3.2.1 原油一般物理性質(zhì)測定項目應(yīng)符合本規(guī)范附錄B的規(guī)定;原油流變性測定項目應(yīng)符合本規(guī)范附錄C的規(guī)定。
3.2.2 輸送方式應(yīng)根據(jù)輸送原油的物理性質(zhì)及其流變性,通過優(yōu)化確定。原油輸送方式應(yīng)符合下列規(guī)定:
1 輸送原油的凝點高于管道管頂埋深處地溫時,宜采用加熱或?qū)υ瓦M(jìn)行改性處理后輸送,并應(yīng)符合下列規(guī)定:
1)采用加熱輸送時,管道沿線各點原油的輸送溫度宜高于原油凝點3℃~5℃;
2)采用改性處理輸送時,應(yīng)對改性后原油進(jìn)行管道輸送剪切失效和時效性模擬實驗分析。
2 輸送高黏低凝原油時,可采取加熱降黏或加劑降黏措施,并應(yīng)進(jìn)行加劑剪切失效實驗分析。
3.2.3 加熱輸送的原油管道應(yīng)符合下列規(guī)定:
1 加熱溫度應(yīng)從安全輸送和節(jié)約能源的角度優(yōu)選確定。
2 采用不保溫或保溫輸送方案時,應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟論證。宜選擇加保溫層方案,并確定保溫層結(jié)構(gòu)和厚度。
3 加熱站和泵站的設(shè)置應(yīng)綜合管道的熱力條件和水力條件優(yōu)化確定。
3.2.4 管道順序輸送多種原油時,應(yīng)符合本規(guī)范第3.3節(jié)、第6.4節(jié)中有關(guān)成品油順序輸送工藝的相關(guān)規(guī)定,并應(yīng)根據(jù)不同原油的物理性質(zhì)及其流變性確定輸送方案。
3.2.5 原油管道根據(jù)輸送原油的物性及輸送要求,可設(shè)反輸工藝。
3.2.6 管道內(nèi)輸送原油為牛頓流體時,其沿程摩阻損失應(yīng)按下列公式計算:
(3.2.6-1)
(3.2.6-2)
式中:h——計算管段的沿程摩阻損失(m);
λ——水力摩阻系數(shù),應(yīng)按本規(guī)范附錄D計算;
l——計算管段的長度(m);
d——管道內(nèi)直徑(m);
V——流體在管道內(nèi)的平均流速(m/s);
g——重力加速度(9.81m/s2);
qV——流體平均溫度下的體積流量(m3/s)。
3.2.7 輸油平均溫度應(yīng)按下式計算:
(3.2.7)
式中:tav——計算管段的輸油平均溫度(℃),常溫輸送的輸油管道,計算管段的輸油平均溫度取管中心埋深處的地溫;
t1——計算管段的起點油溫(℃);
t2——計算管段的終點油溫(℃)。
3.2.8 當(dāng)管道內(nèi)輸送原油為冪律流體時,其沿程摩阻損失應(yīng)按本規(guī)范附錄E的規(guī)定計算。
3.2.9 加熱輸送的輸油管道的沿線溫降應(yīng)按下列公式計算:
(3.2.9-1)
(3.2.9-2)
(3.2.9-3)
式中:t1——計算管段的起點油溫(℃);
t2——計算管段的終點油溫(℃);
t0——埋地管道中心處最冷月份平均地溫(℃);
l——計算管段長度(m);
i——流量為qm時的水力坡降(m/m),可近似取計算管段的平均水力坡降;
g——重力加速度(9.81m/s2);
C——輸油平均溫度下原油的比熱容[J/(kg·℃)];
K——總傳熱系數(shù)[W/(m2·℃)];
D——管道外直徑(m);
qm——油品質(zhì)量流量(kg/s)。
條文說明
3.2 原油管道輸送工藝
3.2.1 原油的物理性質(zhì)是確定原油輸送工藝的基礎(chǔ)參數(shù),設(shè)計時應(yīng)按本規(guī)范附錄B、附錄C要求測定的內(nèi)容,取得實測的原油物理性質(zhì)及其流變性數(shù)據(jù),才能進(jìn)行原油管道系統(tǒng)工藝設(shè)計。
3.2.2 按不同的原油性質(zhì),國內(nèi)原油輸送方式有常溫輸送、加熱輸送、加輕油稀釋輸送、加劑輸送、熱處理輸送、不同性質(zhì)的原油順序輸送、間歇輸送等。至于在某條管道中采用何種輸送方式需要通過技術(shù)經(jīng)濟比較,選擇最佳輸送方式。
1 通常情況下,對于凝點高于管道埋深處地溫的原油管道,首要應(yīng)考慮對原油進(jìn)行改性后輸送,目的是降低原油的凝點,減少工程投資和運營費用,如果無法改性或改性效果不明顯,則一般可考慮加熱輸送。管道沿線各點的最低輸送溫度高于凝點3℃~5℃,是根據(jù)多年工程經(jīng)驗總結(jié)出來的,在實際工程也取得了較好的效果。
對改性輸送的原油,過泵或減壓閥、管道及管件的剪切作用都可能造成凝點反彈上升,長時間儲存也可能造成凝點上升,因此采用改性處理輸送時,應(yīng)以模擬實驗的數(shù)據(jù)作為工藝輸送方案選擇的基礎(chǔ)。
2 對于高黏原油,也可以通過采取加熱降黏或加劑降黏等措施,獲得較好的輸送方案。
3.2.3 對于加熱輸送的埋地原油管道,是否需要對管道進(jìn)行保溫,應(yīng)經(jīng)熱力計算后,確定保溫及不保溫管道各自的站場分布,再對兩種方案的線路、站場的投資和運營費用綜合考慮后確定。
1 優(yōu)選加熱溫度時應(yīng)考慮下列因素:如原油為加熱后進(jìn)泵,則其加熱溫度不應(yīng)高于初餾點,以免影響泵的吸入;對于含蠟原油,當(dāng)溫度高于凝點30℃~40℃以上時,黏度隨溫度變化很小,溫度高熱損失大,故加熱溫度不宜過高;管道外的防腐層及保溫層能否適應(yīng)高溫;管道停輸后在安全停輸時間內(nèi)的溫降。因此,在進(jìn)行埋地輸油管道的熱力計算時,應(yīng)優(yōu)選加熱溫度。
2 隨著國家對節(jié)能、環(huán)保越來越重視以及施工技術(shù)的進(jìn)步,保溫加熱輸送方式在原油管道工程中的應(yīng)用也將越來越廣泛,特別對于高凝原油的輸送,其經(jīng)濟性更為突出,因此在設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮此方式。
3.2.4 為了滿足不同煉廠對原油加工的需求,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價,原油管道也提出順序輸送要求。原油的順序輸送工藝對混油量及混油處理要求較低,但是由于原油物性的復(fù)雜性,可能存在冷熱油順序輸送等特殊輸送工藝,應(yīng)對管道溫度場變化進(jìn)行模擬分析。
3.2.5 原油管道特別是加熱輸送的原油管道,為了避免原油管道由于油田產(chǎn)量不穩(wěn)定或較低時,提供的原油輸送量小于管道的最小安全輸量時,為保證管道的安全,可設(shè)置反輸流程。采用正反輸?shù)姆绞教岣吖艿垒斄浚诠に囉嬎銜r應(yīng)該進(jìn)行正反輸水力及熱力校核計算和模擬分析,保證在正反輸過程中管道內(nèi)的任意一點的原油溫度高于原油凝點3℃~5℃。
3.2.6 本條列出的沿程摩阻損失公式引自《輸油管道設(shè)計與管理》(楊筱蘅編著,中國石油大學(xué)出版社,2006)一書中的達(dá)西(Darcy-Weisbach)公式,式中的水力摩阻系數(shù)λ的計算式見本規(guī)范附錄D,當(dāng)2000<Re<3000范圍內(nèi)可按紊流光滑區(qū)計算。達(dá)西公式中的管道長度L是管道實測長度,未計入局部阻力當(dāng)量長度,在計算時可將沿程摩阻損失加上1%的局部摩阻損失。
管道水力摩阻系數(shù)取自(蘇)B.M.阿加普金、C·H·鮑里索夫、σ·л·克里沃舍因著的《管道計算手冊》一書。本規(guī)范編制組參考了眾多文獻(xiàn),與綜合性試驗資料進(jìn)行了比較,認(rèn)為采用本規(guī)范附錄D中的公式是合理的。
附錄D中:
3.2.8 當(dāng)被輸原油在管道中站間軸向油溫降至反常點以下,呈非牛頓體時,其沿程摩阻損失按附錄E中的公式計算。在生產(chǎn)實踐中證明,此公式計算結(jié)果比較切合實際。
關(guān)于冪律流體紊流摩擦因子(摩阻系數(shù))計算公式:
在國家圖書館、中科院圖書館可以查閱到的20世紀(jì)60年代以來出版的英文版《非牛頓流體力學(xué)》(陳文芳編著,科學(xué)出版社,1984)著作及教科書中,使用最多的冪律流體的圓管內(nèi)紊流流動的摩擦因子(摩阻系數(shù))計算公式,仍是Dodge-Metzner的半經(jīng)驗式(式1),而未見介紹Kemblowski-Kolodziejski公式。國內(nèi)出版的《非牛頓流體力學(xué)》及相關(guān)著作,也大多介紹Dodge-Metzner式。
所查閱的較權(quán)威的國外著作包括:
(1)美國海灣出版公司(Gulf Publication.Co.)出版的《流體力學(xué)大全》(Encyclopedia of Fluid Mechanics),其第七卷為《流變學(xué)與非牛頓流動》(Rheology and Non-Newtonian Flows),1988年出版;涉及非牛頓流體流動計算的第五卷《漿體流動技術(shù)》(Slurry Flow Technology),1986年出版。
(2)國際著名流變學(xué)家Boger教授所編的墨爾本大學(xué)教材《Rheology&Nonnewtonian Fluid Mechanics》,1983年出版。
3.2.9 公式(3.2.9-1)考慮了油流在沿管道流動過程中,由于摩擦阻力壓降轉(zhuǎn)化為摩擦熱而加熱了油流。


鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范
石油化工可燃?xì)怏w和有
