输油管道的沿程降温分析

机器人

热力计算需要利用原油及周围介质如土壤或空气的一些物理特征数据，以及根据这些数据得出的计算参数。此外，还需要大气温度及管道埋设深度的土壤温度，以及其他资料。加热管道的热力计算是管道设计、试运和生产管理各个阶段必须依据的基本工作。热力计算的主要任务是找出稳定传热条件下，管道沿线的油温分布情况。这些数据对于设计阶段确定泵站和加热站的数目和布置，及加热设备的能力是必需的。换句话说，热输管道的水力计算是以热力计算为基础的。     为了分析管道在试运投产过程中油温变化情况，热力计算还要进行非稳定传热条件下土壤温度场和油温的计算。热输管道运转期间，有可能因为故障或其他原因停输一定时间，计算安全停输时间以及重新启动的条件，也是热力计算的内容。     热输管道中沿线油温的分布受很多因素的影响，如管道输送量、原油加热温度、大气温度和土壤温度场等。很显然，这些因素在实际输油过程中不可能固定不变。输送量是由输油任务决定的，加热温度则是根据输送量的多少或种类和大气温度而变，大气温度各季节不同，刚投产管道或长期停输重新启动管道周围土壤温度大大不同于长期输送管道的土壤温度场。     受到以上这些因素影响，热输管道中各点油温和土壤温度场随时间而变化的状态叫做不稳定状态。在理论上，热输管道总是处于不稳定状态。但实际上，只是把管道试运投产和长期停输后重新启动两个阶段因土壤温度场波动所造成的油温随时间的变化的状态称作不稳定状态，其他情况则看作是稳定的。设计热输管道时则是以稳定状态为基础的。     热输管道中经过加热的原油沿管道输送过程中，因不断向周围介质散失热量，油温逐渐下降。油流在管道输送过程中的摩擦阻力损失最终转变为热能，使油温上升。     在分析埋地热输管道散热问题时，福尔赫盖米尔于曾做了如下假定：土壤是均质的；自然热力状态下，土壤温度沿其深度为常数并等于地表面温度；管子和土壤表面满足第1类边界条件等。他在计算散热量时采取的计算温差为油流与空气温度接近于地表面温度之差。经许多国家研究者多年所做地下热输管道散热损失实验研究表明，实验结果和福尔赫盖米尔的理论有较大的差别。因此，许多研究者都力图得到准确计算热损失的关系式。后来在舒霍夫公式中明确了埋管处土壤的自然温度作为周围介质的温度，并建议用试验方法确定总传热系数。实验证明这种计算方法是符合实际的。计算中取埋管处土壤一年中最冷月平均温度作为计算用的介质温度。     油流在加热站加热到一定温度后进人管道。沿管道流动中不断向周围介质散热，使油流温度降低。散热量及沿线油温分布受很多因素的影响，如输油量、加热温度、环境条件、管道散热条件等。严格地讲，这些因素是随时间变化的，故热油管道经常处于热力不稳定状态。工程上将正常运行工况近似为热力、水力稳定状况，在此前提下进行轴向温降计算。设计阶段根据稳态计算结果确定加热姑、泵站的数目和位置，即设计加热输送管道是以稳态热力、水力计算为基础的。