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第一章 输油管道概况和勘察设计,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Pipeline transportation of oil and natural gas,*,油气管道输送,梁光川,第二章 等温输油管道的工艺计算,上次课总结复习,工艺计算的任务,工艺计算的内容,等温输送工艺计算要解决什么问题？,等温输油管道的工艺计算,工艺计算所需原始资料,输油泵站的工作特性,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.2.2,泵站的工作特性,泵站的工作特性,由多台泵机组共同工作的泵站，其工作特性根据机组的组合情况，由各台泵机组的工作特性曲线并联或串联相加而得。,并联机组,：,由并联泵机组特性并联相加，即同一扬程下，流量相加而得出泵站的特性曲线。,串联机组,：,同一流量下各串联机组扬程相加得到泵站特性。,既串联又并联,：,同样根据上述的串并联的方法组合相加而得到泵站的特性曲线。,第二章 等温输油管道的工艺计算,Q,H,第二章 等温输油管道的工艺计算,泵站的工作特性方程,串联,：,如果,N,s,台相同型号的泵串联,:,并联,：,如果,N,P,台相同型号的泵并联,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3,输油管道的压能损失,（管道的工作特性）,压力能的消耗包括两部分,:,克服地形高差所需的位能,克服摩阻损失,2.3.1,摩阻损失,摩阻损失包括两部分，,一是,油流通过直管段所产生的摩阻损失,h,l,，,简称沿程摩阻；,二是,油流通过各种阀件、管件所产生的摩阻损失，简称局部摩阻 。,第二章 等温输油管道的工艺计算,沿程摩阻,达西公式,:,雷诺数：,相对,当量粗糙度：,e,管壁的绝对当量粗糙度,（,1,）绝对当量粗糙度,指管内壁凸起高度的统计平均值。,第二章 等温输油管道的工艺计算,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,2,）不同流态区水力摩阻系数的计算,(P34,表,2-2),粗糙区,第二章 等温输油管道的工艺计算,几点说明,：,1,）,管内壁绝对（当量）粗糙度,e,无缝钢管,e=0.06mm,；,螺旋缝钢管,DN250,DN350,：,e=0.125mm,，,DN400,以上：,e=0.10mm,。,直缝钢管,e=0.054mm,。,2,）临界雷诺数,Re,1,由光滑区向混合区过渡的临界雷诺数；,Re,2,由混合区向粗糙区过渡的临界雷诺数。,3,）当,2000Re3000,时，按水力光滑区计算,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,3,）沿程摩阻公式分析,列宾宗公式,代入达西公式得,其中,第二章 等温输油管道的工艺计算,不同流态的,A,、,m,、,（临界雷诺数近期计算公式）,第二章 等温输油管道的工艺计算,摩阻公式分析：,哪个参数影响最大？,第二章 等温输油管道的工艺计算,热原油管道上最常见的流态是水力光滑区；轻质油管道也多在水力光滑区；输送低粘油品的较小直径管道可能进入混合摩擦区；热重油管道则以层流的情况居多。,第二章 等温输油管道的工艺计算,局部摩阻,（,1,）计算公式,式中,管件或阀件的局部阻力系数；,V,流速，一般取阀件下游管内的平均流速。,管路系统中某些设备（如流量计、加热炉、换热器等）可视为局都阻力源。,（,2,）长输管道的站场（泵站、计量站、清管站或加热站等）相对于整个管道系统也可视为局部阻力。,由于站场局部阻力相对于沿程摩阻较小，工艺计算时可以取一定值。,第二章 等温输油管道的工艺计算,管道的压降计算,对管内径,d,和管长,L,一定的某管道，当输送一定量的某油品时，由起点至终点的总压降,H,可计算如下,2.3.2,管道的工作特性,系指管径、管长一定的某管道，输送性质一定的某种油品时，管道压降,H,随流量,Q,变化的关系。,其数学关系式为：,第二章 等温输油管道的工艺计算,管道的工作特性曲线,一条管道（,d,、,L,、,Z,一定），输送一种油品（,一定）时，有一条一定的特性曲线。当,d,、,L,、和,中有一参数发生变化时，就有另一条特性曲线。,摩阻损失越大，曲线越陡。,图,2-8,管道工作特性曲线,第二章 等温输油管道的工艺计算,串连、并联管路的特性曲线,串联管道特性曲线,并联管道特性曲线,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3.3,水力坡降和水力坡降线,定义：,单位长度管道的摩阻损失,管道全线压头损失可表示为,令：,式中,f,单位流量下，单位管道长度上的摩阻损失。,全线压头损失为,（,1,）副管的水力坡降,副管段：,前后主管段：,第二章 等温输油管道的工艺计算,d,d,f,Q,1,Q,2,Q,d,d,d,f,Q,1,Q,2,Q,d,i,f,（,1,）副管的水力坡降,如果,d,f,=,d,，则,第二章 等温输油管道的工艺计算,d,d,f,Q,1,Q,2,Q,d,（,2,）变径管的水力坡降,设变径管的水力坡降为,i,0,，则有,若主管和变径管流态相同，则,同样可写成,第二章 等温输油管道的工艺计算,d,d,0,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,3,）,水力坡降线,(P46),在纵断面图上，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。,如果影响水力坡降的因素（流量、粘度、管径）之一发生变化，水力坡降线的斜率就会改变，但仍为直线。,怎么作水力坡降线？,副管与变径管的水力坡降线,水力坡降线的意义与作法,Z,x,L,H,d,x,Z,x,H,x,c,a,b,i,i,e,i L,副管与变径管的水力坡降线,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3.4,泵站,-,管道系统的工作点,(P41),（阐述泵,-,管道系统工作的特点）,泵站,-,管道系统的工作点,是指,在压力供需平衡条件下,，管道流量与泵站进、出站压力等参数之间的关系。,在设计和生产管理工作中，常用作泵站特性曲线和管道特性（应包括剩余压力）曲线，求二者交点的方法，来确定泵站的排量和进、出站压力。,图,2-10,泵站与管道的工作点,Q,1,Q,2,为了保证输油管道安全经济地工作，工作点必须在泵站特性曲线的最高效率区内，工作压力要在管道强度允许范围内，工作流量要满足输送任务的要求。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,1,）旁接油罐输送工艺,特点：,1,）各泵站的排量在短时间内可能不相等；,2,）各泵站的进出口压力在短时间内相互没有直接影响。,(,各泵进口的压力均决定于本站旁接油罐的液面高度及油罐到泵的吸入管道的摩阻。,),（,a,）“从罐到罐”；（,b,）“旁接油罐”（,c,）“从泵到泵”,第二章 等温输油管道的工艺计算,由于旁接油罐的存在，将长输管道分成了若干个独立的水力系统，,即每一个泵站各与由其供应能量的站间管道构成一个水力系统。,该泵站的工作特性曲线与这一站间管道特性曲线的交点即为这一系统的工作点。,因为全线各泵站都是为了完成同一个输油任务，且旁接油罐的容量有限，各站间的输量偏差和持续时间受到限制。因此各站的平均输量必须一致，,故全线的输量就受输量最小的站间控制。,如果各站装置相同的泵机组，为了保持各站都在额定流量范围工作，各站的工作扬程也必须接近。,只有各站工作点基本一致,，各站均衡地分担全线的能量消耗，才能充分发挥各站的效能，达到全线协调经济地工作。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,2,）泵到泵输送工艺,“,从泵到泵,”方式输油时，上站来的输油干管直接与下站泵机组的吸入管相连，类似一个泵站上的多台泵串联，整个管道形成一个密闭的连续的水力系统。,特点：,1,）各站的输油量必然相等；,2,）各站的进出口压力相互直接影响。,泵到泵输送工艺全线组成一个统一的水力系统，每个泵站的工况（排量与压力）决定于全线总的能量供应与能量消耗。,泵到泵密闭输送工作点,H,H,Q,Q,C,Z,G,Z,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,3,）,两种输送工艺的比较,“旁接油罐”流程,优点：,便于手动调节，对自动化要求不高。,缺点：,增加了投资，有油品的损耗，罐内油品占用流动资金，各站相对独立，不便于实现全线自动化和统一管理。,“从泵到泵”流程,优点：,有利于全线实现统一管理。,缺点：,需要对管道系统采取相应可靠的控制和保护措施，对自动化程度要求高。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（,4,）管道系统工作点的公式法求解,（泵到泵）,根据压头供需平衡的原则，特性方程求解工作点。对于由,N,座特性相同的泵站组成的等直径输油管道，全线的压头供需平衡式为,由此求出工作点流量，并根据压力供需平衡确定各站的进出站压头,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3.5,翻越点及计算长度,(P47),图,2-15,翻越点与计算长度,第二章 等温输油管道的工艺计算,为使液流通过该高峰,f,，必须使液流在起点具有比,H,更高的压头,H,f,。液流不仅可从高峰自流到终点，而且还有剩余能量。,如不采取其它措施以利用或消耗这部分剩余能量，则在高峰以后的管段内将发生不满流。线路上的这种高峰就称为,翻越点,。,第二章 等温输油管道的工艺计算,图,2-16,翻越点后的流动状态,计算长度,若线路上存在翻越点时，管道输送,所需要的起点压力不能按起终点高程差及全长来计算，而应按起点与翻越点的高程差及距离来计算。对翻越点以后，可按充分利用位差的原则来选择管径。,起点与翻越点之间的距离即称为管道的计算长度。,第二章 等温输油管道的工艺计算,翻越点的判断,在纵断面图上作水力坡降线来判断和确定翻越点。,翻越点不一定是管道沿线的最高点，往往是接近末端的某高点。,有无翻越点，不仅与地形起伏的情况有关，还决定于水力坡降的大小。水力坡降愈小，愈易出现翻越点。因此，在管道输量逐年增大的情况下，常可能在输送初期有翻越点，而在输量接近满载时，就没有翻越点了。,图,2-15,翻越点与计算长度,
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