《精编》输油管道工艺技术讲义

《《精编》输油管道工艺技术讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》输油管道工艺技术讲义（150页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 1 冬季热油管道运行困难 而夏季时会好些 为什么 2 存在入口节流时 油温测定点应设在节流前还是节流后 3 不满负荷输送与不满管一样么 4 如何实现安全经济输送 返回 阿尔善 赛汉塔拉原油管道 在东北和华北地区 先后建成了庆铁线 铁大线 铁秦线 秦京线 铁扶线 抚鞍线和任京线 形成了规模较大的东北管网 担负了大庆油田 辽河油田 华北油田的原油外输任务 在华东华北地区 先后建成了鲁宁线 濮临线 沧临线 中洛线 东临线 东黄线 东黄复线 东辛线 临济线 形成了规模较大的华东原油管网 担负了胜利油田 中原油田的原油外输任务 另外 已经停止运行的任沧线实际上已将东北和华东两大管网连为一体 在华中地区

2、 魏荆线担负了河南油田的原油外输任务 在华南地区 湛茂线担负了茂名石化的供油任务 在内蒙境内阿赛线担负了二连油田的原油外输任务 在西北地区 克独线 克乌线担负了克拉玛依油田的原油外输任务 花格线担负了青海油田的原油外输任务 马惠宁线 靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务 库鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务 四川油田管网 马惠宁线 花格线 魏荆线 输油管道工艺计算目的 2 确定管径 选泵 确定泵机组数 确定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 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 第一章等温输油管道的工艺计算 什么叫等温输油管

3、道 所谓等温输油管道 即指那些在输送过程中油温保持不变的管道 这意味着 油温 地温 常数 油流与管壁 管壁与环境之间没有热交换 在工程实际中 这个条件一般是达不到的 所谓等温 也是一种近似 这是因为 1 来油温度 地温 2 摩擦热加热油流 3 沿线地温不等于常数 在工程实际中 一般总把那些不建设专门的加热设施的管道统称为等温输油管道 它不考虑热损失 只考虑泵所提供的能量 压头 与消耗在摩阻和高差上的能量 压头 相匹配 相平衡 等温输油管道的工艺计算 夏季来油温度低于地温 冬季来油温度高于地温 但经过1 2km后 油温基本等于地温 与整条管线相比 该段管线很短 流速不太高时 摩擦升温很小 且对油

4、流的加热是均匀的 尤其对于南北走向的管线 但我们可以将其分段 按照分段等温来考虑 第一节输油泵站的工作特性 第二节输油管道的压能损失 第三节等温输油管道的工艺计算 等温输油管道的工艺计算 第一节输油泵站的工作特性 一 长输管道的泵机组类型 输油泵站的作用 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 长距离输油管道均采用离心泵 很少使用其他类型的泵 离心泵的型式有两种 1 多级 高压 泵 排量较小 又称为并联泵 2 单级 低压 泵 排量大 扬程低 又称为串联泵 1 长输管道用泵 一般来说 输油泵站上均采用单一的并联泵或串联泵 很少串并联泵混合使用

5、 有时可能在大功率并联泵或串联泵前串联低扬程大排量的给油泵 以提高主泵的进泵压力 2 原动机 电动机 柴油机 燃气轮机 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 电动机具有体积小 重量轻 噪音低 运行平稳可靠 便于实现自动控制等优点 对于电力供应充足的地区一般均采用电动机作为原动机 其缺点是调速困难 需要专门的调速装置 但对于电网覆盖不到的地区 是否采用电动机要进行经济比较 如果需要架设长距离输电线路 采用电动机是不合适的 与电动机相比 柴油机有许多不足之处 体积大 噪音大 运行管理不方便 易损件多 维修工作量大 需要解决燃料供应问题 其

6、优点是可调速 对于未被电网覆盖或电力供应不足的地区 采用柴油机可能更为经济 燃气轮机单位功率的重量和体积都比柴油机小得多 可以用油品和天然气作燃料 不用冷却水 便于自动控制 运行安全可靠 功率大 转速可调 一些退役的航空发动机经改型后可用于驱动离心泵 对于偏远地区的大型油气管线 采用燃气轮机可能是比较好的选择 如前面提到的横贯阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃气轮机 二 离心泵的工作特性 1 离心泵的特性方程 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表示 对于长输管道 常采用H a bq2 m的形式 其中a b

7、为常数 可根据泵特性数据由最小二乘法求得 m与流态有关 q为单泵排量 采用上式描述泵特性 与实测值的最大偏差 2 3 改变泵特性的方法 改变泵特性的方法主要有 1 切削叶轮 a b 与叶轮直径D0对应的泵特性方程中的两个常系数 2 改变泵的转速 n 调速后泵的转速 r min n0 调速前泵的转速 r min a b 与转速n0对应的泵特性方程中的两个常系数 式中 输油泵站的工作特性 3 进口负压调节 进口负压调节一般只用于小型离心泵 大型离心泵一般要求正压进泵 不能采用此方法 多数采用切削叶轮和改变泵的转速 串级调速和液力藕合器等 另外对于多级泵还可用拆级的方法改变泵特性 4 油品粘度对离心

8、泵特性的影响 一般当粘度大于60 10 6m2 s时要进行泵特性的换算 输油泵站的工作特性 1 进口负压对离心泵的特性有何影响 思考题 3 泵的扬程和泵的排出压力有何不同 2 进口负压对输水和输油时的影响相同吗 输油泵站的工作特性 三 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 输油泵的基本组合方式一般有两种 串联和并联 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 输油泵站的工作特性 设有n1台型号相同的泵并联 即 注意 泵并联运行时 在改变运行的泵机组数时 要防止电机过载 则 输油泵站的工作特性 输油泵站

9、的工作特性 例如两台泵并联时 若一台泵停运 由特性曲线知 单泵的排量q Q 2 排量增加 功率上升 电机有可能过载 2 串联泵站的工作特性 输油泵站的工作特性 各泵流量相等 q Q 设有n2台型号相同的泵串联 则 泵站扬程等于各泵扬程之和 特点 1 两台泵串联运行 若一台泵停运 另一台泵会不会过载 通过泵与管路联合工作的特性曲线图加以说明 思考题 输油泵站的工作特性 2 若泵型号不同 如何求泵站的工作特性 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 满足输量要求 充分利用管路的承压能力 泵在高效区工作 泵的台数符合规范要求 不超过四台 并联泵机组数的确定 其中 Q为设计输送能力

10、q为单泵的额定排量 显然不一定是整数 只能取与之相近的整数 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 由此可见并联泵的台数主要根据输量确定 而泵的级数 扬程 则要根据管路的设计工作压力确定 另外根据规范规定 泵站至少设一台备用泵 串联泵 其中 H 为管路的许用强度 或设计工作压力 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 而且向大化后 泵站数将减少 开泵方案少 操作不灵活 串联泵的额定排量根据管线设计输送能力确定 4 串 并联组合形式的确定 从管特性和地形方面考虑 串联泵更

11、适合于地形平坦的地区和下坡段 这种情况下管路特性较陡 所以也可以说串联泵更适合于管路特性较陡的情况 这一点可以用如图所示的特性曲线解释 从经济方面考虑 串联效率较高 比较经济 我国并联泵的效率一般只有70 左右 而串联泵的效率可达90 串联泵的特点是 扬程低 排量大 叶轮直径小 流通面积大 故泵损失小 效率高 平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较 如图所示 正常运行时 串并联泵均需两台泵工作 工作点为A 流量为Q1 当需将输量降为Q2 1 2Q1时 串并联泵均只开一台泵即可 工作点分别为B C 串联泵的节流损失为 h1 并联泵的节流损失为 h2 显然 h2 h1 因此采用串联泵较经济 可适应输

12、量的较大变化 输油泵站的工作特性 并联泵更适合于地形比较陡 高差比较大的爬坡地区 此时站间管道较短 管路特性较平 泵所提供的能量主要用于克服很大的位差静压头 并联 如图所示 正常运行时 串并联泵均需两台泵工作 工作点为A 流量为Q1 当需将输量降为Q2 1 2Q1时 并联泵只开一台泵即可 节流损失为 h1 而串联泵仍需开两台泵 节流损失为 h2 显然 h2 h1 因此 对于管路特性较平 高差较大 的情况 并联泵更能适应流量的较大变化 串联泵便于实现自动控制和优化运行 国内早期管线使用的基本上都是并联泵组合形式 而我国大部分管线处于平原地带 高差很小 因而造成节流损失大 调节困难 不易实现密封输

13、送 因此 东部管线改造的一个重要任务是并联泵改串联泵 进而改旁接油罐流程为密闭流程 实行优化运行 不存在超载问题 调节方便 流程简单 调节方案多 输油泵站的工作特性 一 管路的压降计算 根据流体力学理论 输油管道的总压降可表示为 其中 hL为沿程摩阻h 为局部摩阻 zj zQ 为计算高程差 第二节输油管道的压能损失 二 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 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 1 流态划分和输油管道的常见流态 层流 ReRe2 简称粗糙区 流态划分标准是 其中 输油管道

14、中所遇到的流态一般为 热含蜡原油管道 大直径轻质成品油管道 水力光滑区小直径轻质成品油管道 混合摩擦区高粘原油和燃料油管道 层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区 输油管道的压能损失 2 管壁粗糙度的确定 管壁粗糙度 1 相对粗糙度 绝对粗糙度与管内径的比值 e D或2e D 2 绝对粗糙度 管内壁面突起高度的统计平均值 紊流各区分界雷诺数Re1 Re2及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关 我国 输油管道工程设计规范 中规定的各种管子的绝对粗糙度如下 无缝钢管 0 06mm直缝钢管 0 054mm螺旋焊缝钢管 DN 250 350时取0 125mmDN 400时取0 1mm 3 水力摩阻系数的计算

15、我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表 由各区的 计算公式可以看出 紊流光滑区 层流边层厚度 e e 只与Re有关 与粗糙度无关 混合摩擦区 e e f Re e D 与Re和粗糙度有关 完全粗糙度区 层流边层很薄 粗糙突起几乎全部暴露于层流边层之外 只与e D有关 而与Re无关 摩阻与流速 流量 的平方成正比 故粗糙区又叫阻力平方区 输油管道的压能损失 三 流量压降综合计算公式 列宾宗公式 1 列宾宗公式 令 整理得 即得到列宾宗公式 不同流态下的A m 值 输油管道的压能损失 四 管路的水力坡降 定义 管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降 用i表示 或 1 等温输油管的干线水力坡降 水

16、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 在计算和分析中经常用到单位输量 Q 1 的水力坡降f 即单位流量下 单位管道长度上的摩阻损失 2 副管的水力坡降 特点 假设副管与主管流态相同 则有 输油管道的压能损失 由于 1 所以只需要铺设副管总有减阻效果 层流 光滑区 混摩区 粗糙区 输油管道的压能损失 3 变径管的水力坡降 变径管具有减阻效果 变径管具有增阻效果 若主管与变径管流态相同 则有 五 管路工作特性 定义 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 输油管道的压能损失 1 如何根据单根管路的特性曲线作出串 并联管路的特性曲线 2 流量Q变化会引起管路特性的变化吗 为什么 3 什么因素影响特性曲线起点的高低和陡缓 思考题 输油管道的压能损失 六 离心泵与管路的联合工作 泵站与管路的工作点的方法有两种 即图解法和解析法 图解法 下面重点讨论解析法 1 一个泵站的管道 由断面1 1到2 2列能量方程有 式中 HS1 泵的吸入压力 为常数 HC 泵站扬程 hc 站内损失 hL 沿程摩阻 Z2