02第二章2海底管道工艺设计与计算01
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2.1.4 液体管道流速的计算
当知道液体管道流量时,可以通过图解法求 得流速,同样,如果知道管道流量和流速,可以 选择管道的直径.
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液体管道 的流速计 算图
8
液体管道的流速计算图
例如:某油品通过2in的管道,在温度为 60OF下流量为45000 lb/h(缩写lb为 pound:磅),油品密度为56.02 lb/ft3, 计算流速如下: 连接W=45与p=56.02,在Q线上读出 Q=100ft3/s. 连接Q=100ft3与d=2的两条线交于速度 线V=8ft/s.
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2.1.2 确定管径的准则
(1)按使用期的最大流量计算,一般为正常 流量的1.2～1.5倍.如能预测到流量的波动幅 度精确值.例如根据类似生产系统的测算结 果,就更可靠. (2)管道内的压降应包括各种管附件如阀, 弯头,三通等引起的压降.计算时通常用一段 当量压降的管长代替.初步计算中可将管道计 算长度增加5%～15%.长管道可取较小值. (3)计算出来的管径要依据工程实际情况做 必要的调整,使管径规范化.
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2.1.3 海底管道的材料
一般采用无缝钢管或直缝焊接钢管. 所采用的钢材应具有足够的强度,延性, 韧性和抗腐蚀性. 当管径不大时可采用国产碳素钢和碳锰钢 和低合金钢的钢管;当直径大时可采用高 强度钢和合金钢钢管.如API 5LX规格的 X52,X56,X60和X70等级的钢管. 其中API 5LX52的力学性能为:抗拉强度 455MPa, 屈服强度359MPa, 延伸率25%.
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各种管径输气管能承受的极限工作压力和每日大 致能输送的气量
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作业
假设一单项输油管道分别用管道水力学 方法和API规范选取设计管径. (小组作业,4～5人;电子版本,包括假 设条件及取值依据)
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思考题
等温输送管道的工艺计算
19
�
第2章 海底管道工艺设计与计算
2.1概述; 2.2等温输送管道的工艺计算; 2.3热油输送管道的工艺计算; 2.4油气混输管道的水力计算.
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2.1 概述
工艺计算与分析内容:压降(水利计 算),温降(热力计算)计算,段塞流 分析,允许停输时间计算,再启动分 析,注水注剂计算等. 目的:选择合理的管径和管断面型式, 确定最大输运量,输运温度,压力及沿 线温降.为选择泵机组还得加热设备等 提供必要的技术参数,也为管道结构设 计与计算提供基础
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2.2 等温输油管道的工艺计算
对低粘度,低凝固点的油或沿线温降很 小的热油管道,在工程上称为等温输油 管道. 单相输油管道 流速不应超过3m/s,也不应小于1m/s.
流速太大时,通过控制阀时油中气体因压力空降而 分离或闪蒸; 流速太小时,油墨中的砂或其它固相颗粒会淤积在 管内.
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2.2.1等温输油管道的能量消耗
局部摩 阻系数
13
2.2.4 按API规范计算
美国石油学会API RP 14E 如选内径为Di的管道,当通过流量Q时则 0.012Q 平均流速为 V =
Di 2
压降
0.00115 fQ 2 S P = Di 5
f---摩阻系数,与雷诺数和内表面粗糙度有关 Q---液体流量 S---输油与水的相对密度 Di---管道内径
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经济流速参考值
Q=VA 初步选定一个或几个管内径D
根据输送油品的特征进行水力计算
取压降最小的内径作为设计管径
作业
Байду номын сангаас15
单项输气管道
定义:一般输气管道,是指铺设在平坦地段,管 道沿线地形起伏高差不大的管道 假定(1)气体在管路内作稳定流动,即气体的 重量流量不变(2)气体在管路内作高温流动 (3)气体在管路内的水利摩阻系数为一常数
P = h = hL + hξ
沿程摩 阻损失 局部摩 阻损失
其中
L V2 hL = λ Di 2 g
管道内 径 重力加 速度
水力摩 阻系数
其中水力摩阻系数与雷 诺数有关,工程上取 C 取 P 最小时的内径为管道的设计内径
λ=
0.3164 Re 0.25
LD V 2 V2 = ∑ξ hξ = λ ∑ 2g Di 2 g
2
2.1.1 管道尺寸的确定
管道尺寸的选择,从管路压降和流 体的最大和最小流速两方面考虑. 管道中流体流速必须保持一定流速 来防止流体波动和固体,沙粒的沉 积. 同时,流体的流速不能超过最大流 速,以免流体对管道的管壁产生冲 蚀,噪音和发生水击.
3
API规范建议: 1)管道的最大流速不高于4.57m/s(15ft/s) 2)软管最大流速应在3.04-4.57m/s(10-15ft /s) 3)管道液体的最小流速建议1m/s(3ft/s)
原油沿等温管线流动时,所消耗的能量主要 是压力能.管路输油过程中压力能的消耗, 主要包括两部分: 一是用于克服地形高差所需的能量;对某一 管路,它是不随输量变化的固定值; 二是克服原油沿管路流动过程中的摩擦和撞 击阻力所消耗的能量,通常称为摩阻损失. 它是随流速及原油物理性质等因素而变化. 原油在管道内流动的摩擦阻力计算,是依 11 据水力学的基本公式.
2.2.2原油管路的摩阻损失
原油管路的摩阻损失包括两部分: 1,原油通过直管段所产生的沿程 摩阻损失; 2,通过各种阀件,管件所产生的 局部摩阻损失.
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A 按不同流速 Q 内径 Di = 1.128 确定几个内径 Vi B 水力计算
压降或 摩阻损失
2.2.3水力计算
管道计 算长度
液体平 均流速
2.1.4 液体管道流速的计算
当知道液体管道流量时,可以通过图解法求 得流速,同样,如果知道管道流量和流速,可以 选择管道的直径.
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液体管道 的流速计 算图
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液体管道的流速计算图
例如:某油品通过2in的管道,在温度为 60OF下流量为45000 lb/h(缩写lb为 pound:磅),油品密度为56.02 lb/ft3, 计算流速如下: 连接W=45与p=56.02,在Q线上读出 Q=100ft3/s. 连接Q=100ft3与d=2的两条线交于速度 线V=8ft/s.
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2.1.2 确定管径的准则
(1)按使用期的最大流量计算,一般为正常 流量的1.2～1.5倍.如能预测到流量的波动幅 度精确值.例如根据类似生产系统的测算结 果,就更可靠. (2)管道内的压降应包括各种管附件如阀, 弯头,三通等引起的压降.计算时通常用一段 当量压降的管长代替.初步计算中可将管道计 算长度增加5%～15%.长管道可取较小值. (3)计算出来的管径要依据工程实际情况做 必要的调整,使管径规范化.
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2.1.3 海底管道的材料
一般采用无缝钢管或直缝焊接钢管. 所采用的钢材应具有足够的强度,延性, 韧性和抗腐蚀性. 当管径不大时可采用国产碳素钢和碳锰钢 和低合金钢的钢管;当直径大时可采用高 强度钢和合金钢钢管.如API 5LX规格的 X52,X56,X60和X70等级的钢管. 其中API 5LX52的力学性能为:抗拉强度 455MPa, 屈服强度359MPa, 延伸率25%.
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各种管径输气管能承受的极限工作压力和每日大 致能输送的气量
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作业
假设一单项输油管道分别用管道水力学 方法和API规范选取设计管径. (小组作业,4～5人;电子版本,包括假 设条件及取值依据)
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思考题
等温输送管道的工艺计算
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第2章 海底管道工艺设计与计算
2.1概述; 2.2等温输送管道的工艺计算; 2.3热油输送管道的工艺计算; 2.4油气混输管道的水力计算.
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2.1 概述
工艺计算与分析内容:压降(水利计 算),温降(热力计算)计算,段塞流 分析,允许停输时间计算,再启动分 析,注水注剂计算等. 目的:选择合理的管径和管断面型式, 确定最大输运量,输运温度,压力及沿 线温降.为选择泵机组还得加热设备等 提供必要的技术参数,也为管道结构设 计与计算提供基础
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2.2 等温输油管道的工艺计算
对低粘度,低凝固点的油或沿线温降很 小的热油管道,在工程上称为等温输油 管道. 单相输油管道 流速不应超过3m/s,也不应小于1m/s.
流速太大时,通过控制阀时油中气体因压力空降而 分离或闪蒸; 流速太小时,油墨中的砂或其它固相颗粒会淤积在 管内.
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2.2.1等温输油管道的能量消耗
局部摩 阻系数
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2.2.4 按API规范计算
美国石油学会API RP 14E 如选内径为Di的管道,当通过流量Q时则 0.012Q 平均流速为 V =
Di 2
压降
0.00115 fQ 2 S P = Di 5
f---摩阻系数,与雷诺数和内表面粗糙度有关 Q---液体流量 S---输油与水的相对密度 Di---管道内径
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经济流速参考值
Q=VA 初步选定一个或几个管内径D
根据输送油品的特征进行水力计算
取压降最小的内径作为设计管径
作业
Байду номын сангаас15
单项输气管道
定义:一般输气管道,是指铺设在平坦地段,管 道沿线地形起伏高差不大的管道 假定(1)气体在管路内作稳定流动,即气体的 重量流量不变(2)气体在管路内作高温流动 (3)气体在管路内的水利摩阻系数为一常数
P = h = hL + hξ
沿程摩 阻损失 局部摩 阻损失
其中
L V2 hL = λ Di 2 g
管道内 径 重力加 速度
水力摩 阻系数
其中水力摩阻系数与雷 诺数有关,工程上取 C 取 P 最小时的内径为管道的设计内径
λ=
0.3164 Re 0.25
LD V 2 V2 = ∑ξ hξ = λ ∑ 2g Di 2 g
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2.1.1 管道尺寸的确定
管道尺寸的选择,从管路压降和流 体的最大和最小流速两方面考虑. 管道中流体流速必须保持一定流速 来防止流体波动和固体,沙粒的沉 积. 同时,流体的流速不能超过最大流 速,以免流体对管道的管壁产生冲 蚀,噪音和发生水击.
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API规范建议: 1)管道的最大流速不高于4.57m/s(15ft/s) 2)软管最大流速应在3.04-4.57m/s(10-15ft /s) 3)管道液体的最小流速建议1m/s(3ft/s)
原油沿等温管线流动时,所消耗的能量主要 是压力能.管路输油过程中压力能的消耗, 主要包括两部分: 一是用于克服地形高差所需的能量;对某一 管路,它是不随输量变化的固定值; 二是克服原油沿管路流动过程中的摩擦和撞 击阻力所消耗的能量,通常称为摩阻损失. 它是随流速及原油物理性质等因素而变化. 原油在管道内流动的摩擦阻力计算,是依 11 据水力学的基本公式.
2.2.2原油管路的摩阻损失
原油管路的摩阻损失包括两部分: 1,原油通过直管段所产生的沿程 摩阻损失; 2,通过各种阀件,管件所产生的 局部摩阻损失.
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A 按不同流速 Q 内径 Di = 1.128 确定几个内径 Vi B 水力计算
压降或 摩阻损失
2.2.3水力计算
管道计 算长度
液体平 均流速