油库设计与管理——教学基本要求

《油库设计与管理》课程教学基本要求
编者：XXX
《例题与习题》
第一章油库概述
一、复习思考题
1．油库的定义及其任务是什么?
2．从管理体制，储油方式，运输方式三个方面将油库分为哪几种类型?它们各自的特点和业务性质有什么不同?
3．油库为什么要分级和分区?具体是怎样划分的?
4．油库容量是怎样确定的?选用油罐时应该注意些什么?
5．什么叫周转系效?
6．什么叫油罐的利用系数，名义容量，储存容量，作业容量?
二、习题
1．巳知某分配油库各种油晶的计划年销量如表一所示．试确定该油库散装油品容量和各油品所需的油罐规格及个数。

假设溶剂汽油，车用汽油，煤油、轻柴油取周转系数K=8，油罐利用系数习η=0.95；变压器油，机械油，汽油机油、柴油机油取K=4，η=0.85。

(提示：油罐选用可参考教材中拱顶油罐系列)。

第二章油品储运系统工艺设计与管理
一、复习思考题
1. 轻油装卸系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么、有哪些设备?
2．粘油装卸系统与轻油装卸系统有什么不同?
3．铁路油罐车装卸方法有哪几种?各有什么特点?适用于什么情况下?
4. 布置铁路装卸作业线有哪些要求?
5．铁路作业线长度如何计算?
6．铁路装卸油系统中，鹤管与集油管的连接方式有哪几种?输油管与集油管怎样连接?真空管与鹤管、输油管怎样连接?
7．铁路车位数怎样确定?
8．铁路装卸油鹤管数的确定，除了与车位数有关外，是否还与鹤管布置方式有关?
9．公路发油设施有哪些?发油台有哪几种型式?
10．简述汽车油罐车灌装的方法及流程．
11. 公路发油鹤管数如何确定?
12．什么叫油轮，油驳?
13．油码头的种类有哪些?
14．简述建造油码头的港湾或河域必须满足哪些条件?
15．什么叫油库的工艺流程及工艺流程图?
16．对于油库的工艺流程应满足什么样的要求?
17．库区管网有哪几种布置方式? 各有何特点?其中最常用的布置方式是什么?
18．油品为什么要进行分组? 分组的主要原则是什么?
19．油库中经常用什么方法确定输油管线的直径?
20．油库中常用的泵有哪几种? 各自的特点是什么?
21．离心泵的选用一般要经过哪几个步骤?
22．什么是离心泵的汽蚀?
23．离心泵不发生汽蚀的条件是什么?
24．如何根据泵样本上提供的泵的允许汽蚀余量或允许吸上真空度来确定油库泵房中泵的安装高度?泵性能参数的换算问题应怎样考虑?
25．怎样为泵选配原动机?
26．怎样用图解法确定管路系统的工作点?
27．图解法中如何碗定泵的流量、扬程?如何确定泵的排出口处的压力、泵的吸入口处的吸上真空度?如何确定各管段的流量?
28．上卸系统中，吸入管路上某点的剩余压力的物理意义是什么?
29．简述铁路上卸系统中汽阻的概念。

30．什么叫真空——剩余压力图?它是怎样绘制出来的?各条线所代表的物理意义是什么?利用真空——剩余压力图如何校核卸油管路是否会发生汽阻?如何判断泵是否会发生汽蚀? 31．克服汽阻、汽蚀的措施有哪些?
二、习题
1．巳知某一中转兼分配军用油库，该库经营的油品种类有航空汽油、航空煤油、车用汽油和轻柴油四种，其收发方式以铁路收发为主。

全部油品由铁路罐车散装运入，除部分油品从公路整装发出外，大部分油品仍由铁路散装发出。

各种油品年销量见表二。

铁路运输的收发不均匀系数取3，铁路干线上机车最大牵引定数为3400 吨。

试确定装卸油设施并进行布置(包括铁路装卸车位数，铁路作业线股数，长度，各种油品的鹤管数和鹤管布置方式)．
2．某油库经营的轻油品种、年销量和油品粘度见表三。

每年的工作日为360天，每天按平均工作8小时计；该地最高月平均温度为27℃，最低月平均温度为-15℃．试确定各种油品的吸入管和排出管的管径．(提示：油品的收发波动系数取3，计算后应选用标准系列管径．)
表三
油品名称 年销量 密度 油 品 粘 度 10-6m 2／s t/年 t/m 3 -20℃ -10℃ 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 车用汽油 34000 0.74 1.30 1.05 0.95 0.88 0.80 0.75 航空汽袖 91000 0.78 3.00 2.15 1.92 1.62 1.40 1.22 农用柴油
21000
0.84
23
14
9.4
6.8
5.0
3.9
3．某油库为了接卸车用汽油共设置可拆装式鹤管5座和150y-150离心泵一台，管路纵断面如图1所示．
巳知泵和管路配合工作时泵的流量为216m 3/h ，允许气蚀余量为4.8m 液柱，当地大气压为690毫米汞柱，七月份平均最高温度32℃(全年最高温度)，油品密度为0.73t/m 3，集油管为φ273×7mm ，计算长度160m ，输油管为φ219×4，计算长度为90m ，鹤管为φ108×4，计算长度L ab =10.1m ，L bc ＝2.9m ，L cd =26.9m ．温度为32℃时，车用汽油的饱和蒸气压为403mmHg ，管路的绝对粗糙度按e=0.15mm 考虑。

试校核卸油管路是否会发生气阻断流现象，泵是否会气蚀，并回答在设计上、操作上怎样做可克服气阻、气蚀问题。

(提示：按同时工作的鹤管数为2、3、4三种情况分别计算和校枝，采用方格纸画真空——剩余压力图)
4．如图2所示，罐1、2、3中液面与泵轴线的位差为△Z 1、△Z 2、△Z 3，试用图解法求管1、2、3、4的流量Q 1、Q 2、Q 3和Q 4；求泵的流量Q 和扬程H(提示：作图时，泵及管路特性曲线定性作出，然后进行迭加求解。

)
5．如图3所示，单泵单管工作，用图解法确定系统的工作点，并求出泵的出口压力及入口处真空度．
图1
图2
图3
6．如图4所示，在卸车时同时将放空罐中的油抽走．用图解法求出工作点，确定泵的流量、扬程、泵的吸入真空度、各管路的流量．
图4
7．两台相同规格的泵并联工作，流程如图5所示，管2与管3的特性曲线不相同．用图解法求出该系统的工作点，确定各泵的流量和扬程，以及各管路的流量．
(提示：对于并联工作的情况，应先作出泵特性曲线、与泵相串接的管路特性曲线这两条曲线串联相减的总特性曲线；(H泵-H管)，然后才能进行并联迭加．本题中先作出(H泵2-H管2)、(H泵3-H管3)，然后作它们的并联迭加曲线．)
图5
三、例题
1．根据计算某油库各种油品一次到库的最大油罐车数为：车用汽油10辆、轻柴油8辆、灯用煤油4辆，试确定鹤管布置方式及鹤管数．
[解] 鹤管的布置方式可以采取多种方案，这主要受到车位数、地形条件、几种油晶是否可共用鹤管等因素的影响，鹤管数的确定不仅与车位数有关，也取决于鹤管如何布置。

本题中油罐车总数(即车位数)为22辆，超过了12辆，故拟设双股铁路作业线，布置方案如下：
方案一，鹤管间距为12.5m ；专用单鹤管。

如图6，将10辆车用汽油、8辆轻柴油、4辆灯用煤油油罐车分别布置在两股铁路作业线上，每股作业线上，自外向里(自左向右)依次为5辆车用汽油罐车、4辆轻柴油和2辆灯用煤油罐车。

在两股作业线中间，以间距为12.5m 布置车用汽油鹤管5根、轻柴油鹤管4根、灯用煤油鹤管2根。

共需鹤管11根。

方案二：鹤管间距为6.25m ；专用单鹤管。

如图7，将10辆车用汽油油罐车停放在其中一股作业线上，将8辆轻柴，4辆灯用煤油油罐车停放在另一股作业线上。

罐车停放时，两股作业线上的油罐车分别对准各自的鹤管。

在两股作业线中间，以间距为6.25m ，按不同油品相间布置鹤管，其中车用汽油鹤管10根，轻柴油鹤管8根，灯用煤油鹤管4根，共需鹤管22根
图6、图7中符号意义： ——警冲标；
×——车用汽油鹤管； △——轻柴油鹤管； ○——灯用煤油鹤管。

关于鹤管的布置及鹤管数确定，还可以考虑其它方案，比如采用两用单鹤管式(轻柴油、灯用煤油共用鹤管等)，这里就不一一赘述了．在实际设计工作中应根据具体条件(比如投资，地形、作业要求等)选定最佳方案．
2.已知当地大气压力为10米水柱，夏季油罐车卸油操作最高油温为39℃，该温度下汽油的饱和蒸气压为6.9米水柱，查泵样本得知泵输送清水时的允许吸入真空度H xsh =6米。

经过计算得知：吸入管的流速为1.54米/秒，吸入段各部分摩阻损失为h 输吸=0.61米油柱，h 集=1.12米油柱,h 鹤=1.43米油柱，泵入口至底座的高度为0.31米，泵基础高度为0.15米．试求在保证泵不产生气蚀的情况下泵房内地坪标高为多少米?(油品密度为720公斤/米3，铁路轨顶标高为526米，轨顶至油罐车最低液面高差为1.1米。

)
[解] 汽油的粘度小于5×10-5m 2/s ，可用下式将泵样本上提供的允许吸入真空度H xsh 换算到实际输油状况下的允许吸入真空度H xy ：
10--+
=g
P P H H y y
a xsh xy ρ
图6
图7
)(3.0108
.97208
.91000)9.610(6米油柱=-⨯⨯⨯-+
=xy H
为了保证泵不发生汽蚀，泵的允许最大安装高度(泵入口至吸入液面间的高差)为：
g
V h H Z f xy
22
1--=∆
98.28
.9254.1)43.112.161.0(3.02
-=⨯-++-=∆Z (m)
在卸油时，油罐车液面、储油罐液面均为最低液位时的工况是泵的吸入最危险工况，即泵最易发生汽蚀。

因此确定泵的标高应以吸入掖面，即油罐车液面，最低液位为基准。

由上述计算可知，该泵的入口应在油罐车最低掖面下2.98米处。

则泵房地坪标高为：
Z=(526+1.1)-2.98-0.31-0.14=523.66(m)
3．如图8所示，泵从两辆油罐车卸油，输往两座储油罐：用图解法确定泵及管路的流量、泵的扬程、出口压力、吸入口处真空度。

[解] 这里泵特性曲线及管路特性曲线定性作出。

（注意：对于实际的问题，泵特性曲线及管路特性曲线均应据相应的特性方程选取若干个流量点计算、描点得到。

）
图8
图9
图解步骤：
(1) 作出以流量Q为横轴、扬程(能头)H为纵轴的直角坐标系；
(2) 作出泵特性曲线H p；
(3) 作出各管段的特性曲线1、2、3、4；管路特性曲线的起点位于纵轴上(流量为零)，起点在纵轴上的纵坐标为各管段终点标高减去管段起始点处的标高所得的差值，差值为正则管路特性曲线起点在横轴以上，差值为负则管路持性曲线起点在横轴以下；
(4)作出两辆油罐车接卸管路1的特性曲线的并联相加的曲线(1+1)∥。

(注：图中用“∥”表示并联迭加，“⊥”表示串联迭加。

)；
(5)作(1+1)∥与2的串联相加曲线[(1+1)∥+2]⊥；
(6)作3与4的并联相加的曲线(3+4)∥；
(7)作[(1+1)∥+2]⊥与(3+4)∥串联相加的总特性曲线{[(1+1)∥+2]⊥+(3+4)∥}⊥，它与泵特性曲线
H p的交点为工作点W；
(8)交点W在泵特性曲线上，则作垂线与横轴的交点为泵的流量Q，作水平线与纵轴的交点为泵的扬程H p；
(9)从交点W开始按照与管路特性曲线迭加相反的顺序逐步求解各管段的流量。

从W向下作垂线交[(1+1)∥+2]⊥线于A点、交(3+4)∥线于B点。

由A点作垂线交(1+1)∥于C点、交线2于D 点；由C点作水平线交线1于E点，从E点作垂线交于横轴，得管1流量Q1；从D点作垂线交于横轴得到管2的流量Q2，Q2与Q相等；由B点作水平线交线3、4于F、G点，分别由F、G 作垂线与横轴的交点即为管3、管4的流量Q3、Q4。

(10)泵出口压头H d为B点到横轴的距离，泵入口处吸入真空度H s为A点到横轴的距离。

4．如图10所示，两泵并联工作，泵1比泵2在相同流量下有更高的扬程，油罐中液面与泵轴线的位差分别为△Z1、△Z2。

用图解法求泵1、泵2的扬程H p1、H p2和管1、2、3、4中的流量Q1、Q2、Q3、Q4。

图10
[解] 对于这种泵与管线串接后再并联在一起工作的系统，或并联部分为一条管道中有泵，另一条为单纯的管道这样的系统，图解法中一般不能直接将泵的特性曲线并联相加，也不能直接将管路特性曲线相并联迭加，而是应当先求出泵与管特性曲线串联相减的迭加曲线，然后再进行并联迭加．
本题的图解结果如图12示：
图11
图解步骤：
(1)作H—Q直角坐标系，及泵1，泵2特性曲线H p1、H p2和管路特性曲线1、2、3、4；
(2)作出泵与串接的管段串联相减的迭加曲线(H p1-1)⊥和(H p2-2)⊥；
(3)作(H p1-1)⊥与(H p2-2)⊥并联相加的迭加曲线[(H p1-1)⊥+(H p2-2)⊥)∥，以及线3与4串联相加的迭加曲线(3+4)⊥；这两条曲线的交点W为工作点。

(4)由W向相下作垂线交3、4两条曲线于A和B，从A和B向横轴作垂线与横轴的交点即为管3、管4的流量Q3、Q4。

(实际上，由于W在曲线(3+4)⊥上，该曲线为3与4串联相加得到的曲线上，Q3和Q4可直接由W作垂线得出。

上述步骤可帮助学员从概念上进行理解。

)
(5)由W作水平线(因W在并联迭加曲线[(H p1-1)⊥+(H p2-2)⊥]∥上)交(H p1-1)⊥曲线于C点、交
(H p2-2)⊥曲线于D点。

过C、D作垂线得到与1、2曲线的交点及与横轴的交点，得到管1，管2的流量Q1、Q2(也是泵1、泵2的流量)；过C、D所作的垂线交H p1及H p2曲线于E、F，从E、F作水平线与纵轴相交，分别得到泵1的扬程H p1、泵2的扬程H p2。

5．如图12示，若油罐车底部至鹤管最高点C—C断面处的计算长度为38.5m(包括鹤管的几何高度4.2米及鹤管带滤网底阀和弯头的当量长度)。

卸油时车用汽油的操作温度为40℃，该温度下其饱和蒸气压为7米水柱，汽油的密度为730公斤／米3。

鹤管内径为100毫米，流量Q=50米3／时，鹤管的水力坡降i=0.037，当地大气压Ha=10米水柱。

试确定在卸油过程中是否会发生气阻。

[解] 对于气阻问题的校核，可以采用作真空——剩余压力图的办法进行校核。

学员可自己进行练习。

这里采用计算方法来校核，目的是加深学员对气阻概念的理解。

在上卸系统中最易发生气阻的点是鹤管的最高点C 断面，而最不利的工况是油罐车液位最低时的工况。

因此，我们只要校核在最不利工况下的鹤管最高点处是否发生气阻即可。

卸油过程中不发生气阻的条件是在最不利工况下的鹤管最高点处的剩余压力P csh 大于输送温度下油品饱和蒸气压力P y ，即要求：
P csh ≥P y
下面开始计算校核：
(1) 卸油时鹤管中的流速V ：
77.13600
1.014.3504422=⨯⨯⨯==d Q V π(m/s)
(2) 最不利工况下(即罐车内液位在罐底部时)鹤管起点至C 断间处的总摩阻损失h ：
h=i ×L 计
=0.037×38.5=1.42(m)
(3) C 断面处的剩余压力P csh
由流体力学中的伯努利方程可得到C 处的压力．
从罐车最低液面(即罐车底部)到C 处列伯努利方程：
h Z g
V g P g P y csh y a +∆++=22
ρρ 即：h Z g V H H csh
a +∆++=22 得出：)2(2h Z g
V H H a csh +∆+-= 式中：H csh ——鹤管最高点C 处的剩余压头，米油柱；
Ha ——当地大气压头，米油柱；
△Z ——鹤管最高点到罐车底部的高差，由图中可知△Z=4.2m
其它符号意义同上．
代入数据得：
92.7)42.12.48
.9277.1(73.0102=++⨯-=csh
H (m) 图12
(4) 操作温度下油品的饱和蒸气压为：
59.973
.07===g P H y y
y ρ(m) (5) 判断是否发生气阻：
由上面的计算可见有：H csh <Hy ，即卸油时会发生汽阻。

第三章 油品加热与热力管道设计
一、复习思考题
1．油库中油晶加热的目的有哪几个方面?
2．油品加热的方法有哪几种?各有什么优缺点?目前我国油品加热广泛采用的是什么加热方法?
3．油品加热起始温度、终了温度及油罐周围介质温度是如何确定的?
4．什么叫全面加热器?什么叫局部加热器?什么叫分段式加热器?什么叫蛇管式加热器?
5．在管式全面加热器的设计计算中涉及到哪些放热计算?在求解换热系数等时，采用的定性温度，定性尺寸是什么?
6．油库中输油管路的伴随加热有哪两种形式?各有什么特点?
7．蒸汽外伴随管的敷设有什么要求?
8．蒸汽伴随加热中，常采用多高压力的水蒸气作为热源?
9．蒸汽伴随管的分段长度怎样计算?
10．油库中蒸汽管道的直径，压降，热损失是怎样计算确定的?
11．疏水阀是一种什么设备?它一般安装在什么地方?
12．疏水阀的作用是什么?
13．疏水阀有哪几种类型?它们各自的工作原理，优缺点，适用条件是什么?
14．疏水阀的主要性能指标有哪些?
15．如何选用疏水阀?
16．疏水阀在安装上有哪些要求?
二、例题
注：本章的例题可参阅教材《油库设计与管理》（石油大学出版社，1991年12月第1版）第四章中例题4—2。

主要了解计算的过程，定性参数是哪些。

第四章 油品的蒸发损耗及降耗措施
一、复习思考题
1．用物理学上的分子运动阐述油品蒸发损耗的物理过程．
2．影响蒸发速度的因素有哪些?
3．蒸发损耗的类型有哪几种?这几种损耗是怎样造成的?
4．计算油品蒸发损耗的基本公式是什么?公式中各参数的物理意义是什么?
5．怎样利用蒸发损耗基本公式来计算“小呼吸”，“大呼吸”损耗量?并分析损耗量的影响因素?
6．降低蒸发损耗的措施有哪些?简述各种降耗措施的降耗原理．
第五章 油库安全技术
一、复习思考题
1．油库火灾和爆炸的原因有哪些?
2．石油产品的燃烧、爆炸特性一般用什么指标来衡量?
3．爆炸极限的含义是什么?
4．当油蒸气浓度超过爆炸上限时是不是就不存在爆炸的危险性了?为什么?
5．燃烧的三个必要条件(或称燃烧的三要素)是什么?
6．灭火的原理是什么?有哪些灭火方法?
7．燃烧速度的概念是什么?影响燃烧速度的主要因素有哪些?
8．油罐火灾的热辐射特性如何?为什么说油罐低液位火灾时不利于消防人员进行灭火工作? 9．简述沸溢的概念．
10．油罐火灾中，发生沸溢的条件是什么?
11．空气泡沫(或称空气机械泡沫)灭火的机理是什么?
12．空气泡沫是怎样配制产生的?
13．根据灭火设备的设置情况，空气泡沫灭火系统可分为哪三种形式?各有哪些主要设备?各自的优缺点是什么?
14.空气泡沫灭火系统设计的基本参数有哪些?是怎样确定的?
15．雷电有哪三种类型?其中哪种雷电危害最大?
16．雷电的直接危害和间接危害指的是什么?
17．防止直接雷击和感应霄击有哪些措施?
18．防雷装置有哪些?油库中常用的是什么防雷装置?
19．避雷针的结构有哪几部分?它们各自的功能是什么?
20．穿越概率的概念是怎样的?何谓避雷针的保护范围?
21. 处于避雷针保护范围内的物体是不是可以保证一定不遭受雷击?为什么?
22．如何用公式和作图来确定单支避雷针的保护范围?
23．避雷针接地电阻为什么不能过大、不能过小?
24．按照《石油库设计规范》(GBJ74—84)的规定，接地电阻不宜大于多少欧姆?
25．如何计算垂直、水平、复合接地体的接地电阻?
26．对于油罐可采用什么样的防雷措施?
27．液体产生静电的主要原因是什么?
28。

油品的起电方式有哪些?
29．影响油品带电量的因素有哪些?
30．静电放电的类型有哪几种?其中哪一种放电的危险性最大?
31．由于静电放电而引起爆炸和火灾，必须具备哪四个必要条件?
32．防止静电事故的措施有哪些?
二、习题
1．如图13所示，某罐区有油罐5座，其中5000m3柴油罐2座，2000m3汽油罐3座，若采用低倍数固定式空气泡沫灭火系统进行消防，试确定：
(1) 选定泡沫产生器和泡沫比例混合器的型号及个数；
(2) 计算扑灭油罐火焰所需的泡沫液量；
(3) 计算消防用水总耗量。

(提示：泡沫产生器的型号可根据教材中表8-26选择，泡沫比例混合器的型号可根据教中表8-23选择。

)
图13
2．已知某10000m3立式拱顶油罐的顶圈直径为29.288m，罐壁的顶端距地面15.84m，拱顶中心距地面19.769m，罐顶周围设有栏杆，栏杆高出壁顶1.2m，呼吸阀安装在罐顶中心，并高出罐顶中心lm．
要求为此罐安装避雷针(确定避雷针的根数、高度和避雷针的布置方式)．。