原油热输经济温度的计算

陈东

原油热输经济温度的计算

陈东

管道局石油技校

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出版历程
- 网络出版日期: 2023-08-22
- 刊出日期: 1987-08-24

Calculation of the Economical Temperature in Transportation of Heated Oil

Chen Dong

摘要

摘要: 热输原油管道的动力能耗费用与热力能耗费用之和存在一个极小值。这一被值对应的原油加热温度称为经济温度。在实际生产中, 为了把管线控制在能耗费用最低的范围内, 确定经济温度常常是非常重要的问题。由于能耗费用受管径、输量、站间距、地温、油品粘度及加热温度的影响, 本文只把加热温度视为总能耗费用的函数、而把其他参数视为常数, 推导出原油呈牛顿流体时经济温度的数学计算式。通过东营一黄岛翰油管道基本参数的实例运算, 得出了经济温度随输量及地温的关系曲线。
- ^*原油管道 /
- 管道加热 /
- ^*管道输送 /
- 温度 /
- ^*热力计算
Abstract: There exists a least value of the sum of motive power and heating power consumption costs in pipelining heated crude oil. The heating temperature of crude oil corresponding to this extremum is called the econmical temperature. In practical prodictiono it is vayportari to detormine the economical temperature in order to uprate a yippline at the jovert power cost. Considering that the power consumption csot depends on many factors such as pipe diemeter, throughput, the interval between two pump station, soil tempereture, oil viscosity and heating temperature, here in this article the heating tenperature is merely taken as a function of the total power consumption cost with all the other parameters as constants,and from these a mathematical formula for economical temperature is derived when crude oil presents itself as Nusloniam fiuid. Through practical calculation of the basic parameters in respect of Dong Ying-Huang Dao pipeline, is brought about the curve of the economical temperature in rclation to throughput and soil temperature.

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一. 问题的提出

原油热输的经济温度系指生产运行中热力耗费与动力耗费之利的城小值所对应的原油加热温度, 即输油出站温度。这个温度的确定常常需要经过繁放的运算才能求出。由于经济温度受管“径、管长、输油量、地温、油品粘度等参数的影响, 所以不问管线存不同经济温度, 同一条管线随季节不同也有不同经济温度, 因此, 根据不间的悄况, 准确地计算出经济温度的数值成了生产中常遇到的问题。

一条原油长管道沿线的散热量相当大, 把原油加热温度控制在经济温度的范耙内对节能有着重大的意义。目前计算经济温度大多用图解法, 近年来陮管道上的应用, 图解法求经济温度已不能满足编制电算程䦽的型求。乐文的目的旨在推导出简便的计算公式, 以满足工少计算及电子计算机的要求。

二. 经济温度计算公式的推导

1 原油输送过程中动力耗费的计算

动力费用计算公式:

(1)

式中 D——单位时间的输油动力费用, ¥/h, （¥表示人民币, 元, 下同）

G——原油的重量流量, kg/s;

H——站间的摩阻损失, m;

η——动力系统的综合效率;

S——电能(或其他形式能量) 的价格, ¥/kW · h。

用列依宾宗公式计算摩阻损失:

(2)

式中 ν_p一原油在平均温度t_p下的运动粘度, m²/s;

β、m——流态系数;

d——管道内径, m;

L_z——计算管段长障（站间距与局部摩阻的当量长度之和），m。

原油的平均温度按下式计算：

(3)

式中 t_H——油流的出站温度，K(或℃);

t_K一油流的进站温度，K(或℃)。

平均温度t_p所对应的粘度, 其会义为一単粘度, 称为平均粘度v_p, 其值用下式计算:

(4)

式中 u——粘度指数, 1 /℃;

t_i、ν_i——靠近t_p选择的计算油温及粘度, ℃、m²/s;

t₁、ν₁——靠近t_p选择的另一温度及粘度, ℃、m²/s。

考虑摩阻升温的油流进站油温tK用下式计算:

(5)

式中 L——站间距, m;

i——水力坡降, m/m;

K——传热系数, W/m² · K;

D——管子的当量管外径, 对于不保温管线取外径, m;

E_h——热功当量, E_h=101.972 × 10^-3 kg · m/J;

C——热容, kJ/kg · K。

将式(2)、(4) 代入式(1) 得:

令

则

(6)

2 原油输送过程中热力费用的计算

热力费用计算公式:

(7)

(8)

式中 R——单位时间内输油热力费用, ¥/h;

q——热负荷, J/h;

η'——加热系统的效率;

q_低——燃料油的低发热值, J/kg;

S'——燃料油的价格，¥/kg;

G'——原油的重量流量, kg/h;

c——加热设备进出口平均温度下的原油比热, kJ/kg · K。

将式(5)，(8) 代入式(7) 得:

(9a)

式中 :

令, 并将式(3)、(5) 代人式(9 a)

则

(9b)

3 原油输送过程中总能耗费的计算

(10)

4 韦原油的经济证度

在温度变化范围不大的情况下, 可将式(10) 视为只随t_H变化的函数, 而把比热c、体积流量Q等参数视为常数。

令

则

(11)

若不考虑摩阻对温降的影响

则

(12)

计算t_p对应的输油起点温度采用下式:

(13)

不考虑摩阻对温降的影响, 计算t_p对应的输油起点温度采用下式:

(14)

显然用式(11) 或式(12) 计算的t_p值, 代人式(13) 或式(14) 计算t_H值为总能耟最低的输油起点温度, 见图 1。

图 1 经济温度t_rowspan="i"与总能耗费Z的关系曲线

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公式(11) 是用粘温指数关系式(4) 为基础推导的, 它适用于低粘度原油及部分重质然料油。对于粘度较大、含蟑较多的原油宜采用式(150) 为基础推导的计算公式。

(15)

或

(16)

式中 η_p——平均温度t_p下的动力粘度, Pa·S;

t_p——平均温度, K,

A、B一常数, 由两组lgη=A+B/t方程联立求解;

ρ_g——原油的密度, kg/m³。

将式(2)、(3) 代入式(1) 得:

(17)

总的能叔费用Z为:

对Z求导并令其等于0, 得:

令, 升整理得：

(18)

如果不考虑摩阻对温降的影响

则

(19)

三. 计算学例

以东营——黄岛输油管线的基本参数为例:

输油量G=2000 × 10⁴ t/a, G=661.38 kg /: · G'=2380052 kg/h；管径D=ϕ 711.2, 内径d=ϕ 696.92, 站间距L=77670 m; 地温T₀=15℃; 油品粘度: 油温44℃时粘度为89.5 × 10^-8 m²/s, 油温48℃时粘度为73 × 10^-6 m²/s, 油温53℃时粘度为58 × 10^-6 m²/s; 油品密度ρ₄₈=878.9 kg/m³, ρ₅₃=875.6 kg/m³；原油热容C=1.951 kJ/kg · K；原油的低发热值q_低 =41906 kJ/kg; 打力系统效率η取0.8313；热力系统效率η' 取0.8606; 油价S' 取0.17米/ kg，电价S取0.12羊/ kw · h。原油流态为水力光滑区m=0.25, β= 0.0246。上述参数代入计算得aL=0.267621/m, Q=0.74592 m³/s。