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
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
41
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
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
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
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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
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（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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（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
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
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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H 层 流 区 过 渡 区
紊流区
△Z
QLJ Q
输油管道的工作特性曲线
33
分析：影响管路特性曲线的因素
1、起、终点高差的影响 2、管径的影响
3、管长度的影响
4、运动粘度的影响 5、输量的变化对管特性无影响
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三、离心泵站与管路的联合工作
泵站与管路的工作点的方法有两种，即图解法和解析法。 H HA
Hc
22
H
管路
串联 单泵
Q
23
3.串、并联泵机组数的确定
选择泵机组数的原则主要有四条： ①满足输量要求 ②充分利用管路的承压能力 ③泵在高效区工作
④泵的台数符合规范要求（不超过四台）。
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⑴并联泵机组数的确定
Q n q
其中 :
Q为任务输量，
显然 n不一定是整数 ，这就是泵机组数的化整问题。 如果管线的发展趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。 一般情况下要向大化。 并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬程）则要 根据管路的允许工作压力确定。
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。
D大－－－管材、安装费用大，管理费用降低，设备费小 D小－－－管材、安装费低，泵站投资增加，日常管理费大
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7、 管道纵断面图 与水力坡降线
在直角坐标上表示管道长度与沿线高程变化的图形称为管 道纵断面图 横坐标：表示管路的实际长度，即管路的里程，常用比例 为1：10 000到1：100 000。 纵坐标：表示管路的海拔高度，即管路的高程，常用比例 为1：500到1：1000。
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
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。
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
注意：并联时防止电机过载
H 管路
并联 单泵
Q/2
q
Q
20
2、串联泵站的工作特性
特点： 各泵流量相等，q=Q，泵站扬程等于各泵扬程 之和，Hc=

Hi 。
设有n2台型号相同的泵串联，则：
Hc n2 H n2a n2bQ
2m
A n2 a，B n2b
21
Q
q1, H1
q2, H2
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
如上图所示能量H是不能翻越高点F的。只有将压力提高
到 Hf ，才能翻越此高点。
H f iLf Z f ZQ
显然有
Hf H
50
1、翻越点的定义
如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压头 比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高点所 需的压头最大，那么此高点就称为翻越点。 根据该定义有：
●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。
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 0.25 0.123 0
10
λ
（四）管路的水力坡降
14
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
15
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
什么叫等温输油管道 ？
所谓等温输油管道，输送轻质成品油或低凝点原油的长输管道， 沿线不需要加热即指那些在输送过程中油温保持不变的管道。
油温=地温=常数。
10
一、 输油泵站的工作特性
输油泵站的任务就是不断向管道输入油品，并给油流 提供一定的压力能，以便维持管内流动。 泵站工作特性就是输出的流量Q与压头H之间变化关 系，也就是泵机组的联合工作特性。 单台泵机组的工作特性取决于泵的类型和规格，还与 原动机的类型相关。 由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节 方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。
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。
q为单泵的额定排量
另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。
Hale Waihona Puke Baidu25
⑵串联泵
n
H
H
其中：[H] 为管路的许用强度（允许承压能力）
H 为单泵的额定扬程。
一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压 力可能超过管子的许用强度，是很危险的。 串联泵的额定排量根据管线任务输量确定。
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二、 输油管道的压能损失 （一）管路的压降计算
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。
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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：
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
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
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
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