浅析影响热油输送管道温降的因素

王敏 胡宝静 冀丽 张亚文 邵传江

摘要：目前，全国成品原油输送管网主要采用加热输送工艺，具有原油高凝固点、高含蜡、高粘度的“三高”现象，加热输送存在着一定量的热损失。为处理好输送过程中热能与压力能损失的供求平衡关系，以求达到经济合理的目的，文章介绍了热油输送管道存在的径向降温和轴向降温的问题以及计算方法。

关键词：热油输送；径向降温；轴向降温

中图分类号：TE832 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）01-0149-02

随着我国内陆油田和海上油田的开发，原油管道的建设进入了一个新的历史时期，全国的成品油输送管网逐渐发展和形成起来。我国原油大都是高凝固点、高含蜡、高粘度的“三高”原油，目前主要采用加热炉直接加热工艺，在长距离输油管路中正常输送中，我们就必须要解决压力和温度的能量损失的问题。根据资源条件和国民经济长期规划的要求，就必须正确、合理地处理原油输送过程中管路的摩阻损失和最热损失这两种能量的供求平衡关系，以求达到经济、合理的目的。

一、加热输送的目的和特点

“三高”原油的管道输送中，当成品原油的凝固点大于管路环境温度，或在环境温度下成品原油的粘度很高时，必须提前采取各种降凝、降粘方法。加热输是目前最有效的方法，即将成品原油提高温度后输入管路，目的是降低其粘度，减少摩阻损失，借消耗热能以节约压力能。

在热油沿管道向前输送的过程中，由于其油温与环境温度的差异，在这径向温差的作用下，油流所携带的热量将不断地向管道外散失。因而使油流在前进过程中不断地有热量损失，即引起轴向温降。在轴向温降的作用下，使油流的粘度在输送过程中不断升高，单位管长的摩阻逐渐增大，甚至当油温降低到接近凝固点时，摩阻将急剧升高。

以上特点说明，热油输送过程中存在着两方面的能量损失，即摩阻损失和散热损失，因此也就必须要从两方面给油流提供能量，一是由加热站提供热能，另一方面是由泵站提升压力能，还要正确处理好这两种能量的供求平衡关系。这两种能量损失的多少是互相影响的，在这两方面的能量损失中，其中散热损失是主要的因素。因为摩阻损失的大小与油品的粘度密切相关，而输送温度的高低，直接影响粘度的大小。如多建中间加热站，提高加热站的进出站温度，使油品在较高的温度下输送，散热损失将因之增大，而摩阻损失则减少。对于某一输送任务，存在着能耗最小的最优化输送条件，为此首先应确定输送管道沿线的温降情况。

二、热油输送管道的径向温降

管路内油流的径向温差，会引起油流在径向时的对流运动，因而在雷诺数略小于2000的情况下，热油管内流态也不是层流运动，自然对流搅乱了层流。只有在自然对流很弱的情况下，才能恢复层流，因此，某些国家文献建议，在进行热油管的传热计算时，层流与紊流的划分仍以雷诺数大于或小于2000为界；而在进行水力计算时，只有当雷诺数小于1000，对流的影响很弱时，流态才按层流考虑，以使计算所得的摩阻偏于安全值。

由于径向温降引起的扰动及管壁附近油流粘度的增大，会使热管道的摩阻损失比按截面平均油温计算时增大，在层流时的影响要比紊流时大得多。

三、热油输送管道的轴向温降

（一）轴向温降的基本计算式及其应用

油流在加热站加热到一定温度TR以后，在沿管道流动过程中，不断把热量散失到温度较低的管路周围介质中去，因而使油流的温度不断降低。

设管路周围环境温度为T0，油流流到距加热站出口1米处，温度降低为T℃，由该处往前，长为dl的一小段管路中，单位时间内往外散失的热量为K∏Ddl（T-T0），式中K为油流至周围介质的总传热系数，其国际单位为瓦/（米2*升）或焦耳/（米2*秒*升），工程单位为千卡/（米2*时*℃）。经过dl这一小段距离后，油温又降低了dT℃，在稳定传热过程中，如不考虑油流的摩擦热，则油流放出的热量为GCdT，dl段的热平衡关系式为：

K∏D（T-T0）dl=-GCdT（1）

因式中dl与dT的方向相反，故引用负号。式中G为油流的质量流量，单位公斤/时；C为油的热容，单位千焦耳/（公斤*升）或千卡/（公斤*℃）。

设总传热系数K为常数，油流流经长为L的管段后温度降低为TL，上式由0至L积分后，可得管路沿线的温降关系式为：

­（2）

上式（2）即为著名的苏霍夫温降公式。此式是在热油管的设计、管理中应用最多的计算式，在设计时可用于：

（1）当K、G、D、T0及加热站进、出口温度TR和TL一定时，确定加热站的间距LR；

（2）在加热站间距LR已定的情况下，当K、G、D及T0一定时，确定为保持要求的终点温度TR所必须的加热站出口温度TR；

（3）当K、D及T0一定时，在加热站间距LR、加热站的最高出口温度TR和允许的最低进站温度TL已定的情况下，确定热油管路的允许最小输量；

（4）运行时计算实际的总结系数K，以判断管路的散热及结蜡情况。

但是必须强调，上述核算只适用于输量及油温都稳定的情况下。因为式（2）是由稳定传热平衡关系导出的，并认为总传热系数K是常数，不随其它参数变化。

（二）温降公式计算中的因素

在前述核算各种参数的应用中，我们认为总传热系数是一个常数，对于埋地管线，当输量和油温变化时，由于土壤温度常的重新分布和趋于稳定的过程较慢，所以在核算中计算的某段管路是随时间变化的。

上述温降的基本公式没有考虑管内油流磨擦生热对温降的影响，也没有计入含蜡原油降温时析出蜡潜热的影响，故只适用流速低、温降大、磨擦热的影响较小，且在输送温度范围内没有相变的情况下。

综前所述了热油输送管道输送影响因素，总的概况就是实际中存在的摩阻损失和散热损失，所以我们在管理和设计中要正确处理这两种能量的关系，也就能够正确处理输油工作中热能与压力能的关系。

参考文献

[1]国家建委建筑物理研究所．地下输油管道热工计算、油气管道技术[M]．1978．

[2]车尔尼金．易凝原油的输送[M]．石油工业出版社，1959．

作者简介：王敏（1973-），女，山东兖州人，供职于中原油田采油二厂油气集输大队，研究方向：高粘度原油的输送。

（责任编辑：叶小坚）