第三章 长距离输油管道

泵站特性曲线
A
管路特性曲线 QA Q
35
1、一个泵站的管道
由断面1-1到2-2列能量方程有：
Hs Hc hc hL ( Z2 Z1 )
式中：
△HS－泵的吸入压力，为常数 HC －泵站扬程 hc －站内损失 hL －沿程摩阻 1 2 2
1
36
Z2-Z1－起终点计算高差
即：
Hc A BQ
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（一）设计参数
1.计算温度
以管道埋深处全年平均地温作为计算温度
2.油品密度
t 20 (t 20)
1.825 0.001315 20
式中： ρt、ρ0为t℃和20℃时的密度
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3. 油品粘度
油品粘度一般用粘温指数公式计算：
t 0e t、 0 , 分别为 t 式中：
Q q1 q2 .....qn
17
设有n1台型号相同的泵并联，即 q Q / n1
Hc
Q a b n 1
2m
a
b n12 m
Q2 m
输油泵站的工作特性H=A-BQ2-m 则：
A= a
B
1 n
2m 1
b
18
q1 Q q2 Hc
19
管道的水力坡降线是管内流体的能量压头（忽略动能压头） 沿管道长度的变化曲线。
等温输油管道的水力坡降线是斜率为 i 的直线
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f 摩阻 损失 Hd 动水 压力
c hL b L i e a g x
47
d
（二）翻越点和计算长度
F Hf H
Lf
49
根据能量平衡，将输量为Q的液体输送到终点所需能量为：
H iL Zz ZQ
② 缺点：
要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统
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③ 工作特点
●全线为一个统一的水力系统，全线各站流量相同 ●输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定
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四、 等温输油管道的工艺计算
工艺计算解决的问题： 1、确定最优的设计参数： 管径、出站压力、输油站数目、管道的壁厚 2、确定输油站的位置 3、输油工况的计算 4、超压保护的计算 5、提高输送能力的计算
2
对于一条给定的长输管道，L和D都是已知的，输量（或流 速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数 λ。
e f Re ， D
28
表
流态 层流
不同流态的λ值
λ＝f(Re,ε) λ=64/Re
1
划分范围 Re<2000
水力光滑区
紊 流
3000<Re<Re1=
59.5
8/7
当Re 105
管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用 i 表示： 定义：
Q 2 m m 或 i 5m D
等温输油管的干线水力坡降
1 V2 i D 2g
水力坡降与管道长度无关，只随流量、粘度、管径和流态不 同而不同 A
f ：Q=1时的水力坡降，即单位流量
下，单位管道长度上的摩阻损失
hL C
第三章
长距离输油管道
1
第一节
概 述
2
二、长距离输油管道的组成
• 输油站 • 线路
4
三、长距离输油管道的特点
与公路、铁路、水路运输相比，管道运输 的优点为： 1、运输量大
5
管道运输的优点为： 2、运费低、能耗小
原苏联管线运价约为铁路的1/2，美国约为铁路的1/7-1/10 ， 我国目前基本与铁路持平。
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（二）输油泵站的工作特性
输油泵站的工作特性可用H=f(Q)表示, 即:H=A-BQ2-m 离心泵的操作方式有串联和并联两种。
1、并联泵站的工作特性
并联泵站的特点 ： 泵站的流量等于正在运行的输油泵的流量之和，每台泵的 扬程均等于泵站的扬程。即：
Hc A BQ2 m a bq2 m
12
2、原动机
输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、 能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为 ： ⑴ 电动机 ⑵ 柴油机 ⑶ 燃气轮机
13
（一）离心泵的工作特性
1、 离心泵的特性方程
泵的扬程与流量的变化关系称为泵的工作特性，H-Q 对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机， 转速为常数。因此H=f(q)，扬程是流量的单值函数，一般可 用二次抛物线方程H=a-bq2表示。 对于长输管道，为便于工艺计算，离心泵特性常采用 H=a-bq2-m 的形式，其中 a 、 b 为常数， m 与流态有关 ;q为单泵 排量。
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特性曲线 （1）工作特性：Q↑→H↓ （2）效率特性： 最高量左右7％区域为 高效区 （3）功率特性：
H,N,η%
η
N
H
QHg N 1000
Q
图2－1离心泵特性曲线
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2、改变泵特性的方法
改变泵特性的方法主要有： （1）切削叶轮
（2）改变泵的转速 （3）进口负压调节 （4）多级泵拆级 （5）改变油品的粘度
H f H iLf Z f ZQ iL Zz ZQ
(Z f Z z ) i( L L f ) 0
上式表明，输量为 Q 的液体从翻越点自流到终点还有能 量富裕。
51
给出翻越点的另一个定义：
如果一定输量的液体从某高点自流到终点还 有能量富裕，且在所有的高点中该高点的富裕能量 最大，则该高点叫做翻越点。
2m
Hs A BQ2 m hc fLQ2 m Z
H s A Z hc Q 2 m B fL
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2、多泵站与管路的联合工作
⑴ 旁接油罐输油方式（也叫开式流程） ① 优点 安全可靠，水击危害小， 对自动化水平要求不高 ② 缺点 ●油气损耗严重 ●流程和设备复杂，固定资产投资大 Q1 Q2
11
1、长输管道用泵
长距离输油管道采用离心泵或螺杆泵，但多数情况使用 离心泵。 离心泵的操作方式有串联和并联两种，主要根据工艺计 算的结果来选择。 串联用离心泵具有排量大、扬程低、效率高的特点。 我国试制的 KS 型串联泵比并联泵效率高 10%左右，而国 外生产的串联泵比国内多数管道采用的并联泵效率高出 18% 左右。
●全线难以在最优工况下运行，能量浪费大
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③ 工作特点
●每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统 ●上下站输量可以不等（由旁接罐调节） ●各站的进出站压力没有直接联系 ●站间输量的求法与一个泵站的管道相同
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⑵ 密闭输油方式（也叫泵到泵流程）
Q
Q
① 优点 ●全线密闭，中间站不存在蒸发损耗 ●流程简单，固定资产投资小 ●可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。
根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：
H hL h z j zQ
hL h
为沿程摩阻； 为局部摩阻； 为计算高程差。
其中：
( z j zQ )
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（二）沿程摩阻损失与水力摩阻系数的计算
计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 。 达西公式 ：
hL
L V D 2g
4.计算流量
u( t t 0 )
度 u 为粘温指数，1/℃
和 t0 温度下的运动粘
设计时年输油时间按350天（8400小时）计算
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5、经济流速
• 长输管路：1－2米／秒 • 我国目前对DN300－700mm的含蜡原油管道，设计时取 1· 5－2米／秒；成品油管道取2米／秒。
6、管径的选择
Q2 mv m hL L 5m D
流态
层流 水力光滑区 紊 流 混合摩擦区 粗糙区
不同流态下得A、m、β值 A m
64 0.3164
e 0.627 0.127 lg d
β
4.15 0.0246 0.0802A 0.0826λ
30
1 λ
（四）管路的水力坡降
vm f 5m , D
i
fQ
2m
L
i
31
B
（五）管路工作特性
已定管路（D , L , △Z 一定）输送某种已定粘度油品时，
管路所需压头（即压头损失）和流量的关系（H-Q关系）称为
管路工作特性。
H Q 2 m m L / D5 m h Z
fLQ
2m
h Z
6
管道运输的优点为： 3、埋地管道受气候环境因素影响小，安全可 靠； 4、投资小，占地面积小。
7
第二节
等温输油管道的工艺设计
9
输油管道工艺计算的目的：
1.妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应这对主要矛盾。 2.确定管径、泵型号、泵机组数、泵站数和加热站数及沿线站场 位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设 计参数。
1
1.81lg Re 1.53
0.3164 Re 0.25
混合摩擦区
粗糙区
59.5<Re<Re 2 8/7

2.51 2lg 7.4 Re
Re>Re2=
665 765 lg

1 1.74 2 lg
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（三）流量压降综合计算公式 ---列宾宗公式
2、翻越点的确定
翻越点的确定可用图解法和解析法(略)。 图解法 管路纵断面图右上角作水力坡降线的直角三角形，将水 力坡降线向下平移，如果水力坡降线与终点相交之前首 先与某交点F相切，则F点即为翻越点。
52
i F
Lf
由图可知：水力坡降线不一定先与管路上的最高点 相切，所以翻越点不一定是管路上的最高点，而是靠 近线路终点的某个高点。