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1、第43卷第3期化工机械311长输原油管道能耗关键影响因素研究∗1121梁宏宝马百涛姜勇李博(1.东北石油大学机械科学与工程学院;2.北京油气调控中心)摘要对长输原油管道的能耗进行数学建模,通过实例分析了影响长输原油管道能耗的主要因素和变化规律。提出了降低管道能耗的具体措施,有效降低了长输原油管道的运行费用、提高了经济效益。关键词原油管道能耗数学建模运行成本+中图分类号TQ055．81文献标识码A文章编号0254-6094(2016)03-0311-05管道运输是运输原油的主要方式,截止2013KπDgia=,b=Gcc
2、a年12月,我国油气管道总长度达到8.70万公里,式中b———与摩擦有关的系数;其中,天然气管道约4.85万公里,原油管道约c———均温下原油的比热容,J/(kg·℃);2.31万公里,成品油管道约1.53万公里。输油管道的运行是一个复杂的过程,它受到出站温度、管D———管道外径,m;线环境状况及油品的粘温关系等影响[1,2]。长输G———原油的质量流量,kg/s;管道在运行的过程中,各种因素对能耗的影响各i———油流的水力坡降;2不相同,为了降低长输原油管道的能耗,许多国内K———管道的总传热系数,W/(m·℃);外
3、的专家和学者对热油管道的优化进行了大量的L———管道加热输送长度,m;研究,取得了一定进展。针对我国输油管道的不T———周围介质温度,℃;0同工况,一些研究人员从目标函数、决策变量及约T———距起点为L处的油温,℃;L[3]束条件等方面进行研究。但是,研究人员在降T———管道起点油温,℃。R低原油管道能耗方面,并没有对原油管道运行过若忽略摩擦的影响,令b=0,代入式(1)可以程进行能耗的具体分析与计算。为此,笔者通过得到苏霍夫公式:实例分析管道能耗费用的主要影响因素,并给出-aLT=T+(T-T)e(2)L0R0优化运
4、行措施。1.2热能消耗的计算1建立长输原油管道能耗的数学模型原油经过加热站时,加热站中的加热炉对原1.1长输原油管道的稳态轴向温降油进行加温、加压以保证油流运输流畅。加热站原油管道运输过程中,当原油进入管道之前燃料一般采用原油或油渣。加热站的热能消耗也需要在加热站加热,以便运输顺畅,要保证当加热[4,5]是能耗的重要组成部分。加热站的有效热负到一定温度时,原油在流动过程中向管道外散发荷计算公式为:热量后,原油的温度仍不会太低。当原油经过加热站后,再经过泵站加压,以便保证原有的流速。q=Gc(T-T)(3)R0假定原油管
5、道的流量和原油物性不变时,管道沿加热站工作过程中,在t时间(单位h)内,燃程的温度分布可表示为:-aL料油的消耗总量和把10kt原油输送1km的距离T=(T+b)+[T-(T+b)]e(1)L0R0所消耗的燃料总量的计算公式分别为:∗梁宏宝,男,1966年8月生,教授。黑龙江省大庆市,163318。312化工机械2016年3600tGc(TR-TZ)原油的有效能头为:S=(4)oEηnH=(Z-Z)+h+∑h(6)7ZQfmi3600tGc(TR-TZ)1110c(TR-TZ)i=1S==opEη3600tGLEηL式
6、中h———沿程摩阻损失,m;f1000×10000h———各站站内摩阻,m;mi式中c———均温下的油品比热容,kJ/(kg·℃);Z———管段起点处高程,m;QE———燃料油低位热值,kJ/kg;Z———管段终点处高程,m。ZT———出站温度,℃;R泵的有效功率为:T———进站温度,℃;ZpghQN=(7)有效1000η———加热系统效率。1.3原油管道的摩阻计算式中h———扬程,m;N———泵的有效功率,kW;经加热站加热的原油在管道里面流动时,需有效3要进行摩阻计算。过去人们计算原油管道摩阻的Q———泵排量,m;
7、3时候,一般根据平均温度法将原油的物性参数当ρ———原油密度,kg/m。做定值,同时忽略流态变化的影响,以及流型转变2原油管道能耗的影响因素的研究的影响,在这样的情况下必然会带来一些计算误2.1加热原油管道热能消耗的影响因素差。笔者考虑到流态和流型因素会随着油温以及燃料油单耗是加热管道热能耗的主要影响因外界温度的变化而变化,从而对加热站间管路的素之一,它不但取决于加热炉的效率,而且还受到摩阻损失计算进行了区间划分并且采用了数值解管道输入量输出的影响。燃料油单耗计算公式法。热油管道的摩阻计算公式为。为:2-mm107c(
8、T-T)QvRZhl=β5-mL(5)Sop=Eη(8)d8A-aLKπDβ=m2-m将TZ=T0+(TR-T0)e,a=代入式4πgGc式中d———管道内径,m;(8)得:3kπDQ———体积流量,m/s;107c(T-T)(eGcL-1)Z02Sop=(9)v———油品运动粘度,m/s。Eη在式(5)中,达西参数A、β、m的值
