熱油管道運(yùn)行特性第一頁，共23頁。第一節(jié)熱油管道的運(yùn)行特性一、熱油管道的工作特性1、熱油管道工作特性的特點(diǎn)前面講熱油管道特點(diǎn)時(shí)曾指出，熱油管道不同于等溫管道的特點(diǎn)就在于熱油管道存在兩種能量損失。即摩阻損失和散熱損失，這個(gè)特點(diǎn)決定了熱油管道與等溫管道不同的工作特性。對(duì)于等溫管路：第二頁，共23頁。即管路已定(即D、L、ΔZ、T0或υ已定)時(shí)，H是Q的單值函數(shù)，H=f(Q)。當(dāng)D、L、ΔZ、T0、K及所輸油品物性已定時(shí)，摩阻H不僅是輸量Q的函數(shù)還是粘度υ的函數(shù)，而υ又是溫度的函數(shù)，因此，對(duì)于熱油管路，H是Q和T的二元函數(shù)，即：H=f1(Q,T)=f2(Q,TR)=f3(Q,TZ)對(duì)于熱油管路：第三頁，共23頁。對(duì)于一條確定的熱油管路，D、L、ΔZ、T0、K一定，在某輸量Q下，當(dāng)TR已定時(shí)，由溫降公式知，TZ也就定了，反之亦然，即TR、TZ兩個(gè)熱力參數(shù)中只有一個(gè)是獨(dú)立的，它們要受沿線溫降規(guī)律的約束。設(shè)計(jì)時(shí)一般按維持TZ不變計(jì)算。運(yùn)行時(shí)，往往是控制TR，這樣只需根據(jù)出站油溫TR來調(diào)節(jié)加熱爐的點(diǎn)爐臺(tái)數(shù)、火咀數(shù)、送風(fēng)量及燃料油量，控制方便。2、熱油管道的工作特性在討論熱油管道的工作特性時(shí)，只有規(guī)定管道的熱力條件才有意義，一般有兩種情況：第四頁，共23頁。①維持出站油溫TR一定運(yùn)行；②維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行。下面分別討論各種情況下的管路工作特性。①維持進(jìn)站油溫TZ一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性先來分析一下維持TZ一定時(shí)特性曲線的變化趨勢(shì)。Q變化時(shí)，影響摩阻H的因素有兩個(gè)方面：總的趨勢(shì)是Q↑H↑，即H=f(Q)是單調(diào)上升的曲線。第五頁，共23頁。與等溫管相比，影響熱油管工作特性曲線的因素除了管線參數(shù)和油品粘度以外，還有管線沿線的散熱條件和油品的粘溫特性。當(dāng)溫降快、粘溫曲線較陡時(shí)，管路特性曲線變化也較劇烈，故散熱條件如T0、K及粘溫指數(shù)u等參數(shù)也會(huì)影響熱油管路的工作特性。維持TZ一定時(shí)的管路特性曲線如圖所示。TZ不同時(shí)，沿線油溫分布不同，特性曲線亦不同。TZ高則沿線油溫高，摩阻損失小，故HTz2-Q曲線總是在HTz1-Q曲線的下方。QHHTz1HTz2Tz2>Tz1第六頁，共23頁。②維持出站油溫TR一定運(yùn)行的熱油管路的工作特性維持出站油溫TR一定時(shí)，摩阻隨輸量的變化趨勢(shì)與維持TZ一定時(shí)有所不同，定性分析如下：兩方面因素引起的摩阻變化趨勢(shì)正相反。一般在實(shí)際運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)，Q↑H↑的趨勢(shì)是主要的。故隨著Q增大，摩阻H是增大的，但H隨Q的變化要平緩些。第七頁，共23頁。維持TR一定時(shí)的管路特性曲線如圖所示。TR不同時(shí)，沿線油溫分布不同，特性曲線亦不同。TR高則沿線油溫高，摩阻損失小，故HTR1-Q曲線總是在HTR2-Q曲線的上方。QHHTR1HTR2TR2>TR1第八頁，共23頁。如果在某輸量Q0下維持TZ一定運(yùn)行時(shí)的出站油溫TR正好等于維持TR一定運(yùn)行時(shí)的出站油溫TR0，此時(shí)兩者進(jìn)站油溫相同，均為TZ0，摩阻也相同，均為H0，則隨著Q的上升，維持TR一定時(shí)的管路特性曲線要比維持TZ一定時(shí)的管路特性曲線平緩（為什么？），如圖所示。QHO維持TZ一定H0Q0維持TR一定第九頁，共23頁。這是因?yàn)椋S持TR不變時(shí)，出站油溫始終為TR0，Q增大，沿程溫降減小，終點(diǎn)油溫將大于TZ0；而維持TZ不變時(shí)，終點(diǎn)油溫始終為TZ0，Q增大時(shí)TR下降，TR<TR0。因此，維持TR不變時(shí)的全線平均油溫將高于維持TZ不變時(shí)的平均油溫，所以維持TR不變時(shí)的特性曲線要比維持TZ不變時(shí)的特性曲線平緩。3、熱油管路工作特性的不穩(wěn)定區(qū)前面講過，維持TR一定運(yùn)行的熱油管道，在正常運(yùn)行的輸量范圍內(nèi)，Q↑H↑的趨勢(shì)是主要的，但當(dāng)Q較小、輸送的油品粘度較大時(shí)，可能出現(xiàn)Q↑H↓的反?，F(xiàn)象，使熱油管道進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。第十頁，共23頁。①理論分析：根據(jù)熱油管路摩阻計(jì)算公式：當(dāng)D1、LR、T0、K一定時(shí)，式中的前一項(xiàng)hT0/AR

只是流量的函數(shù)，且hT0/AR∝Q3-m，即hT0/AR隨流量Q的增大而增大。第十一頁，共23頁?，F(xiàn)在來看一下花括號(hào)中各項(xiàng)的值，TR一定，Ei[-mu(TR-T0)]不隨Q而變；Q↑TZ↑，mu(TZ-T0)↑，-Ei[-mu(TZ-T0)]↓，故花括號(hào)中的值隨Q上升而下降，與hT0/AR的變化趨勢(shì)相反。因此函數(shù)hR=f(Q)可能有極值點(diǎn)。另外，當(dāng)Q＝0時(shí)，hR=0，而當(dāng)Q很大時(shí)，hR→hTR，即hR將隨Q的增大由0增大到極大值，然后又隨Q的增大而減小。但hTR∝Q2-m，故hR減少到一定值后又必然隨Q的增大而增大，即存在一個(gè)極小點(diǎn)，也就是說hR=f(Q)曲線可能存在兩個(gè)極值點(diǎn)。第十二頁，共23頁。②熱油管道的不同流量區(qū)維持TR一定運(yùn)行的熱油管道的工作特性按流量可以分為三個(gè)區(qū)，如圖所示。HQIⅡIIITZQT

0Ⅰ區(qū)—小流量區(qū)在這個(gè)區(qū)，流量很小，溫降很快。在很長(zhǎng)一段距離內(nèi)，油溫接近環(huán)境溫度T0，T≈TZ≈T0。隨Q

增大,TZ

變化不大，粘度變化很小，H=f(Q),但該區(qū)粘度較大，因而隨著Q的增大,摩阻H急劇增大。在這一區(qū)工作很不經(jīng)濟(jì)，所以熱油管路不能在該區(qū)工作。第十三頁，共23頁。HQIⅡIIITZQT

0Ⅱ區(qū)—中等流量區(qū)一方面Q↑V↑H↑，另一方面，Q↑TZ↑↑,Tpj↑↑(顯著增大)，且在該溫度區(qū)內(nèi)粘度隨溫度的變化較劇烈，Tpj的顯著上升將引起粘度υ的顯著下降υ↓↓，使摩阻H↓。故可能出現(xiàn)隨著流量的增大，摩阻反而下降的現(xiàn)象。Ⅱ區(qū)稱為不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)熱油管道在該區(qū)內(nèi)運(yùn)行時(shí)，?？赡苡捎谀承┩饨缫蛩氐挠绊?，而使工作點(diǎn)發(fā)生變化，進(jìn)入Ⅰ區(qū)。熱油管道在該區(qū)運(yùn)行既不經(jīng)濟(jì)又不安全。第十四頁，共23頁。Ⅲ區(qū)—大流量區(qū)

一方面隨著Q的增大，流速增大而使摩阻增大；另一方面，隨著Q的增大TZ升高，但變化不大，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。結(jié)果表現(xiàn)為Q↑H↑，該區(qū)是熱油管道的正常工作區(qū)。熱油管道應(yīng)在Ⅲ區(qū)運(yùn)行，避免進(jìn)入Ⅰ、Ⅱ區(qū)。HQIⅡIIITZQT

0第十五頁，共23頁。右圖是一條管內(nèi)徑259mm，長(zhǎng)20.5km，輸送重油的熱油管道，在TR=50℃，T0=0℃時(shí)的特性曲線，流態(tài)為層流。圖中給出了不同粘溫指數(shù)下的特性曲線。由圖知，當(dāng)粘溫指數(shù)u減小時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)縮小，當(dāng)u<0.06時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)消失，曲線無極值點(diǎn)。4、出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件

第十六頁，共23頁。現(xiàn)在我們來研究摩阻流量計(jì)算公式的極值問題。令dhR/dQ=0，可以求得u取定值時(shí)hR=f(Q)曲線的兩個(gè)極值點(diǎn)。極值點(diǎn)的位置與u有關(guān)，對(duì)于紊流情況，m=0.25，只有當(dāng)u(TR-T0)>20時(shí)，曲線才會(huì)出現(xiàn)極值點(diǎn)。若取u=0.1(一般油品的u值都小于0.1)，則只有當(dāng)TR-T0>200℃時(shí)才會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實(shí)際中是碰不到的。所以說在紊流情況下，不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。在層流情況下，m=1，出現(xiàn)極值點(diǎn)或不穩(wěn)定區(qū)的條件是u(TR-T0)>3，若取u=0.05，則TR-T0>60℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。若取u=0.1，則TR-T0>30℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)，這在實(shí)際中是經(jīng)?？梢杂龅降?。第十七頁，共23頁。維持出站油溫TR不變運(yùn)行，粘溫指數(shù)u為常數(shù)，層流(m=1)，u(TR

-T0)>3出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)的條件第十八頁，共23頁。輸送重油的管道，u值較大，TR較高，且一般在層流區(qū)運(yùn)行，極易滿足上述條件，很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)。一旦發(fā)現(xiàn)管線進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，要盡量使其回到穩(wěn)定區(qū)(大流量區(qū))，可采取的措施有：

1、在管線允許和可能的情況下，盡量提高出站油溫。2、開啟備用泵或未開的泵站，盡快提高輸量。3、在上述兩種措施都不行的情況下，輸入輕質(zhì)油品(或熱水)，用輕油(或熱水)將重油從管道中置換出來。第十九頁，共23頁。二、熱油管道經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案

運(yùn)行方案的經(jīng)濟(jì)性一般可用能耗費(fèi)用S來衡量。對(duì)于熱油管道，能耗費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)用Sp

和燃料費(fèi)用SR:第二十頁，共23頁。式中：ey－燃料油價(jià)格,元/噸ed－電力價(jià)格,元/kWhBH－燃料油熱值,kJ/kgCy－所輸油品比熱，kJ/kg℃ηR－爐效ηpe－泵機(jī)組效率，ηpe=ηpηe

H－加熱站間管路所需壓頭，mLR－熱站間距,km第二十一頁，共23頁。對(duì)于一條已定管線，當(dāng)輸量Q一定時(shí)，TR上升，熱損失上