自流装车管路系统的工艺计算
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2 u1
式中 :τ为自流装车时间 , s ; Z1 为装车前罐内的液位 高度 ,m ; Z2 为装车后罐内的液位高度 ,m. 如果需要装车的油品体积为 V r , Z2 可按下式计 算:
Vr F
2g
+λ 1
2 l 1 u1
d1 2 g
2
+ Λ1
2 L 1 U1
D1 2 g
=
2 u2
2g
2
+λ 2
2 l 2 u2
30 m.
因各鹤管流速分别为 u1 , …, ui , …, u n , 其流量分 别为 q1 , …, qi , …, qn , 则可求得各段集油管的流速为
U1 =
4 q1 4 ( q1 + q2 ) , U2 = , πD2 πD2 1 2 4 ( q1 + q2 + …+ qi )
Ui =
πD2i
2 u1 2 l 1 u1 2 L 1 U1
( 4)
2g
+λ 1
d1 2 g
2
+ Λ1
D1 2 g
2
+ …+ Λi
Li U i + Di 2 g ( 1)
2
在自流装车系统的各管段直径 、 长度 、 鹤管数确 定后 , 输油管流量 Q0 与油罐内的液位高度 Z 的函数 关系可表达为
Q0 = f ( Z ) ( 5) F
3 自流装车时间的计算
根据上述给定的已知条件 , 运用已编制的自流装 车管路系统计算程序 ,计算某时刻油罐液位高度所对 应各根鹤管的流量值 ,计算结果如表 1 所示 ( 表 1 中鹤 管的序列号从集油管端部向中部方向排列) ,从表 1 可 看出 ,各鹤管的流量从集油管端部向中部方向可逐步 增大 , 计算表明同时操作的鹤管数越多 , 差别越大 。 鹤管总数为 20 ,第 10 根鹤管流量是第 1 根鹤管流量的 2 倍多 ,鹤管总数为 30 , 第 15 根鹤管流量是第 1 根鹤 ( 下转第 32 页) 管流量的 5 倍多 。
32
Pipeline Technique and Equipment 开停炉操作时工况的稳定 。
Oct12004
τ τ T1 ( C + lg 1 ) = T2 ( C + lg 2 ) , 对于碳素钢 ,C = 18 。设 该材质过热器炉管的额定运行温度为 510 ℃( 即 783 K) ,设计寿命为 2 × 105 h , 如运行温度为 570 ℃ 时 (超
1 引言
油库装车作业可通过自流 、 泵送或泵送 - 自流联 合方式来实现 ,有条件时 ,应尽量考虑自流装车 , 以节 约能源 。油品装车系统的工艺管路由输油管 、 集油管 和装卸油鹤管组成 , 它与单一管路不同 , 鹤管和集油 管的流量在不同的段路是不一样的 ,越靠近输油管的 段路流量越大 。在装车管路系统的工艺计算中 , 需要 考虑这一工艺特点 。根据自流装车系统的工艺特点 , 建立了自流装车管路系统水力计算和装车时间计算 的严格计算模型 , 讨论了此计算模型的数值解法 。应 用 VC ++ 610 高级语言编制了自流装车管路系统计算 程序 ,利用该程序对计算实例进行计算与分析 。自流 装车管路系统工艺计算的研究 ,不仅为油库自流装油 管路系统设计提供了一种快速手法 ,而且有利于指导 自流装油系统的运行管理 。 2 自流装车系统的数学模型及算法 为求得在罐内液位高度一定时各鹤管流量 , 需建
将式 ( 5) 代入式 ( 4) 积分得 τ=
ຫໍສະໝຸດ Baidu
∫
Z1
Z2
-
F dZ = Q0
∫- f ( Z) d Z
Z1
Z2
( 6)
如图 1 所示 , 从流体力学的基本方法可以得出 , 鹤 管 2 和集油管的交汇点 2 的能量 , 必然是供给流经鹤 管 2、 鹤管 1 及集油管 1 的流量的能量 , 在此点上两个 系统的摩阻和动能之和必须相等 , 即
收稿日期 :2004 - 03 - 02 收修改稿日期 :2004 - 06 - 28
立自流装车系统水力计算的数学模型 。如图 1 所示的 自流装车系统 , 设装车系统的位能为 Z + H0 , Z 为罐 内液位高度 , H0 为罐出口与装油鹤管出口之间的高 差 。qi , Qi , di , Di , l i , L i ,λ i , Λi 和 u i , U i 分别为第 i 根 鹤管和 i 段集油管的流量 、 管径 、 长度 、 摩阻系数和流 速 。Q0 , D0 , L 0 ,λ 管径 、 0 和 U0 分别为输油管的流量 、 管长 、 摩阻系数和流速 。
图1 自流装车系统
28
Pipeline Technique and Equipment 油品为 Fd Z , 它们必然相等 , 即 Q0 dτ= - Fd Z
Oct12004
第一根鹤管出口与油罐液面间的伯诺利方程为
( 罐内流速很小 , 忽略不计) [ 1 ] H0 + Z =
Process Calculation of Pipeline of Loading by Gravity System ZHU Cong1 ,L I Ji2
(1. Southwest Petroleum Institute ,Nanchong 637001 ,China ; 2. SINOPEC Souther Exploration & Production Company Engineering Partment ,Nanning 650200 ,China) Abstract :Made a acute model of hydraulic calculation and loading time calculation for loading by gravity system according to the process feature which is that the flow rates are different in different hoses of the system. Furthermore discussed the numerical calculation method and the basic reasoning of the hydraulic calculation of the system and then got the flow rates in collecting pipeline and the hose at a certain liquid level by using hypotenuse transversal method to solve the hydraulic calculation equations of the pipeline system. And got the loading time by Romberg numerical integral method. Finally ,programmed by VC ++ 610 to calculate the pipeline system for the loading by gravity system through which can have quick process design calculation and operating simulation calcuation. The calculaton in2 dicates that the more the hoses under operation are ,the bigger the flow rate difference of the different hoses is. Key Words :Loading by Gravity ;Pipeline ; Hose ;Flow Rate ;Loading Time ;Process Calculation
LnU n L 0 U0 …+ Λn + Λ0 Dn 2 g D0 2 g
式 ( 1) 涉及到多个变量 , 其中 λ i ,Λ i ,Λ 0 又是 ui , U i 和
U0 的函数 , 而 u i , U i 和 U0 存在一定关联式 , 要求解式 ( 1) 需要建立 ui , U i 和 U0 相互关联的方程式 。
2004 年 第5期
管 道 技 术 与 设 备
Pipeline Technique and Equipment
2004 No15
自流装车管路系统的工艺计算
朱 聪1 ,李 季2
( 1. 西南石油学院 ,四川 南充 637001 ;2. 中石化南方勘探开发分公司工程技术处 ,广西 南宁 650200)
摘要 : 根据自流装车管路系统中鹤管流量不同的工艺特点 ,建立了自流装车管路系统水力计算和 装车时间计算的严格模型 ,讨论了自流装车管路系统水力计算的数值求解方法和基本思路 , 应用弦截 法求解管路系统水力计算方程 ,求出在一定液位上集油管 、 鹤管段的流量 。采用龙贝格数值积分法求 解装车时间 ,应用 VC ++ 610 高级语言编制了自流装车管路系统计算程序 ,应用该程序可快速进行工艺 设计计算和模拟计算 。计算表明 : 操作的鹤管数越多 ,各鹤管的流量差别就越大 。 关键词 : 自流装车 ; 管路 ; 鹤管 ; 流量 ; 装车时间 ; 工艺计算 中图分类号 : TE832 文献标识码 :B 文章编号 :1004 - 9614 ( 2004) 05 - 0027 - 02
8 ( q1 + q2 + qi + …+ qn )
输油管的流速为 U0 =
πD2 0 设计自流装车管路系统时 , 一般可先假设鹤管和集
油管的直径和长度。这样在式 (2) 中 , 若知道 u1 就能求 出 u2 , 由式 ( 3) 类推下去 , 便可求出 ui 直到 u n , 同时也 求出了 U1 , …, Ui , …, Un 和 U0 . 因此 , 鹤管、 集油管和输 油管的直径和长度确定后 , 对于油罐内的液位高度 Z , 式 (1) 成为关于 u1 的一元非线性方程 , 可运用弦截法求 解式 (1) , 可得出某时刻一定油罐液位高度 Z 对应的第 一根鹤管流速 u1 , 再由式 ( 3) 求得其余鹤管的流速 , 从 而计算出各段集油管及输油管的流速和流量。
在设计自流装车管路系统时 , 必须满足装车时间 的要求 。即在一定的位差 ( H0 + Z ) 下 , 所选装油系统 的管径必须满足预定的流量 。由于油罐的液位高度 的变化 , 油品装车时间是油品液位高度的函数 。设油 罐的横截面积为 F , 输油管流量为 Q0 , 在 dτ 时间内 , 流向油罐车的油品为 Q0 dτ, 油罐液位下降为 d Z , 流出
d2 2 g
2
( 2)
Z2 = Z1 -
( 7)
以此类推
ui - 1 li - 1 u i - 1 Li - 1 U i - 1 ui li u i +λ + Λi - 1 = +λ i- 1 i 2g di - 1 2 g Di - 1 2 g 2g di 2 g ( 3)
2 2
由于式 ( 5) 无法用解析式表达 , 式 ( 6) 可采用龙贝 格 ( Romberg) 数值积分法计算自流装车时间τ. 根据上述计算的基本思路 , 按结构化 、 模块化 、 层 次化的程序开发原则 , 应用 VC ++ 610 高级语言编制 了自流装车管路系统计算程序 ,其程序主要完成在给 定的位能情况下鹤管 、 集油管和输油管流量计算 , 在 给定发油量的条件下自流装车时间计算 ,能够应用于 油库油品自流装车管路系统的设计和运行管理 。 4 计算实例及分析 某油库的自流装车管路系统 ,如图 2 所示 ,装油管 设置在集油管中部 , 且两侧鹤管同时装油 , 两侧鹤管 对称布置 。油库油料为车用汽油 , 操作条件下车用汽 油的黏度为 016 × 10 - 6 m2 / s , 鹤管为 Φ108 mm × 4 mm 的钢管 ,鹤管计算长度为 25 m ,鹤管间距为1215 m ,集 油管为 Φ219 mm × 6 mm , 输油管为 Φ159 mm × 5 mm , 输油管计算长度为1 500 m , 油库库容为 3 × 104 m3 , 单 个罐的容量为 3 000 m3 , 油罐内径为 116 m , 罐壁高度 为 15185 m ,罐出油口与装油鹤管出口之间的高差为
式中 :τ为自流装车时间 , s ; Z1 为装车前罐内的液位 高度 ,m ; Z2 为装车后罐内的液位高度 ,m. 如果需要装车的油品体积为 V r , Z2 可按下式计 算:
Vr F
2g
+λ 1
2 l 1 u1
d1 2 g
2
+ Λ1
2 L 1 U1
D1 2 g
=
2 u2
2g
2
+λ 2
2 l 2 u2
30 m.
因各鹤管流速分别为 u1 , …, ui , …, u n , 其流量分 别为 q1 , …, qi , …, qn , 则可求得各段集油管的流速为
U1 =
4 q1 4 ( q1 + q2 ) , U2 = , πD2 πD2 1 2 4 ( q1 + q2 + …+ qi )
Ui =
πD2i
2 u1 2 l 1 u1 2 L 1 U1
( 4)
2g
+λ 1
d1 2 g
2
+ Λ1
D1 2 g
2
+ …+ Λi
Li U i + Di 2 g ( 1)
2
在自流装车系统的各管段直径 、 长度 、 鹤管数确 定后 , 输油管流量 Q0 与油罐内的液位高度 Z 的函数 关系可表达为
Q0 = f ( Z ) ( 5) F
3 自流装车时间的计算
根据上述给定的已知条件 , 运用已编制的自流装 车管路系统计算程序 ,计算某时刻油罐液位高度所对 应各根鹤管的流量值 ,计算结果如表 1 所示 ( 表 1 中鹤 管的序列号从集油管端部向中部方向排列) ,从表 1 可 看出 ,各鹤管的流量从集油管端部向中部方向可逐步 增大 , 计算表明同时操作的鹤管数越多 , 差别越大 。 鹤管总数为 20 ,第 10 根鹤管流量是第 1 根鹤管流量的 2 倍多 ,鹤管总数为 30 , 第 15 根鹤管流量是第 1 根鹤 ( 下转第 32 页) 管流量的 5 倍多 。
32
Pipeline Technique and Equipment 开停炉操作时工况的稳定 。
Oct12004
τ τ T1 ( C + lg 1 ) = T2 ( C + lg 2 ) , 对于碳素钢 ,C = 18 。设 该材质过热器炉管的额定运行温度为 510 ℃( 即 783 K) ,设计寿命为 2 × 105 h , 如运行温度为 570 ℃ 时 (超
1 引言
油库装车作业可通过自流 、 泵送或泵送 - 自流联 合方式来实现 ,有条件时 ,应尽量考虑自流装车 , 以节 约能源 。油品装车系统的工艺管路由输油管 、 集油管 和装卸油鹤管组成 , 它与单一管路不同 , 鹤管和集油 管的流量在不同的段路是不一样的 ,越靠近输油管的 段路流量越大 。在装车管路系统的工艺计算中 , 需要 考虑这一工艺特点 。根据自流装车系统的工艺特点 , 建立了自流装车管路系统水力计算和装车时间计算 的严格计算模型 , 讨论了此计算模型的数值解法 。应 用 VC ++ 610 高级语言编制了自流装车管路系统计算 程序 ,利用该程序对计算实例进行计算与分析 。自流 装车管路系统工艺计算的研究 ,不仅为油库自流装油 管路系统设计提供了一种快速手法 ,而且有利于指导 自流装油系统的运行管理 。 2 自流装车系统的数学模型及算法 为求得在罐内液位高度一定时各鹤管流量 , 需建
将式 ( 5) 代入式 ( 4) 积分得 τ=
ຫໍສະໝຸດ Baidu
∫
Z1
Z2
-
F dZ = Q0
∫- f ( Z) d Z
Z1
Z2
( 6)
如图 1 所示 , 从流体力学的基本方法可以得出 , 鹤 管 2 和集油管的交汇点 2 的能量 , 必然是供给流经鹤 管 2、 鹤管 1 及集油管 1 的流量的能量 , 在此点上两个 系统的摩阻和动能之和必须相等 , 即
收稿日期 :2004 - 03 - 02 收修改稿日期 :2004 - 06 - 28
立自流装车系统水力计算的数学模型 。如图 1 所示的 自流装车系统 , 设装车系统的位能为 Z + H0 , Z 为罐 内液位高度 , H0 为罐出口与装油鹤管出口之间的高 差 。qi , Qi , di , Di , l i , L i ,λ i , Λi 和 u i , U i 分别为第 i 根 鹤管和 i 段集油管的流量 、 管径 、 长度 、 摩阻系数和流 速 。Q0 , D0 , L 0 ,λ 管径 、 0 和 U0 分别为输油管的流量 、 管长 、 摩阻系数和流速 。
图1 自流装车系统
28
Pipeline Technique and Equipment 油品为 Fd Z , 它们必然相等 , 即 Q0 dτ= - Fd Z
Oct12004
第一根鹤管出口与油罐液面间的伯诺利方程为
( 罐内流速很小 , 忽略不计) [ 1 ] H0 + Z =
Process Calculation of Pipeline of Loading by Gravity System ZHU Cong1 ,L I Ji2
(1. Southwest Petroleum Institute ,Nanchong 637001 ,China ; 2. SINOPEC Souther Exploration & Production Company Engineering Partment ,Nanning 650200 ,China) Abstract :Made a acute model of hydraulic calculation and loading time calculation for loading by gravity system according to the process feature which is that the flow rates are different in different hoses of the system. Furthermore discussed the numerical calculation method and the basic reasoning of the hydraulic calculation of the system and then got the flow rates in collecting pipeline and the hose at a certain liquid level by using hypotenuse transversal method to solve the hydraulic calculation equations of the pipeline system. And got the loading time by Romberg numerical integral method. Finally ,programmed by VC ++ 610 to calculate the pipeline system for the loading by gravity system through which can have quick process design calculation and operating simulation calcuation. The calculaton in2 dicates that the more the hoses under operation are ,the bigger the flow rate difference of the different hoses is. Key Words :Loading by Gravity ;Pipeline ; Hose ;Flow Rate ;Loading Time ;Process Calculation
LnU n L 0 U0 …+ Λn + Λ0 Dn 2 g D0 2 g
式 ( 1) 涉及到多个变量 , 其中 λ i ,Λ i ,Λ 0 又是 ui , U i 和
U0 的函数 , 而 u i , U i 和 U0 存在一定关联式 , 要求解式 ( 1) 需要建立 ui , U i 和 U0 相互关联的方程式 。
2004 年 第5期
管 道 技 术 与 设 备
Pipeline Technique and Equipment
2004 No15
自流装车管路系统的工艺计算
朱 聪1 ,李 季2
( 1. 西南石油学院 ,四川 南充 637001 ;2. 中石化南方勘探开发分公司工程技术处 ,广西 南宁 650200)
摘要 : 根据自流装车管路系统中鹤管流量不同的工艺特点 ,建立了自流装车管路系统水力计算和 装车时间计算的严格模型 ,讨论了自流装车管路系统水力计算的数值求解方法和基本思路 , 应用弦截 法求解管路系统水力计算方程 ,求出在一定液位上集油管 、 鹤管段的流量 。采用龙贝格数值积分法求 解装车时间 ,应用 VC ++ 610 高级语言编制了自流装车管路系统计算程序 ,应用该程序可快速进行工艺 设计计算和模拟计算 。计算表明 : 操作的鹤管数越多 ,各鹤管的流量差别就越大 。 关键词 : 自流装车 ; 管路 ; 鹤管 ; 流量 ; 装车时间 ; 工艺计算 中图分类号 : TE832 文献标识码 :B 文章编号 :1004 - 9614 ( 2004) 05 - 0027 - 02
8 ( q1 + q2 + qi + …+ qn )
输油管的流速为 U0 =
πD2 0 设计自流装车管路系统时 , 一般可先假设鹤管和集
油管的直径和长度。这样在式 (2) 中 , 若知道 u1 就能求 出 u2 , 由式 ( 3) 类推下去 , 便可求出 ui 直到 u n , 同时也 求出了 U1 , …, Ui , …, Un 和 U0 . 因此 , 鹤管、 集油管和输 油管的直径和长度确定后 , 对于油罐内的液位高度 Z , 式 (1) 成为关于 u1 的一元非线性方程 , 可运用弦截法求 解式 (1) , 可得出某时刻一定油罐液位高度 Z 对应的第 一根鹤管流速 u1 , 再由式 ( 3) 求得其余鹤管的流速 , 从 而计算出各段集油管及输油管的流速和流量。
在设计自流装车管路系统时 , 必须满足装车时间 的要求 。即在一定的位差 ( H0 + Z ) 下 , 所选装油系统 的管径必须满足预定的流量 。由于油罐的液位高度 的变化 , 油品装车时间是油品液位高度的函数 。设油 罐的横截面积为 F , 输油管流量为 Q0 , 在 dτ 时间内 , 流向油罐车的油品为 Q0 dτ, 油罐液位下降为 d Z , 流出
d2 2 g
2
( 2)
Z2 = Z1 -
( 7)
以此类推
ui - 1 li - 1 u i - 1 Li - 1 U i - 1 ui li u i +λ + Λi - 1 = +λ i- 1 i 2g di - 1 2 g Di - 1 2 g 2g di 2 g ( 3)
2 2
由于式 ( 5) 无法用解析式表达 , 式 ( 6) 可采用龙贝 格 ( Romberg) 数值积分法计算自流装车时间τ. 根据上述计算的基本思路 , 按结构化 、 模块化 、 层 次化的程序开发原则 , 应用 VC ++ 610 高级语言编制 了自流装车管路系统计算程序 ,其程序主要完成在给 定的位能情况下鹤管 、 集油管和输油管流量计算 , 在 给定发油量的条件下自流装车时间计算 ,能够应用于 油库油品自流装车管路系统的设计和运行管理 。 4 计算实例及分析 某油库的自流装车管路系统 ,如图 2 所示 ,装油管 设置在集油管中部 , 且两侧鹤管同时装油 , 两侧鹤管 对称布置 。油库油料为车用汽油 , 操作条件下车用汽 油的黏度为 016 × 10 - 6 m2 / s , 鹤管为 Φ108 mm × 4 mm 的钢管 ,鹤管计算长度为 25 m ,鹤管间距为1215 m ,集 油管为 Φ219 mm × 6 mm , 输油管为 Φ159 mm × 5 mm , 输油管计算长度为1 500 m , 油库库容为 3 × 104 m3 , 单 个罐的容量为 3 000 m3 , 油罐内径为 116 m , 罐壁高度 为 15185 m ,罐出油口与装油鹤管出口之间的高差为