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1、第三章长距离输油管道,2,2020/7/3,主要内容,第一节概述第二节等温输油管道的工艺设计第三节热油输送管道的工艺计算第四节顺序输送第五节输油站第六节易凝高粘原油输送工艺,3,2020/7/3,一、输油管道的分类,企业内部输油管道长距离输油管道,经营方式,第一节概述,4,2020/7/3,油品种类,是否加热,常温（等温）输送管道加热输送管道,原油管道成品油管道,长距离成品油管道一般采用多种油品在管道输送中“顺序输送”的方式运行,汽、煤、柴油等成品油以及低凝低粘轻质原油的输送一般不需加热；易凝高粘原油或重质燃料油需加热输送。,6,2020/7/3,三、长距离输油管道的特点,与公路、铁路、水路运
2、输相比，管道运输的优点为：1、运输量大,连续运行,7,2020/7/3,2、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。(基于合理输量),3、埋地管道受气候环境因素影响小，安全可靠；密闭运输，损耗率低。4、建设投资小，占地面积小。,8,2020/7/3,管道运输的局限性,适用于大量、单向、定点运输，不如车船灵活。有一经济、合理的输送量范围；有极限输量的限制。最大输量受泵和管道限制；对于加热管道，最小输量受加热设备的限制，输量减小、温降加快，当输量小到一定时，在下一站之前油品温度将降至安全极限。,9,2020/7/3,等温输送加热输送加
3、剂输送（添加降凝剂、减阻剂）成品油顺序输送原油改性输送原油热处理输送其它输送方式原油液环输送原油磁处理输送原油稀释输送原油伴热保温输送,四、油品管道输送方式,10,2020/7/3,输油管道工艺计算的目的：,什么叫等温输油管道？,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，油品从首站进入管道，经过一定距离后，管内油温就会等于管道埋深处的地温，故称为等温输油管道。油温=地温=常数。,第二节等温输油管道的工艺设计,11,2020/7/3,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。,泵站工作特性就是泵站输出的流量Q与压头H之间变化关系H=f(Q)，也
4、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。,一、输油泵站的工作特性,12,2020/7/3,1、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。,泵的扬程与排量的变化关系称为泵的工作特性，H-Q,（一）离心泵的工作特性,
5、13,2020/7/3,图2-1离心泵特性曲线,（1）工作特性：QH（2）效率特性：最高量左右7区域为高效区（3）功率特性：,特性曲线,14,2020/7/3,2、改变泵特性的方法,（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。,离心泵叶轮的允许切割量,15,2020/7/3,式中：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。,（2）改变泵的转速,调速措施：改变电动机转速；原动机与泵之间的调速器（如液力耦合器）,16,2020/7/3,（3）进口负压调节泵进口在负压下运行,泵特性曲线降低；一般只用于小型离心
6、泵，大型离心泵一般要求正压进泵。,（4）多级泵拆级多级泵的扬程与级数成正比，拆级后，泵的扬程按比例降低。但级数不能拆得太多，否则，泵的效率会降低。,（5）改变油品的粘度泵样本是输送200C清水的特性。一般当粘度大于6010-6m2/s时，泵的H-Q特性要进行换算。,17,2020/7/3,输油泵站的工作特性是指泵站输出的流量Q与压头H之间变化关系，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：,（二）输油泵站的工作特性,18,2020/7/3
7、,2、串联泵站的工作特性,串联泵站的特点：各泵流量相等，q=Q，泵站扬程等于各泵扬程之和，Hc=。,设有n2台型号相同的泵串联，则：,19,2020/7/3,3.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）。,20,2020/7/3,并联泵机组数的确定,显然不一定是整数，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。另外，根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。,
8、21,2020/7/3,串联泵,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。,22,2020/7/3,4.串、并联组合形式的确定,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70-80%，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，故泵内轮阻损失小，效率高。,从管特性和地形方面考虑:对于地形平坦的地区或下坡段，站间管道较长，管路特性较陡，泵所提供的能量主要用于克服摩阻损失，大幅度调整输量时，串联泵
9、站节流损失可能会小一些。,23,2020/7/3,（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：为沿程摩阻；为局部摩阻；为计算高程差。,二、输油管道的压能损失,24,2020/7/3,（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：,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。,其中：e为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径。,25,2020/7/3,（三）综合参数摩阻计算公式-列宾宗公式,整理得,令,得到列宾宗公式：,26,2020/7/3,不同流态下得A、
10、m、值,27,2020/7/3,（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,等温输油管的干线水力坡降,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,28,2020/7/3,（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。,29,2020/7/3,30,2020/7/3,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（管径越小，曲线越陡）3、管长度的影响（管道越长，曲线越陡）4、运动粘度的影响（粘度越大，曲线越陡）5、输量的变化对管
11、特性无影响,31,2020/7/3,泵站与管路的工作点的方法有两种:图解法和解析法。,三、泵站与管路的联合工作,32,2020/7/3,1、在泵站特性曲线的最高效率区内；2、工作压力必须在管道强度允许范围之内3、工作流量要满足输送任务。,为保证输油管道安全经济地工作，工作点的要求：,33,2020/7/3,2、多泵站与管路的联合工作,旁接油罐输油方式（也叫开式流程）,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）；,各站的进出站压力在短时间内没有直接影响；,站间输量的求法与一个泵站的管道相同。,34,2020/7/3,密闭输油方式（也叫泵到泵流
12、程）,工作特点,全线为一个统一的水力系统；,输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定。,各站的进、出站压力相互影响；,全线各站流量相同；,35,2020/7/3,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。,四、等温输油管道的工艺计算,36,2020/7/3,管道纵断面图：在直角坐标上表示管道长度与沿线高程变化的图形,横坐标：表示管路的实际长度，即管路的里程，常用比例为1：10000到1：100000。,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1：1
13、000。,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,（二）管道的水力坡降线,37,2020/7/3,i,38,2020/7/3,纵断面图分析：,由纵断面图知：,，为泵站的出站压力；,，为x段上的摩阻损失；,为x段的高差,为a点液流的剩余压能，称动水压力。,动水压力:它是管路沿线任一点水力坡降线与纵断面线之间的垂直距离。,在e点，其动水压力为0，需要重新加压才能使液体继续向前输送。,39,2020/7/3,（三）翻越点和计算长度,40,2020/7/3,1、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
14、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：,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。,41,2020/7/3,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。,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。,42,2020/7/3,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
15、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。,43,2020/7/3,3、翻越点后的流动状态,管道上存在翻越点时，翻越点后的管内液流将有剩余能量。如果不采用措施利用和消耗这部分能量，翻越点后管内将出现不满流，管段中压力为输送温度下油品的蒸气压。不满流的存在将使管路出现两相流动，而且当流速突然变化时会增大水击压力。对于顺序输送的管道还会增大混油。,措施：,（1）在翻越点后采用小管径：使流速增大，可能会产生静电危害，且对清管不利;,（2）在中途或终点设减压站节流。,44,2020/7/3,4、计算长度,管路起点与翻越点之间的距离称为管路的计算长度,管路上存在翻越点时，管线所需的总压头不
16、能按线路起、终点计算，而应按起点与翻越点计算。,不存在翻越点时，管线计算长度等于管线全长。,存在翻越点时，计算长度为起点到翻越点的距离，计算高差为翻越点高程与起点高程之差,45,2020/7/3,（四）泵站数的确定,原则是：,该压头要充分利用管路的强度，并使泵在高效区工作。,将计算输量为Q的油品从起点输送到终点，所需压头为：,式中：L为计算长度，Z为计算高程差。,首先选择泵的型号和串并联泵机组数，确定泵站特性，,46,2020/7/3,设全线站特性相同，计算输量下的扬程为Hc，则全线所需泵站数为：,其中hc为站内损失。,一般来说按照上式计算的n不是整数，还应把计算得到的n值化整。,（1）n化为较大整数（2）n化为较小整数,1、n化为较大整数,对应于计算值n的工作点流量为Q0(即计算输量），当n化为较大整数时，工作点流量为Qb，显然QbQ0，这时管道的输送能力大于计算输量，泵站投资增加。如果想按计算输量（即规定输送能力）工作，可以采取更换小直径叶轮、开小泵（串联泵）、拆级（并联泵）或大小输量交替运行等措施。一般来说，计算的n值接近于较大整数或希望
