1、油管蒸汽伴熱建模及模擬分析責任編輯:我心依舊 點擊次數:29            更新時間:2007-10-12 15:51:56祝芳1，吳項祥1，李素芬1，肖禮軍2，楊維龍2    摘  要：根據傳熱理論對油管蒸汽伴熱管道建立數學模型，利用Microsoft Visual Basic 6.0開發計算軟件，對油管蒸汽伴熱參數和蒸汽耗量進行預瀏和計耳，實現量化管理，為節約能源提供科學有效的手段和工具。    關鍵詞：油管；蒸汽

2、伴熱；蒸汽流童；升溫時間    中圖分類號：TE832.3+42；TB115  文獻標識碼：A  文章編號：1004一7948(2005)11一0017一04    1概述    伴熱作為一種有效的管道保溫及防凍方案一直被廣泛應用，其工作原理是通過伴熱媒體散發一定的熱量，通過直接或間接的熱交換補充被伴熱管道的熱損失，達到升溫、保溫或防凍的正常工作要求。蒸汽伴熱始終是一種主要的保溫方式，通過蒸汽伴熱管道可以補充被保溫管道的熱損失。    油管蒸汽伴熱消耗大量

3、的蒸汽熱能，實際運行中經常由于缺乏可靠的數據和能源計量手段及缺乏具體的節能技術與措施，使油管蒸汽伴熱能耗較大。受原油種類繁多，物性各異，冬夏兩季氣候變化顯著，輸油管道的伴熱及保溫狀況不同等因素的影響，易出現以下問題：各進汽點的壓力、流量不明；某些重要的操作參數無法獲得，為滿足要求往往根據經驗進行操作，因此造成能源浪費。    為了對油管蒸汽伴熱參數和蒸汽耗量進行有效的預測和計算，對能量損失進行分析診斷，故開發研制油管蒸汽伴熱計算軟件，以實現油管蒸汽伴熱能耗量化管理和預測，為減少損失、節約能源提供科學有效的手段和工具。    2計算模型

4、    石油化工、港口輸運企業中的管道，常用伴熱的方法維持生產操作及停輸期間管內介質的溫度。常用的伴熱形式有單管外伴熱和雙管外伴熱兩種，采用蒸汽為伴熱介質，使用圓形保溫結構，無傳熱膠泥，保溫層材料為巖棉，具體結構如圖1所示。    2.1蒸汽耗量計算    蒸汽伴熱保溫，采用飽和蒸汽為伴熱介質。根據不同的工藝要求，分為保溫和升溫兩種工況。    (1)保溫耗熱量    圓形保溫殼相當于一圓管內殼，在保溫層內壁與工藝管道的外壁之間有一加熱空間，這樣

5、主管通過保溫層散失到四周大氣中的熱量，在伴熱計算中可以略去不計。伴熱管道的熱損失為        此時，q1=q1    (2)升溫耗熱量    管道內原油升溫時所需的熱量包括兩部分：管道向外界的熱損失q1和原油升溫所需要的熱量q1。升溫熱量為    q1=1/4Cpd2 lt    此時，q1q1q1    (3)蒸汽耗量    伴熱管的蒸汽耗量g1：&#

6、160;       2.2油品升溫時間計算    伴熱管內蒸汽通過氣體空間和管壁向油管內油品傳熱，由于伴熱管和油管之間是線接觸，故二者之間通過導熱傳遞的熱量可以忽略不計。自氣體空間經單位長度的接觸面至油品的熱量為    qb= KbFb(tet)    (1)氣體空間溫度的計算    加熱空間的溫度te是根據蒸汽伴熱管的熱平衡求出的，即蒸汽伴熱管的供熱等于輸送介質得到的熱量與加熱空間散失于大氣的熱量之和，可計算如下 

7、;       (2)少傳熱系數的計算    加熱空間至油品的傳熱包括加熱空間與油管管壁、油管內壁與管內油品之間的對流換熱，由于鋼管熱阻相對于前二者來說較小，故可忽略其對總傳熱系數的影響。其傳熱系數Kb計算如下：        (3)升溫時間    若油品處于凝固點以上，則不需考慮石蠟含量的影響，其升溫時間1為    1q1/qb    若在油品的升溫過程中，有凝固石

8、蠟的融化過程，則整個的升溫時間還需在上式的基礎上加上油品的融化時間2        總升溫時間  =l2    2.3各供汽點的壓力計算    伴熱蒸汽在管內流動，受蒸汽和管壁的摩擦以及彎頭、閥門的影響，存在沿程損失和局部阻力損失，各供汽點的壓力逐漸降低（管段供汽點的劃分見圖2，劃分依據為伴熱管段的長度），蒸汽流速下降，蒸汽品質下降，伴熱時間增加。    由于管段中的實際阻力損失不可預知，故采用試算法。假設主干線的壓降均勻分布，得到管段

9、的末端壓力Pm；根據主干線平均比摩阻和管段中蒸汽平均密度計算該管段的實際比摩阻R和蒸汽實際流速v；按照管徑計算局部阻力當量長度la,sh,i，求得管段總計算長度lzh,i；實際比摩阻與管段總計算長度之積即為管段總阻力損失，求出管段實際的末端壓力與蒸汽的平均密度，與假定值對照，如果在誤差允許的范圍內，即可進行串聯的下一管段的計算，否則，修正假設值，重復計算直到達到工程要求為止。    3軟件結構及功能    根據油管蒸汽伴熱計算原理和模型，綜合考慮油管伴熱實際情況，使用Microsoft Visual Basic 6.0開發油管蒸汽伴熱

10、計算軟件，經過反復調試、修正，得到操作簡便、結果準確的計算軟件。    3.1軟件結構    軟件由計算參數輸入模塊、結果顯示模塊以及溫升曲線模塊組成，流程圖如下：    3.2軟件功能    為了能有效預測油管保溫及升溫情況，確定蒸汽主管的供汽方案，及時調整蒸汽流量和壓力，該軟件主要著重于以下幾個方面：    (1)已知壓力求升溫時間和蒸汽流量；    (2)已知升溫時間求蒸汽流量和壓力；  &

11、#160; (3)油品的保溫計算；    (4)繪制壓力時間流量圖和時間壓力流量圖。    4結果分析    利用該軟件計算，分析影響油品升溫時間、伴熱蒸汽流量以及管道熱損失的因素。    4.1油品升溫時間    圖4反映了影響油品升溫時間的五大因素：始端壓力、石蠟含量、升溫溫差、環境溫度和油品粘度。油品的升溫時間隨著始端壓力的升高而減少，且減少的幅度越來越小，曲線也漸趨平滑。在實際操作中，即可按照二者之間的關系根據要求的升溫時間來調整伴熱蒸汽

12、參數以達到要求。    當油管內原油處于凝固點以下時，在進行油品升溫過程中，必須考慮到原油中石蠟的影響，計算其融化時間，并計入升溫時間內。油品的升溫時間與石蠟含量呈線性關系，當原油處于固態時，石蠟含量對其升溫時間的影響較大，石蠟含量越高，用于融化凝固石蠟的時間在整個升溫過程中所占的比重就越大。石蠟含量只是在油管內原油凝固之后才對其產生影響，因此，盡量降低原油的石蠟含量，是降低凝固后升溫時間的有效方法。    油品升溫時間與升溫溫差近似呈線性關系，隨著溫差的增加而增大，隨著環境溫度的升高線性降低。    原

13、油品質的不同也會造成升溫時間的不同，各類原油的成分相差很多，尤其是粘度的影響在各成分的影響中占據主要地位。雖然粘度對升溫時間的影響并不是簡單的函數關系，但具有明顯的發展趨勢，隨著油品粘度的增大而提高。    4.2蒸汽流量    圖5反映了影響蒸汽流量的四大因素：始端壓力、石蠟含量、升溫溫差和環境溫度。    伴熱蒸汽流量與始端壓力、石蠟含量以及環境溫度均呈線性關系，隨著始端壓力及石蠟含量的增大而增加，隨著環境溫度的升高而減少。在蒸汽流量以及壓力增長的共同作用下油品的升溫時間得到了大幅降低。為了融化凝固的

14、石蠟，在提高升溫時間的同時還必須加大蒸汽流量。就能量消耗方面而言，油品的石蠟含量越低越好。蒸汽流量隨著升溫溫差的增大而增加，當溫差較低（低于10時）時增加較快，之后二者近似線性增加。    4.3管道熱損失    圖6反映了影響管道熱損失的兩大因素即升溫溫差和環境溫度。蒸汽主管的管道熱損失主要取決于升溫溫差和環境溫度，隨著升溫溫差線性增長，環境溫度線性減少。    5結論    (1)軟件計算功能完備，環境溫度、初始油溫、油品加熱溫差、油品性質、蒸汽壓力和流量、管徑及長度、保

15、溫結構、加熱工藝、加熱時間等參數都可以作為變量，方便快捷，可靠性較好。    (2)當其它條件不變時，升溫時間隨始端壓力的升高而降低，壓力較低時下降快，然后變化平穩；升溫時間隨環境溫度升高而線性降低；溫差加大，升溫時間增加，兩者近似呈線性關系；升溫時間隨石蠟含量的增加而線性增加。    (3)蒸汽流量與始端壓力、石蠟含量以及環境溫度均呈線性關系。隨著始端壓力及石蠟含量的增大而增加，隨著環境溫度的升高而減少。升溫溫差增大，蒸汽流量增大，當溫差低于10時，變化較快，高于10近似呈線性變化。    (4)散熱損失與溫差、環境溫度呈線性關系。環境溫度升高，散熱損失減少升溫溫差大散熱根失大。 參考文獻1郭光臣，董文蘭，張志廉油庫設計與管理M北京：石油大學出版社，19912蘇B. M阿加普金，C. H鮑里索夫，B. J克里沃舍因管道計算手冊M北京：石油工業出