油管蒸汽伴热建模及模拟分析

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1、油管蒸汽伴热建模及模拟分析责任编辑:我心依旧点击次数:29          更新时间:2007-10-1215:51:56祝芳1，吴项祥1，李素芬1，肖礼军2，杨维龙2   摘 要：根据传热理论对油管蒸汽伴热管道建立数学模型，利用MicrosoftVisualBasic6.0开发计算软件，对油管蒸汽伴热参数和蒸汽耗量进行预浏和计耳，实现量化管理，为节约能源提供科学有效的手段和工具。   关键词：油管；蒸汽伴热；蒸汽流童；升温时间   中图分类号：TE832.3+42；TB115 文献标识码：A 文章编号：1

2、004一7948(2005)11一0017一04   1概述   伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案一直被广泛应用，其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，达到升温、保温或防冻的正常工作要求。蒸汽伴热始终是一种主要的保温方式，通过蒸汽伴热管道可以补充被保温管道的热损失。   油管蒸汽伴热消耗大量的蒸汽热能，实际运行中经常由于缺乏可靠的数据和能源计量手段及缺乏具体的节能技术与措施，使油管蒸汽伴热能耗较大。受原油种类繁多，物性各异，冬夏两季气候变化显著，输油管道的伴

3、热及保温状况不同等因素的影响，易出现以下问题：各进汽点的压力、流量不明；某些重要的操作参数无法获得，为满足要求往往根据经验进行操作，因此造成能源浪费。   为了对油管蒸汽伴热参数和蒸汽耗量进行有效的预测和计算，对能量损失进行分析诊断，故开发研制油管蒸汽伴热计算软件，以实现油管蒸汽伴热能耗量化管理和预测，为减少损失、节约能源提供科学有效的手段和工具。   2计算模型   石油化工、港口输运企业中的管道，常用伴热的方法维持生产操作及停输期间管内介质的温度。常用的伴热形式有单管外伴热和双管外伴热两种，采用蒸汽为伴热

4、介质，使用圆形保温结构，无传热胶泥，保温层材料为岩棉，具体结构如图1所示。   2.1蒸汽耗量计算   蒸汽伴热保温，采用饱和蒸汽为伴热介质。根据不同的工艺要求，分为保温和升温两种工况。   (1)保温耗热量   圆形保温壳相当于一圆管内壳，在保温层内壁与工艺管道的外壁之间有一加热空间，这样主管通过保温层散失到四周大气中的热量，在伴热计算中可以略去不计。伴热管道的热损失为      此时，q1=q′1   (2)升温耗热量   管道内原油升温时所需的热量包括两部分：管道向外界的热损失q′1和原油升温所需要的热

5、量q″1。升温热量为   q″1=1/4•Cpπd2ρl△t   此时，q1＝q′1＋q″1   (3)蒸汽耗量   伴热管的蒸汽耗量g1：      2.2油品升温时间计算   伴热管内蒸汽通过气体空间和管壁向油管内油品传热，由于伴热管和油管之间是线接触，故二者之间通过导热传递的热量可以忽略不计。自气体空间经单位长度的接触面至油品的热量为   qb=KbFb(te－t)   (1)气体空间温度的计算   加热空间的温度te是根据蒸汽伴热管的热平衡求出的，即蒸汽伴热管的供热等于输送介质得到的热量与加热空间散失

6、于大气的热量之和，可计算如下      (2)少传热系数的计算   加热空间至油品的传热包括加热空间与油管管壁、油管内壁与管内油品之间的对流换热，由于钢管热阻相对于前二者来说较小，故可忽略其对总传热系数的影响。其传热系数Kb计算如下：      (3)升温时间   若油品处于凝固点以上，则不需考虑石蜡含量的影响，其升温时间τ1为   τ1＝q1/qb   若在油品的升温过程中，有凝固石蜡的融化过程，则整个的升温时间还需在上式的基础上加上油品的融化时间τ2      总升温时间 τ=τl＋τ2   2.3各供汽

7、点的压力计算   伴热蒸汽在管内流动，受蒸汽和管壁的摩擦以及弯头、阀门的影响，存在沿程损失和局部阻力损失，各供汽点的压力逐渐降低（管段供汽点的划分见图2，划分依据为伴热管段的长度），蒸汽流速下降，蒸汽品质下降，伴热时间增加。   由于管段中的实际阻力损失不可预知，故采用试算法。假设主干线的压降均匀分布，得到管段的末端压力Pm；根据主干线平均比摩阻和管段中蒸汽平均密度计算该管段的实际比摩阻R和蒸汽实际流速v；按照管径计算局部阻力当量长度la,sh,i，求得管段总计算长度lzh,i；实际比摩阻与管段总计算长度之积

8、即为管段总阻力损失，求出管段实际的末端压力与蒸汽的平均密度，与假定值对照，如果在误差允许的范围内，即可进行串联的下一管段的计算，否则，修正假设值，重复计算直到达到工程要求为止。   3软件结构及功能   根据油管蒸汽伴热计算原理和模型，综合考虑油管伴热实际情况，使用MicrosoftVisualBasic6.0开发油管蒸汽伴热计算软件，经过反复调试、修正，得到操作简便、结果准确的计算软件。   3.