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1、原油管道输送技术 主要内容一、输油泵站的工作特性二、输油管道的压降计算 三、原油管道的温降计算 四、输油管道运行工况分析与 调节 五、热油管道的日常运行管理六、含蜡原油管道的石蜡沉积 七、提高输油系统效率的途径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，有时可能在大功率并联泵或串联
2、泵前串 联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。 一、输油泵站的工作特性 长距离输油管道是耗能大户，而输油主泵输油管道的主要耗能设备，因此提高输油主泵的效率是提高输油管道经济效益的重要途径。如果将我国目前输油管道的输油主泵效率由70%左右提高85%左右，输油电耗将减少20%以上。因此，在输油管道的日常管理中，加强对输油主泵的维修保养，使其始终处于高效状态，对提高输油管道的经济效益非常重要。输油泵原动机 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
3、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
4、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 横贯阿拉斯加管线采用的就是改型后的 航空燃气轮机。2、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H=a-bq2表示。 对于长输管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b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%。(2) 改变泵特性的方法 改变泵特性的方法主要有： 切削叶轮 式中：D0、D 变化前后的叶轮直径，mma
5、、b与叶轮直径D0 对应的泵特性方程中的常系数改变泵的转速 n调速后泵的转速，r/min n0调速前泵的转速，r/mina、b与转速n0 对应的泵特性方程中的常系数式中：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。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。多数采用切削叶轮或改变泵的转速（串级调速和液力藕合器等）。对于多级泵可首先考虑采用拆级的方法改变泵特性。油品粘度对离心泵特性的影响 一般当粘度大于6010-6m2/s时要进行泵特性的换算。3、输油泵站的工作特性 输油泵站的工作特
6、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QHcq2q1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： 设有n1台型号相同的泵并联，即 A=a 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。即：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qQ/2，排量 增加，功率上升，电机有可能过载。H管路单泵并联QqQ/2(2) 串联泵站的工作特性 Q Hcq2,H2 q1,H1 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：(3) 串
7、、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（一般不超过四台）。 并联泵机组数的确定其中 :Q为设计输送能力，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，串联泵的台数应
8、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设计输送能力确定。(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 ，故泵损失小，效率高。 串联泵便于实现自动控制和优化运行。目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，节流损 失大，调节困难，不易实现密封输送。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1、输油
9、管道的压降组成根据流体力学理论，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 二、输油管道的压降计算2、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 。 根据流体力学理论 其中：e为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径。 是Re和e/D 的二元函数，具体的函数关系视流态而定。在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区 ，因该区的流态不稳定。实在无法避开时，该区的可按 紊流光滑区计算。 流态：分为层流和紊流
10、，中间还存在一个过滤区。(1) 流态划分和输油管道的常见流态 层流：Re2000过渡流：2000Re2 （简称粗糙区）我国输油管道工程设计规范规定的流态划分标准是：其中：输油管道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。(2) 管壁粗糙度的确定 管壁粗糙度 ：相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或2e/D)。 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
11、粗糙度如下： 无缝钢管：0.06mm直缝钢管：0.054mm螺旋焊缝钢管：DN=250350时取0.125mmDN400时取0.1mm(3) 水力摩阻系数的计算 我国输油管道工程设计规范规定的各区水力摩阻系数的计算公式见下表：流态 划分范围 f(Re,)层流 ReRe2=普朗特-卡 门公式勃拉休斯 公式伊萨耶夫 公式尼古拉兹 公式3、流量压降综合计算公式列宾宗公式 代入达西公式、和把令整理得即得到列宾宗公式：流态Am层流64 1 4.15紊流水力光滑区0.3164 0.25 0.0246混合摩擦区0.123 0.0802A粗糙区00.0826不同流态下的A、m、值不论是采用列宾宗公式还是达西公
12、式计算压降，都必须先确 定计算温度，以便计算油品粘度。计算温度可根据管道的起 终点温度（或加热站间进出站温度）按加权平均法计算：4、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。ABChL Li在计算和分析中经常用到单位输量 (Q=1m3/s)的水力坡降f，即单位流量 下、单位管道长度上的摩阻损失：5、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 ，管路所需总压头（即压头损失）与流量的关系（H-Q关 系）称为管路工作特性。ZHQ层 流 区过 渡 区紊流区QLJ输油
13、管道的工作特性曲线6、离心泵与管路的联合工作 确定泵站与管路的工作点（即流量、泵站扬程）的方法 有两种，即图解法和解析法。 AH HAQAQ管路总特性曲线泵站总特性曲线图解法：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-Z1起终点计算高差 1122即： (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） Q1 Q2u优点水击危害小，对自动化水 平要求不高。u缺点 流程和设备复杂，固定资产投资大； 油气损耗严重； 全线难以在最优工况下运行，能量浪费大 。u工作特
14、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 ：Lj、Zj第j站至第j1站间的计算长度和计算高差; Aj、Bj第 j 站的站特性方程的系数。式中： 密闭输油方式（也叫泵到泵流程） QQu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。 u缺点：要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。u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；设全线有n个泵站，各站特性相同，则
15、输量为：式中： Lj为管道计算长度 Z为管道计算高程差 当各站特性不同 时： 各站进、出站压力相互影响。 首站： 第二站：由站间能量平衡方程 :第 j 站： 式中： Lj-1为第j -1站到第j 站的管道长度， Zj-1为第j站与第j -1站的高程差 设有一条热油管道 ，管外径为 D ，周围介质温度为 T0 , 总 传热系数为 K ,输量为 G ，油品的比热为C ，出站油温为 TR ，加热站间距为 LR。则距加热站为L的地方的油温为：上式为考虑摩擦热时的轴向温降计算公式，又叫列宾宗温 降公式。式中三、原油管道的温降计算 1、轴向温降公式右图为轴向温降曲线，其特点是： 温降曲线为一指数曲线，渐近
16、 线为 T=T0+b在两个加热站之间的管路上，各 处的温度梯度不同，加热站出口 处，油温高，油流与周围介质的 温差大，温降快，曲线陡。随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温度的提 高，下一站的进站油温TZ变化较小。一般如果TR提高10， 下一站进站油温TZ只升高23 。因此为了减少热损失，出 站油温不宜过高。TTLTRT0+b2、温度参数的确定确定加热站的进、出站温度时，需要考虑三方面的因素：油品的粘温特性和其它的物理性质；管道的停输时间，热胀和温度应力等因素；经济比较，使总的能耗费用最低。 加热站出站油温的选择 考虑到原油中难免含水，加热温度一般不超过100。 如原油加热后进泵，则其加热温度不应高于初馏
