温度度的的变变化化趋趋势势均均可可用用下下图图所所示的曲线描述，示的曲线描述，区区：油油温温T高高于于析析蜡蜡点点TsL，比比热热容容CLY随随温温度度升升高高而而缓缓慢升高。在这个区慢升高。在这个
42、区,石蜡还未析出，可用下式表示石蜡还未析出，可用下式表示:式中式中： d415为为15时原油的比重时原油的比重。可将其分为三个区可将其分为三个区: :(kJ/kg )区区:TcmaxTTz1下下面面分分析析一一下下维维持持TZ一一定定时时特特性性曲曲线线的的变变化化趋趋势势。Q变变化化时，影响摩阻时，影响摩阻H的因素有两个方面：的因素有两个方面：总的趋势是总的趋势是QH，即，即H=f(Q)是单调上升的曲线。是单调上升的曲线。影影响响热热油油管管工工作作特特性性曲曲线线的的因因素素除除了了管管线线情情况况和和油油品品粘粘度度以以外外，还还有有管管线线沿沿线线的的散散热热条条件件和和油油品品的的粘
43、粘温温特特性性。当当温温降降快快、粘粘温温曲曲线线较较陡陡时时，管管路路特特性性曲曲线线变变化化也也较较剧剧烈烈，故故散散热热条条件件如如T0、K及及粘粘温温指指数数u等等参参数数也也会会影影响响热热油油管管路路的的工作特性。工作特性。维持出站油温维持出站油温TR一定运行的热油管路的工作特性一定运行的热油管路的工作特性维持出站油温维持出站油温TR一定时，摩阻随输量的变化趋势与维持一定时，摩阻随输量的变化趋势与维持TZ一定时有所不同，定性分析如下：一定时有所不同，定性分析如下：两两方方面面因因素素引引起起的的摩摩阻阻变变化化趋趋势势正正相相反反。一一般般在在实实际际运运行行的的输输量量范范围围内
44、内，QH的的趋趋势势是是主主要要的的。故故随随着着Q增增大大，摩阻，摩阻H是增大的，但是增大的，但H随随Q的变化要平缓些。的变化要平缓些。(3)热油管路工作特性的不稳定区热油管路工作特性的不稳定区前前面面讲讲过过，维维持持TR一一定定运运行行的的热热油油管管道道，在在正正常常运运行行的的输输量量范范围围内内，QH的的趋趋势势是是主主要要的的，但但当当Q较较小小、输输送送的的油油品品粘粘度度较较大大时时，可可能能出出现现QH的的反反常现象，使热油管道进入不稳定工作区。常现象，使热油管道进入不稳定工作区。维维持持TR一一定定运运行行的的热热油油管管道道的的工工作作特特性性按按流流量量可可以以分分为
45、为三三个区，如图所示。个区，如图所示。HQIIIITZQT 0区区小流量区小流量区在在这这个个区区，流流量量很很小小，温温降降很很快快。在在很很长长一一段段距距离离内内，油油温温接接近近环环境境温温度度T0，TTZT0。随随Q增增大大,TZ变变化化不不大大，粘粘度度变变化化很很小小，H=f(Q),但但该该区区粘粘度度较较大大，因因而而随随着着Q的的增增大大,摩摩阻阻H急急剧剧增增大大。在在这这一一区区工工作作很很不不经经济济，所所以以热热油管路不能在该区工作。油管路不能在该区工作。HQIIIITZQT 0区区中等流量区中等流量区一一方方面面 QVH，另另一一方方面面，QTZ,Tm(显显著著增增
46、大大)，且且在在该该温温度度区区内内粘粘度度随随温温度度的的变变化化较较剧剧烈烈，Tm的的显显著著上上升升将将引引起起粘粘度度的的显显著著下下降降，使使摩摩阻阻H。故故可可能能出出现现随随着着流流量量的的增增大大，摩摩阻阻反反而而下下降降的的现现象象。区区称称为为不不稳稳定定区区，当当热热油油管管道道在在该该区区内内运运行行时时，常常可可能能由由于于某某些些外外界界因因素素的的影影响响，而而使使工工作作点点发发生生变变化化，进进入入区区。热热油油管管道道在在该区运行既不经济又不安全。该区运行既不经济又不安全。区区大流量区大流量区一一方方面面随随着着Q的的增增大大，流流速速增增大大而而使使摩摩阻
47、阻增增大大；另另一一方方面面，随随着着Q的的增增大大TZ升升高高，但但变变化化不不大大，粘粘度度下下降降不不多多。粘粘度度的的下下降降引引起起的的摩摩阻阻下下降降小小于于Q的的上上升升引引起起的的摩摩阻阻升升高高。结结果果表表现现为为QH，该该区区是是热热油油管管道道的的正正常常工工作作区区。热热油油管管道道应应在在区区运运行行，避避免进入免进入、区。区。HQIIIITZQT 0下下图图是是一一条条管管内内径径259mm，长长20.5km，输输送送重重油油的的热热油油管管道道，在在 TR=50，T0=0时时的的特特性性曲曲线线，流流态态为为层层流流。由由图图知知，当当粘粘温温指指数数u减减小小
48、时时，不不稳稳定定区区缩缩小小，当当u20时时，曲曲线线才才会会出出现现极极值值点点。若若取取u=0.1(一一般般油油品品的的u值值都都小小于于0.1)，则则只只有有当当TR-T0200时时才才会会出出现现不不稳稳定定区区，这这在在实实际际中中几几乎乎是是碰碰不不到到的的。所所以以说说在在紊紊流流情情况况下下，不会出现不稳定区。不会出现不稳定区。在在层层流流情情况况下下，出出现现极极值值点点或或不不稳稳定定区区的的条条件件是是u(TR-T0)3，若若取取u=0.05，则则TR-T060时时就就会会出出现现不不稳稳定定区区。若若取取u=0.1，则则TR-T030时时就就会会出出现现不不稳稳定定区
49、区，这这在在实实际际中是经常可以遇到的。中是经常可以遇到的。输输送送重重油油的的管管道道，u值值较较大大，TR较较高高，且且一一般般在在层层流流区区运运行，极易满足上述条件，很容易出现不稳定区。行，极易满足上述条件，很容易出现不稳定区。一一旦旦发发现现管管线线进进入入不不稳稳定定区区，要要尽尽量量使使其其回回到到稳稳定定区区(大大流量区流量区)，可采取的，可采取的措施有：措施有：1)在管线允许和可能的情况下，尽量提高出站油温。在管线允许和可能的情况下，尽量提高出站油温。2)尽快提高输量（开启备用泵或未开的泵站）。尽快提高输量（开启备用泵或未开的泵站）。3)在在上上述述两两种种措措施施都都不不行
50、行的的情情况况下下，输输入入轻轻质质油油品品(或或热水热水)，用轻油，用轻油(或热水或热水)将重油从管道中置换出来。将重油从管道中置换出来。上面讨论的热油管路的工作特性没有考虑管内壁结蜡的影上面讨论的热油管路的工作特性没有考虑管内壁结蜡的影响，也未考虑含蜡原油在油温高于凝点响，也未考虑含蜡原油在油温高于凝点10左右时已具有左右时已具有非牛顿流体性质的影响，在热油管道的实际运行中，当流非牛顿流体性质的影响，在热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，使热输含蜡原动处于层流状态时，加上这两方面的影响，使热输含蜡原油管道出现不稳定区的情况要多些，并可能导致管道的停油管道出现不稳
51、定区的情况要多些，并可能导致管道的停流、初凝事故。另外，管道进入不稳定区后，并不会马上流、初凝事故。另外，管道进入不稳定区后，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。故的发生。2、热油管道经济运行方案、热油管道经济运行方案运运行行方方案案的的经经济济性性一一般般可可用用能能耗耗费费用用S（称称为为目目标标函函数数）来来衡衡量量。对对于于热热油油管管道道，能能耗耗费费用用包包括括动动力力费费用用Sp和和燃燃料费用料费用SR:式中：式中：ey燃料油价格燃料油价格,元元/吨吨ed电力价格电力价格,元元/kWhBH燃料油热
52、值燃料油热值,kJ/kgCy所输油品比热，所输油品比热，kJ/kgR炉效炉效pe泵机组效率泵机组效率H加热站间管路所需压头，加热站间管路所需压头，mLR热站间距热站间距,km对对于于一一条条已已定定管管道道，当当输输量量Q一一定定时时，TR上上升升热热损损失失上上升升，燃燃料料费费用用SR上上升升。但但由由于于站站间间平平均均温温度度升升高高，摩摩阻阻减减少少，动动力力费费用用SP下下降降。SR和和SP随随TR的的变变化化关关系系如如图图所所示示。总总能能耗耗费费用用存存在在一一个个最最低低点点Smin，与与Smin对对应应的的出出站站油油温温即即为为该该输输量量下下的的经经济济加加热热温温度
53、度T*Rj，此此时时管管路路所所需需的的压压头头为为H*Rj，与与H*Rj最最接接近近的的开开泵泵方方案案即即为为最优开泵方案。最优开泵方案。SSSRSPT*RjTR热热油油管管道道的的优优化化运运行行模模型型中中，除除了了目目标标函函数数外外，还还有有一一系系列列的的约约束束条条件件，如如水水力力约约束束、热热力力约约束束、输输油油温温度度、加加热热炉炉负负荷荷、加加热热炉炉运运行行组组合合（开开炉炉台台数数、热热力力越越站站）、管管道道的的承承压压能能力力等等约约束束，是是一一个个比比较较复复杂杂的的优优化化问问题题，可可采采用用最最优优化化方方法法求求解解。目目前前已已经经有有这这方方面
54、的计算机软件可供使用。面的计算机软件可供使用。六、含蜡原油管道的石蜡沉积六、含蜡原油管道的石蜡沉积原原油油沿沿管管道道向向前前流流动动过过程程中中，油油温温将将不不断断降降低低。当当油油温温降降到到原原油油析析蜡蜡点点以以下下时时，原原油油中中石石蜡蜡就就会会逐逐渐渐析析出出并并沉沉积积在在管管壁壁上上。管管道道运运行行一一段段时时间间后后，管管道道内内壁壁上上会会出出现现结结蜡蜡现现象象，即即管管内内壁壁会会沉沉积积某某一一厚厚度度的的石石蜡蜡、胶胶质质、凝凝油油、砂砂和和其其它它机机械械杂杂质质的的混混合合物物。其其结结果果是是使使管管线线的的流流通通面面积积缩缩小小，压压降降增增大大，同
55、同时时也也增增大大了了管管内内油油流流至至管管内内壁壁的的放放热热热热阻阻，使使总总传传热热系系数数下下降降，管管线线的的散散热热损损失失减减少少，总总的的结结果果是是使使输输送送费费用用增增加加。在在热热含含蜡蜡原原油油管管线线的的日日常常运运行行管管理理中中及及时时了了解解管管线线内内壁壁的的结结蜡蜡层层厚厚度度的的变变化化，对于热输原油管线的安全经济运行至关重要。对于热输原油管线的安全经济运行至关重要。1、原油析蜡和管壁结蜡过程、原油析蜡和管壁结蜡过程(1)温降过程中石蜡的析出温降过程中石蜡的析出原油中的石蜡是指十六烷以上的正构烷烃的混合物，其中原油中的石蜡是指十六烷以上的正构烷烃的混合
56、物，其中中等分子量的蜡组分含量最多，低分子量和高分子量的蜡中等分子量的蜡组分含量最多，低分子量和高分子量的蜡所占的比例都比较小。所占的比例都比较小。蜡在原油中的溶解度随其分子量的增大和蜡熔点的升高而蜡在原油中的溶解度随其分子量的增大和蜡熔点的升高而下降，也随原油密度和平均分子量的减小而增加。不同熔下降，也随原油密度和平均分子量的减小而增加。不同熔点的蜡在同一种原油中有不同的溶解度。点的蜡在同一种原油中有不同的溶解度。含蜡原油在温降过程中，其中所含的蜡总是按分子量的高含蜡原油在温降过程中，其中所含的蜡总是按分子量的高低，次第析出。低，次第析出。当温度降到其含蜡量高于溶解度时，某种熔点的蜡就开始从
57、当温度降到其含蜡量高于溶解度时，某种熔点的蜡就开始从液相中析出。由于蜡晶粒刚开始析出时，不易形成稳定的结液相中析出。由于蜡晶粒刚开始析出时，不易形成稳定的结晶核心，故原油常在溶蜡量达到过饱和时，才析出蜡晶。晶核心，故原油常在溶蜡量达到过饱和时，才析出蜡晶。在原油的温降过程中，必然有一个从开始析出少量的高熔点在原油的温降过程中，必然有一个从开始析出少量的高熔点石蜡，到大量析出中等分子量的蜡，以至析蜡量又逐渐减少石蜡，到大量析出中等分子量的蜡，以至析蜡量又逐渐减少的过程。的过程。(2)管壁管壁“结蜡结蜡”现象现象我我们们通通常常所所说说的的“结结蜡蜡”实实际际上上是是指指在在管管道道内内壁壁上上逐
58、逐渐渐沉沉积积了了某某一一厚厚度度的的石石蜡蜡、胶胶质质、凝凝油油、砂砂和和其其它它机机械械杂杂质质的的混混合合物。在长输管道的沉积物中，原油的含量要高些。物。在长输管道的沉积物中，原油的含量要高些。大口径长输管道的大口径长输管道的“结蜡结蜡”特点：特点：管壁上的凝结层一般比较松软。管壁上的凝结层一般比较松软。管管壁壁上上的的沉沉积积物物有有明明显显的的分分界界，紧紧贴贴管管壁壁的的是是黑黑褐褐色色发发暗暗、类类似似细细砂砂的的薄薄层层，其其组组成成主主要要是是蜡蜡，是是真真正正的的结结蜡蜡，有有一一定定的的剪剪切切强强度度，这这一一层层的的厚厚度度一一般般只只有有几几毫毫米米，与与管管壁壁粘
59、粘结结较较牢牢固固，在在蜡蜡层层上上面面是是厚厚度度要要大大得得多多的的黑黑色色发发亮亮的的沉沉积积物物，主主要要是是凝凝油油，即即在在蜡蜡和和胶胶质质、沥沥青青质质构构成成的的网网络络结结构构中包含着部分液态粘油。中包含着部分液态粘油。在在管管道道中中途途某某一一温温度度范范围围内内是是结结蜡蜡高高峰峰区区，过过了了结结蜡蜡高高峰峰区区后后结结蜡蜡层层有有减减薄薄现现象象，在在末末端端结结蜡蜡层层厚厚度度又又上上升升，这这是是由于油流带来的前面冲刷下来的由于油流带来的前面冲刷下来的“蜡块蜡块”重新沉积的缘故。重新沉积的缘故。(3) (3) 影响管壁结蜡强度的因素影响管壁结蜡强度的因素油温的影
60、响油温的影响 试试验验表表明明，在在接接近近析析蜡蜡点点的的高高温温和和接接近近凝凝固固点点的的低低温温下下输输送送时时，管管内内壁壁结结蜡蜡较较轻轻微微，在在二二者者之之间间有有一一个个结结蜡蜡严严重重的的温温度度区区间间。这这个个温温度度区区间间大大致致与与原原油油中中大大量量析析蜡蜡的的温温度度范范围围相相近近。右右图图是是实实测测的的大大庆庆原原油油温温度与管壁结蜡速率的关系曲线。度与管壁结蜡速率的关系曲线。 结结蜡蜡强强度度系系指指单单位位时时间间、单单位位管管壁壁面面积积上上的的石石蜡蜡沉沉积积量量。影影响响管管壁壁石石蜡蜡沉沉积积的的因因素素很很多多。对对于于长长输输管管道道来来
61、说说，主主要要因因素素有有油油温温、油油品品组组成成、油油流流速速度度、管管材材的的表表面面性性质质、油油品粘度等。品粘度等。 从从图图可可以以看看出出，油油温温高高于于45时时随随油油温温的的下下降降为为结结蜡蜡缓缓增增区区，在在3040之之间间为为结结蜡蜡高高峰峰区区，低低于于30为为结结蜡蜡递递降降区区，这这与与石石蜡蜡组组成成的的图图形形基基本本一一致致。在在结结蜡蜡高高峰峰区区，析析出出的的是是含含量量较较高高的的中中等等分分子子量量石石蜡蜡，在在此此温温度度范范围围内内，管管截截面面上上浓浓度度梯梯度度大大，油油流流粘粘度度却却不不大大，因因而而分分子子扩扩散散作作用用强强，且且由
62、由于于蜡蜡晶晶颗颗粒粒的的大大量量析析出出，一一方方面面碰碰撞撞的的机机会会增增多多，容容易易互互相相粘粘结结而而沉沉积积在在管管壁壁上上;另另一一方方面面，蜡蜡晶晶颗颗粒粒浓浓度度的的迅迅速速增增大大使使剪剪切弥散作用加强，故形成了结蜡高峰区。切弥散作用加强，故形成了结蜡高峰区。低低温温时时,油油流流粘粘度度大大,分分子子扩扩散散作作用用很很弱弱,虽虽然然此此时时剪剪切切弥弥散散作作用用较较强强,但但管管壁壁处处的的剪剪应应力力较较大大,且且此此时时形形成成的的凝凝结结层层的的附附着强度不大着强度不大,凝油层又会被剪掉一部分凝油层又会被剪掉一部分,故低温时凝油层较薄。故低温时凝油层较薄。 油
63、壁温差的影响油壁温差的影响沉沉积积速速率率随随油油壁壁温温差差的的增增大大而而增增大大。这这是是因因为为油油壁壁温温差差越越大大，浓浓度度梯梯度度和和蜡蜡晶晶浓浓度度就就愈愈大大，从从而而分分子子扩扩散散和剪切弥散作用都加强。和剪切弥散作用都加强。油油壁壁温温差差的的大大小小不不仅仅取取决决于于油油温温和和周周围围介介质质温温度度，还还与与管管道道的的热热阻阻大大小小有有关关。在在冬冬季季，地地温温低低，油油壁壁温温差差大大，结结蜡蜡较较严严重重。在在某某些些散散热热很很大大的的局局部部段段落落，地地下下水水位位高高并并有有渗渗流流处处，保保温温层层破破损损的的水水下下管管道道，或或覆覆土土太
64、太浅浅的的管管段段，结结蜡蜡层层的的厚厚度度可可能最大。能最大。流速的影响流速的影响流流速速对对管管壁壁结结蜡蜡强强度度的的影影响响主主要要表表现现为为，随随着着流流速速的的增增大大，管管壁壁结结蜡蜡强强度度减减弱弱。层层流流时时的的结结蜡蜡比比紊紊流流严严重重，Re数数愈愈小小，结结蜡蜡愈愈严严重重。因因为为随随着着流流速速的的增增大大，虽虽然然管管壁壁处处剪剪切切速速率率的的增增大大会会使使蜡蜡晶晶的的剪剪切切弥弥散散作作用用有有所所加加强强，但但层层流流边边层层的的减减薄薄，油油壁壁温温差差的的减减小小，管管壁壁处处剪剪切切应应力力的的增增大大，这这些些因因素素都都会会使使管管壁壁上上的
65、的结结蜡蜡层层减减薄薄。实实践践表表明明，当当流流速速大大于于1.5m/s时时，管管内内就就较较少少结结蜡蜡。流流速速对对凝凝油油层层剪剪切切冲冲刷刷的的强强弱弱，还还与与决决定定于于温温度度、原原油油物物性性、热热处处理理条条件件等等的的凝凝油油层层网网络络结结构构强强度度有有关关。右右图图为为大大庆庆原原油油蜡蜡沉沉积积强强度度与与流流速速的的关系。关系。油品中含蜡是管壁结蜡的根本原因。因此油品含蜡量的大小油品中含蜡是管壁结蜡的根本原因。因此油品含蜡量的大小将直接影响石蜡沉积速率。含蜡量越高，石蜡沉积速率越大。将直接影响石蜡沉积速率。含蜡量越高，石蜡沉积速率越大。大大多多数数含含蜡蜡原原油
66、油中中都都含含有有数数量量不不等等的的胶胶质质和和沥沥青青质质。一一般般认认为为胶胶质质沥沥青青质质对对石石蜡蜡沉沉积积的的影影响响表表现现为为两两个个方方面面：一一方方面面是是当当油油温温高高于于析析蜡蜡点点时时，由由于于胶胶质质沥沥青青质质的的存存在在，增增加加了了原原油油的的粘粘度度，不不利利于于石石蜡蜡分分子子的的径径向向扩扩散散。另另一一方方面面当当油油温温低低于于析析蜡蜡点点时时，胶胶质质沥沥青青质质会会吸吸附附在在蜡蜡晶晶表表面面，阻阻碍碍蜡蜡晶晶的的互互相相聚聚结结，从从而而消消弱弱了了剪剪切切弥弥散散作作用用，显显然然原原油油中中的的胶胶质质沥沥青青质质的的含含量量越越高高，
67、石石蜡蜡沉沉积积速速率率越越小小。原原油油含含水水率率增增大大，蜡蜡沉沉积积速速率率降降低低，原原油油中中含含砂砂或或其其它它机机械械杂杂质质容容易易成成为为蜡蜡结结晶晶的的核核心，使结晶强度增大。心，使结晶强度增大。原油组成的影响原油组成的影响管壁材质的影响管壁材质的影响试试验验表表明明管管壁壁材材质质和和光光洁洁度度对对结结蜡蜡也也有有明明显显的的影影响响。由由于于管管壁壁或或涂涂料料的的表表面面结结构构和和性性质质不不同同，在在石石蜡蜡结结晶晶过过程程中中内内壁壁所所提提供供的的结结晶晶核核心心的的多多少少和和结结晶晶的的难难易易程程度度就就不不同同，因因此此结结蜡蜡速率也不同。管壁的粗
68、糙度越越大，越容易结蜡。速率也不同。管壁的粗糙度越越大，越容易结蜡。结蜡层厚度与运行时间的关系结蜡层厚度与运行时间的关系随随着着运运行行时时间间的的延延续续，虽虽然然结结蜡蜡层层的的总总厚厚度度在在缓缓慢慢增增加加，但但蜡蜡沉沉积积的的增增量量却却随随运运行行时时间间的的延延续续而而减减小小。运运行行实实践践表表明明，当当输输量量比比较较稳稳定定且且大大于于某某一一范范围围时时，刚刚清清管管后后结结蜡蜡层层厚厚度度增增长长较较快快，以以后后逐逐渐渐减减慢慢，直直至至厚厚度度接接近近稳稳定定，在在运运行行参参数数上上表表现现为为摩摩阻阻不不再再继继续续增增大大，因因为为随随着着结结蜡蜡层层厚厚度
69、度的的增增大大，热热阻阻增增加加，散散热热量量减减小小，结结蜡蜡层层表表面面与与油油流流的的温温差差减减小小，使使蜡蜡沉积增量减小。沉积增量减小。对于埋地管道，凝油于埋地管道，凝油层厚度的厚度的变化化还随季随季节而不同，当地温而不同，当地温逐逐渐下降下降时，凝油，凝油层逐逐渐增厚；当地温逐增厚；当地温逐渐上升上升时，凝油，凝油层又逐又逐渐减薄。当减薄。当输量和油温量和油温稳定定时，在某一季，在某一季节，凝油，凝油层厚厚度常保持在某度常保持在某范范围内。内。以以上上分分析析了了各各因因素素单独独对管管壁壁结蜡蜡的的影影响响。实际运运行行的的管管道道结蜡的情况受到上述蜡的情况受到上述诸因素的因素的
70、综合影响。合影响。2、析蜡与结蜡对沿程温降及摩阻的影响、析蜡与结蜡对沿程温降及摩阻的影响(1) (1) 结蜡层的平均厚度计算结蜡层的平均厚度计算由由于于热热含含蜡蜡原原油油管管道道沿沿线线的的油油温温和和油油壁壁温温差差不不同同，沿沿线线的的结结蜡蜡层层厚厚度度也也不不同同。限限于于目目前前的的测测量量技技术术，还还没没有有比比较较完完善善的的描描述述热热油油管管道道内内壁壁结结蜡蜡规规律律的的公公式式。工工程程上上常常引引用用某某段段管管路路的的当当量量结结蜡蜡厚厚度度dL，认认为为该该管管段段的的结结蜡蜡情情况况对对摩摩阻阻的的影影响响与与管管内内半半径径缩缩小小了了dL相相同同。热热油油
71、管管线线的的当当量量管管内内径径和和当当量量结结蜡蜡厚厚度度可可由由实实测测的的运运行行参参数数反反算算得得到，计算公式如下：到，计算公式如下：式中：式中：dL当量当量结蜡厚度，蜡厚度，m； DdL当量管内径，当量管内径，m； h管管线的沿程摩阻，的沿程摩阻，m； D0管管线的的设计内内经，m； P1管管线起点起点压力，力，MPa； P2管管线终点点压力，力，MPa； z1管管线起点高程，起点高程，m； z2管管线起点高程，起点高程，m； 原油密度，原油密度，kg/m3； L管管线长度，度，m； 原油的粘度，原油的粘度，m2/s。 Q管管线的体的体积流量，流量，m3/s；、m与流与流态有关的常
72、数，有关的常数，对于紊流光滑区区，于紊流光滑区区，=0.0246，m=0.25。(2)结蜡对沿程温降的影响结蜡对沿程温降的影响管管内内壁壁结结蜡蜡后后，由由于于结结蜡蜡层层的的导导热热系系数数较较小小，一一般般在在0.15w/m左左右右，其其作作用用相相当当于于增增加加了了一一层层热热阻阻。由由于于结结蜡蜡层层热热阻阻的的存存在在，使使总总传传热热系系数数值值减减小小，从从而而使使轴轴向向温温降降减减小小，温温度度分分布布曲曲线线变变平平，管管线线的的散散热热量量减减小小。当当出站油温和输量不变时，下一站的进站油温将提高。出站油温和输量不变时，下一站的进站油温将提高。 (3)结蜡对管道摩阻的影
73、响结蜡对管道摩阻的影响管管壁壁结结蜡蜡对对摩摩阻阻的的影影响响表表现现为为两两个个方方面面。一一方方面面由由于于内内壁壁结结蜡蜡，使使流流通通面面积积减减少少，内内径径由由原原来来的的D0减减小小为为D0-2dL ，当当输输量量不不变变时时，摩摩阻阻升升高高。另另一一方方面面，由由于于结结蜡蜡层层的的保保温温作作用用，当当维维持持TR不不变变运运行行时时，沿沿线线油油温温会会升升高高，粘粘度度减减小小，摩摩阻阻减减小小。当当然然结结蜡蜡层层引引起的摩阻升高还是主要的。起的摩阻升高还是主要的。当当热热油油管管道道在在较较低低温温度度和和流流速速下下运运行行时时，如如果果由由于于某某种种原原因因而
74、而使使输输量量减减小小时时，将将使使油油温温进进一一步步降降低低，从从而而使使结结蜡蜡层层进进一一步步加加厚厚。流流通通面面积积进进一一步步缩缩小小，可可引引起起摩摩阻阻的的增增加加，从从而而使使出出现现不不稳稳定定区区的的可可能能性性比比无无结结蜡蜡层层时时增增大大。同同时时由由于于高高含含蜡蜡原原油油在在油油温温高高于于凝凝点点10左左右右时时就就表表现现出出非非牛牛顿顿流流体体的的特特性性，当当因因流流量量减减小小而而使使油油流流中中的的速速梯梯减减小小时时，油油流流的的表表观观粘粘度度将将因因此此增增大大，有有可可能能使使摩摩阻阻升升高高。另另外外，随随输输量量的的减减小小和和油油温温
75、的的降降低低，非非牛牛顿顿流流体体的的表表观观粘粘度度变变化化比比牛牛顿顿流流体体要要剧剧烈烈的的多多，也也就就是是说说其其表表观观粘粘温温指指数数要要比比牛牛顿顿流流的的粘粘温温指指数数大大的的多，更容易满足出现不稳定区的条件。多，更容易满足出现不稳定区的条件。 (4)管内壁结蜡和油品析蜡对管路工作特性的影响管内壁结蜡和油品析蜡对管路工作特性的影响3、防止结蜡和清蜡的措施、防止结蜡和清蜡的措施从影响蜡沉积的因素方面考虑，防止和减少结蜡的措施有：从影响蜡沉积的因素方面考虑，防止和减少结蜡的措施有：(1)保持沿线油温均高于析蜡点，可大大减少石蜡沉积，但保持沿线油温均高于析蜡点，可大大减少石蜡沉积
76、，但热能消耗太大。热能消耗太大。(2)缩缩小小油油壁壁温温差差。可可采采用用保保温温的的方方法法，既既可可以以减减少少结结蜡蜡又又可可以以降降低低热热损损失失，但但要要进进行行技技术术经经济济比比较较，以以确确定定是是否否采取保温措施。采取保温措施。(3)保持管内流速在保持管内流速在1.5m/s以上，避免在低输量下运行。以上，避免在低输量下运行。(4)采用不吸附蜡的管材或内涂层。采用不吸附蜡的管材或内涂层。(5)化化学学防防蜡蜡。可可采采用用表表面面活活性性剂剂作作为为防防蜡蜡剂剂，阻阻止止蜡蜡分分子子在在已已结结晶晶的的表表面面上上继继续续析析出出。也也可可以以在在原原油油中中加加入入蜡蜡晶
77、晶改改良良剂剂，使使石石蜡蜡晶晶体体分分散散在在油油流流中中并并保保持持悬悬浮浮，阻阻碍碍蜡蜡晶晶的的聚聚结结或或沉沉积积。但但目目前前这这种种方方法法还还很很不不经经济济，因因为为化化学添加剂太贵。学添加剂太贵。(6)清管器清蜡清管器清蜡上上面面讨讨论论的的各各种种措措施施虽虽然然可可在在不不同同程程度度上上减减少少结结蜡蜡，但但还还不不能能从从根根本本上上清清除除结结蜡蜡。因因此此，目目前前长长输输管管道道上上广广泛泛采采用用的的是是清清管管器器清清蜡蜡。目目前前最最常常用用的的清清管管器器有有机机械械清清管管器和泡沫塑料清管器。器和泡沫塑料清管器。组组织织和和实实行行定定期期清清蜡蜡是是
78、对对长长输输管管道道进进行行有有效效操操作作的的极极为为重重要要的条件。对管路进行定期清蜡包括一系列组织技术措施：的条件。对管路进行定期清蜡包括一系列组织技术措施：A、对管路进行清蜡前的准备工作，并对工况进行分析；、对管路进行清蜡前的准备工作，并对工况进行分析；B、确定沿线收发球点的位置；、确定沿线收发球点的位置；C、选定各段的清管周期；、选定各段的清管周期；D、选择清管器的类型；、选择清管器的类型；E、收发清管器。、收发清管器。在在上上述述工工作作中中，一一项项重重要要的的工工作作就就是是确确定定清清管管周周期期。清清管管周周期期长长，则则动动力力消消耗耗大大，热热损损失失小小，清清管管费费
79、用用也也小小；而而清清管管周周期期短短，动动力力消消耗耗小小，但但热热损损失失和和清清管管费费用用大大，因因此此存存在在一一个个使总费用最小的最优清管周期。使总费用最小的最优清管周期。确确定定最最优优清清管管周周期期有有两两种种方方法法。一一种种方方法法是是根根据据过过去去历历次次的的清清管管实实践践，统统计计计计算算出出不不同同清清管管周周期期下下的的总总费费用用，通通过过比比较较选选择择最最优优清清管管周周期期，这这种种方方法法的的计计算算工工作作量量相相当当大大，且且有有很很大大的的局局限限性性。另另一一种种方方法法是是列列出出该该问问题题的的数数学学模模型型，通通过过优优化化方方法法进
80、进行行求求解解，但但这这种种方方法法要要求求知知道道管管壁壁的的结结蜡蜡规规律律( (即即结结蜡蜡层层厚厚度度与与时时间间的的关关系系) )，而而目目前前在在理理论论上上还还无无法法解解决决这这个个问问题题，因因而而求求解解时时还还存存在在许许多多问问题题，是是一一个个尚尚待研究的课题。待研究的课题。另另外外，清清管管器器直直径径的的选择也也是是一一个个非非常常重重要要的的问题，这关关系系到到清清管管的的成成败，尤尤其其是是长时间未未清清过管管的的管管道道。如如果果清清管管器器直直径径过大大，可可能能引引起起蜡蜡堵堵，如如花花格格线就就曾曾经发生生过清清管管蜡蜡堵堵问题，损失失几几千千万万。最
81、最好好的的办法法是是先先根根据据管管道道的的运运行行参参数数反反算算管管道道的的当当量量管管内内径径，据据此此确确定定首首个个清清管管器器的的直直径径，然然后后逐逐渐加大清管器的直径。加大清管器的直径。清清管管后后摩摩阻阻降降低低，散散热量量增增大大。因因此此，对于于不不满负荷荷运运行行的的管管道道，清清管管是是否否经济要要视管管线的的具具体体情情况况而而定定。如如果果清清管管后后泵站要站要节流，流，则不如不清管。不如不清管。七、提高输油系统效率的途径七、提高输油系统效率的途径1 1、提高、提高输油油泵的效率的效率 输油油泵效率低的原因主要有两个方面：一是效率低的原因主要有两个方面：一是输油油
82、泵的的铭牌牌效率低，二是效率低，二是输油油泵的运行效率低。可采取如下措施提高的运行效率低。可采取如下措施提高输油油泵效率：效率： (1) (1) 以高效以高效泵代替低效代替低效泵 泵的耗的耗电量与量与泵的效率成反比，更的效率成反比，更换为高效高效泵后，可大幅后，可大幅度降低度降低输油油泵的耗的耗电量，并可在短期内收回量，并可在短期内收回焕泵投投资。提高输油系统效率的途径可以从提高动力系统、热力系统、提高输油系统效率的途径可以从提高动力系统、热力系统、电力系统的效率和优化运行方面来考虑。电力系统的效率和优化运行方面来考虑。(2)以小以小泵代替大代替大泵输油油泵运行效率低的一个重要原因是运行效率低
83、的一个重要原因是泵的排量的排量远远低于低于泵的的额定排量，定排量，输油油泵不在高效区运不在高效区运行。离心行。离心泵的高效区一般在的高效区一般在额定排量的定排量的20%范范围内，超出内，超出该范范围，离心，离心泵的效率会大幅度的效率会大幅度下降。解决的途径是将大下降。解决的途径是将大泵更更换为小小泵。(3)加加强输油油泵的的维护保养与保养与检修，减少修，减少泵内内损失失离心离心泵从原从原动机取得的机取得的轴功率，一部分功率，一部分变为有有效功率，效功率，转变为油流的油流的压力能和力能和动能，另一部能，另一部分分则被被泵本身消耗掉本身消耗掉变成了成了热能。离心能。离心泵的能的能量量损失有机械失有
84、机械损失、容失、容积损失和水力失和水力损失三部失三部分。机械分。机械损失主要是失主要是盘面摩擦面摩擦损失，即叶失，即叶轮在在泵内旋内旋转时，叶，叶轮与油流的摩擦。与油流的摩擦。为减少减少盘面面摩擦摩擦损失，可用砂失，可用砂轮等打磨工具改等打磨工具改进或消除流或消除流道表面的道表面的结构缺陷和构缺陷和铸造缺陷，清除叶造缺陷，清除叶轮上的上的沉沉积物，提高物，提高输油油泵叶叶轮流道的光流道的光洁度，降低度，降低盘面摩擦面摩擦损失及水力失及水力损失，提高失，提高泵的效率。磨的效率。磨光后，光后，输油油泵的运行将更加平的运行将更加平稳，振，振动幅度下幅度下降，降，泵的的扬程有所上升，程有所上升，输油能
85、力会提高，油能力会提高，泵效可一般可提高效可一般可提高24个百分点。个百分点。2、提高电机的负载率、提高电机的负载率依依据据评评价价企企业业合合理理用用电电技技术术导导则则的的标标准准，电电动动机机负负载载率率在在70100时时效效率率最最好好。为为保保证证电电动动机机有有较较高高的的负负载载率率，最最根根本本的的是是要要根根据据负负荷荷功功率率的的大大小小，选选择择合合适适容容量量的的电电动动机机。但但由由于于选选择择电电动动机机容容量量要要考考虑虑生生产产的的发发展展、电电网网电电压压波波动动以以及及电电动动机机容容量量级级差差，往往往往所所选选电电动动机机容容量量不不能能正正好好完完全全
86、与与负负荷荷功功率率相相一一致致，此此种种情情况况常常常常造造成成电电动动机机的的负负荷荷率率低低。如如果果电电动动机机负负荷荷率率小小于于40，则则其其效效率率和和异异步步电电动动机机的的功功率因数会急剧下降。率因数会急剧下降。根根据据GB3485的的规规定定，电电动动机机负负荷荷率率经经常常低低于于40时时，在在对对其其节节能能效效果果进进行行考考核核后后，应应合合理理更更换换容容量量合合适适的的电电动动机机或或采采用用Y-转转换换开开关关来来降降低低轻轻载载电电动动机机的的运运行行电电压压。如如采采取取Y-转转换换装装置置，可可使使定定子子绕绕组组相相电电压压下下降降为为原原来来的的，无
87、无功功功功率率下下降降为为原原来来的的1/3左左右右，这这样样电电动动机机的的功功率率因因数数将将有有所提高。所提高。3、利用、利用变频调速器改速器改变输油油泵流量流量目前大多数目前大多数输油油泵在改在改变流量流量时，不是用改，不是用改变电机机转速的速的方法，而是用改方法，而是用改变管道的阻力来改管道的阻力来改变泵的流量，即的流量，即“阀门”节流流调节。用此方法尽管。用此方法尽管设备简单，但从，但从电能利用上看，能利用上看，却是一种浪却是一种浪费。采用。采用阀门调节排量排量时，电能的一部分要消能的一部分要消耗在克服耗在克服节流部件的阻力上，流部件的阻力上，损失功率可达失功率可达1520。如果采
88、用如果采用变频调速器，速器，则可通可通过改改变定子供定子供电频率来改率来改变同步同步转速，速，实现电机的凋速，从而改机的凋速，从而改变泵的排量、的排量、扬程，程，实现经济运行。运行。4、提高加、提高加热系系统的效率的效率加加热炉的燃料消耗量与加炉的燃料消耗量与加热炉的效率成反比，用高效加炉的效率成反比，用高效加热炉替代效率低下的加炉替代效率低下的加热炉可大幅度降低原油加炉可大幅度降低原油加热的燃的燃料消耗。例如可利用料消耗。例如可利用热媒炉、超媒炉、超导炉或相炉或相变加加热炉等替炉等替代目前油田上广泛采用的水套炉。另外，也可代目前油田上广泛采用的水套炉。另外，也可对现用加用加热炉炉进行技行技术
89、改造，增加烟气余改造，增加烟气余热回收装置，降低加回收装置，降低加热炉的排烟温度，在运行中加炉的排烟温度，在运行中加强调节，降低，降低过剩空气系数，剩空气系数，加大油加大油盘管的管的换热面面积，改造油，改造油盘管使其容易清垢等，管使其容易清垢等，这些措施都可以提高加些措施都可以提高加热炉的效率。炉的效率。5、保、保证管道系管道系统始始终处于最于最优运行状运行状态利用信息网利用信息网络和自和自动化技化技术以及以及优化运行技化运行技术，优化运化运行参数，确定合理的行参数，确定合理的优化运行方案，可大幅度降低化运行方案，可大幅度降低热油油管道运行的管道运行的总能耗能耗费用，提高管用，提高管输效率。效率。6、减少管、减少管输过程中原油泄漏及其程中原油泄漏及其对环境的境的污染染
