《中国石油大学华东输油管道设计与管理储运课件21》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国石油大学华东输油管道设计与管理储运课件21（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、输油管道工艺计算目的输油管道工艺计算目的： 2.确确定定管管径径、选选泵泵、确确定定泵泵机机组组数数、确确定定泵泵站站数数和和加加热热站站数数及及沿沿线线站站场场位位置置的的最最优优组组合合方方案案，并并为为管管道道采采用用的的控控制制和和保保护护措施提供设计参数。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;第二章第二章 等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算什么是等温输油管道什么是等温输油管道 ？输输送送轻轻质质成成品品油油或或低低凝凝点点原原油油的的长长输输管管道道，沿沿线线不不需需要要加加热热，油油
2、品品从从首首站站进进入入管管道道，输输经经一一定定距距离离后后，管管内内油油温温就就会等于管道埋深处的地温。会等于管道埋深处的地温。所所谓谓等等温温输输油油管管道道，即即指指那那些些在在输输送送过过程程中中油油温温保保持持不不变变的管道。这意味着：的管道。这意味着：油温油温=地温地温=常数常数油流与管壁、管壁与环境之间没有热交换。油流与管壁、管壁与环境之间没有热交换。 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性在在工工程程实实际际中中，这这个个条条件件一一般般是是达达不不到到的的。所所谓谓等等温温，也也是是一一种种近近似似。这这是因为：是因为：1、来油温度、来油温度地温地温; 2、摩擦热加热油流、摩
3、擦热加热油流; 3、沿线地温不等于常数。、沿线地温不等于常数。 在在工工程程实实际际中中，一一般般总总把把那那些些不不建建设设专专门门的的加加热热设设施施的的管管道道统统称称为为等等温温输输油油管管道道。它它不不考考虑虑热热损损失失，只只考考虑虑泵泵所所提提供供的的能能量量（压压头头）与与消消耗耗在在摩摩阻阻和高差上的能量（压头）相匹配（相平衡）。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等温输油管道的工艺计算夏夏季季来来油油温温度度高高于于地地温温，冬冬季季来来油油温温度度低低于于地地温温，但但经经过过1-2km后后，油油温温基基本本等等于于地地温温，与与整整条条管线相
4、比，该段管线很短。管线相比，该段管线很短。流流速速不不太太高高时时，摩摩擦擦升升温温很很小小，且且对对油油流流的的加加热是均匀的。热是均匀的。尤尤其其对对于于南南北北走走向向的的管管线线，但但我我们们可可以以将将其其分分段段，按按照照分段等温来考虑。分段等温来考虑。 第一节第一节 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 第二节第二节 输油管道的压能损失输油管道的压能损失 第三节第三节 等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算 第五节第五节 等温输油管道运行工况分析与调节等温输油管道运行工况分析与调节等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算 第四节第四节 等温输油管道设计方案的经济比较等温
5、输油管道设计方案的经济比较第一节第一节 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 一、长输管道的泵机组类型一、长输管道的泵机组类型 输油泵站的作用输油泵站的作用: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。便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。 不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。 长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。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：离心泵的型式有两种： 多级（高压）泵
6、多级（高压）泵:排量较小排量较小,又称为并联泵；又称为并联泵； 单级（低压）泵单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。排量大，扬程低，又称为串联泵。 1、长输管道用泵、长输管道用泵串串联联泵泵具具有有排排量量大大、扬扬程程低低、效效率率高高的的特特点点。我我国国20世世纪纪80年年代代研研制制的的KS型型串串联联泵泵比比并并联联泵泵效效率率高高10%左左右右，而而国国外外生生产产的的串串联联泵泵比比国国内内多多数数管管道道采采用用的的并并联联泵泵效效率率高高出出18%左右。左右。一一般般来来说说，输输油油泵泵站站上上均均采采用用单单一一的的并并联联泵泵或或串串联联泵泵，很很少少串串并并联
7、联泵泵混混合合使使用用，有有时时可可能能在在大大功功率率并并联联泵泵或或串串联联泵泵前串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。前串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性长长距距离离输输油油管管道道是是耗耗能能大大户户，而而等等温温输输油油管管道道的的耗耗能能设设备备主主要要是是输输油油主主泵泵，因因此此提提高高输输油油主主泵泵的的效效率率是是提提高高等等温温输输油油管管道道经经济济效效益益的的主主要要途途径径。如如果果将将输输油油管管道道的的输输油油主主泵泵效效率率由由70%左左右右提提高高85%左左右右，输输油油电电耗耗将将减减少少17%
8、以以上上。因因此此，在在成成品品油油管管道道的的日日常常管管理理中中，加加强强对对输输油油主主泵泵的的维维修修保保养养，使使其其始始终终处处于于高高效效状状态态工工作作，对对提提高高输输油油管管道道的的经济效益非常重要。经济效益非常重要。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性2、原动机、原动机 电动机电动机 柴油机柴油机 燃气轮机燃气轮机 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。分为供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为 ：电电动动机机具具有有体体积积小小、重重量量轻轻、噪噪音音低低、运
9、运行行平平稳稳可可靠靠、便便于于实实现现自自动动控控制制等等优优点点，对对于于电电力力供供应应充充足足的的地地区区一一般般均均采采用用电电动动机机作作为为原原动动机机。其其缺缺点点是是调调速速困困难难，需需要要专专门门的的调调速速装装置置。但但对对于于电电网网覆覆盖盖不不到到的的地地区区，是是否否采采用用电电动动机机要要进进行行经经济济比比较较。如如果果需需要要架架设设长长距距离离输输电电线线路路，采用电动机是不合适的。采用电动机是不合适的。与与电电动动机机相相比比，柴柴油油机机有有许许多多不不足足之之处处：体体积积大大、噪噪音音大大、运运行行管管理理不不方方便便、易易损损件件多多、维维修修工
10、工作作量量大大、需需要要解解决决燃燃料料供供应应问问题题。其其优优点点是是可可调调速速。对对于于未未被被电电网网覆覆盖盖或或电电力力供供应应不不足足的的地地区区，采采用用柴油机可能更为经济。柴油机可能更为经济。燃燃气气轮轮机机单单位位功功率率的的重重量量和和体体积积都都比比柴柴油油机机小小得得多多，可可以以用用油油品品和和天天然然气气作作燃燃料料，不不用用冷冷却却水水，便便于于自自动动控控制制，运运行行安安全全可可靠靠，功功率率大大，转转速速可可调调。一一些些退退役役的的航航空空发发动动机机经经改改型型后后可可用用于于驱驱动动离离心心泵泵。对对于于偏偏远远地地区区的的大大型型油油气气管管线线，
11、采采用用燃燃气气轮轮机机可可能能是是比比较较好好的的选选择择。如如前前面面提提到到的的横横贯贯阿阿拉拉斯斯加加管管线线采采用的就是改型后的航空燃气轮机。用的就是改型后的航空燃气轮机。 3 3、泵机组的辅助系统、泵机组的辅助系统 电动机电动机离心泵机组的辅助系统离心泵机组的辅助系统 电动机和离心泵的轴承润滑系统电动机和离心泵的轴承润滑系统 大型离心泵有强制润滑系统，对于大型离心泵有强制润滑系统，对于BinhamBinham泵，泵，有自润滑系统（油杯，循环）有自润滑系统（油杯，循环） 冷却水系统冷却水系统 国外离心泵由于轴承摩擦热少，不需冷取水，靠国外离心泵由于轴承摩擦热少，不需冷取水，靠风冷，先
12、进。风冷，先进。 漏油及污油回收系统漏油及污油回收系统 轴与泵盘间隙密封处存在漏油，底下有漏斗接轴与泵盘间隙密封处存在漏油，底下有漏斗接油，漏斗下有管道。油，漏斗下有管道。 柴油机离心泵机组的辅助系统柴油机离心泵机组的辅助系统 燃料供应系统燃料供应系统 燃料油缸燃料油缸 燃料油泵燃料油泵 使用前需要过滤使用前需要过滤 润滑油系统润滑油系统 润滑油用量大，高温下会分解，必须经常更换润滑油用量大，高温下会分解，必须经常更换 冷却水系统：循环水，用量大冷却水系统：循环水，用量大 压缩空气系统：大型柴油机需用压缩空气启动压缩空气系统：大型柴油机需用压缩空气启动 废热利用系统：柴油机效率废热利用系统：柴
13、油机效率40-50%，50-60%转转 换为热能由冷却水带走，换热器换热回收利用。换为热能由冷却水带走，换热器换热回收利用。 二、离心泵的工作特性二、离心泵的工作特性 1、离心泵的特性方程、离心泵的特性方程 对对于于电电动动离离心心泵泵机机组组，目目前前原原动动机机普普遍遍采采用用异异步步电电动动机机，转转速速为为常常数数。因因此此H=f(q)，扬扬程程是是流流量量的的单单值值函函数数，一一般般可用二次抛物线方程可用二次抛物线方程H=a-bq2表示。表示。 对对于于长长输输管管道道，常常采采用用H=a-bq2-m的的形形式式，其其中中a、b为为常常数数，可可根根据据泵泵特特性性数数据据由由最最
14、小小二二乘乘法法求求得得；m与与流流态态有有关关；q为为单单泵泵排排量量。采采用用上上式式描描述述泵泵特特性性，与与实实测测值值的的最最大大偏偏差差 2%。2、用最小二乘法回归泵特性方程、用最小二乘法回归泵特性方程 这里只介绍用最小二乘法进行一元线性回归的方法。但它并不这里只介绍用最小二乘法进行一元线性回归的方法。但它并不仅仅适用于一元线性方程，对于那些经过变量代换能够变为一仅仅适用于一元线性方程，对于那些经过变量代换能够变为一元线性方程的非线性方程，该方法同样适用。元线性方程的非线性方程，该方法同样适用。 设有几组实验数据，设有几组实验数据，(x1, y1)，(x2, y2)，(xn, yn
15、)，它们之间它们之间的关系可以用线性方程的关系可以用线性方程y=A+Bx表示，由于实验数据不可能完表示，由于实验数据不可能完全落在直线上，故它们之间存在误差。全落在直线上，故它们之间存在误差。xi点的实测值点的实测值yi与计算与计算值的偏差为：值的偏差为：di=yi-(A+Bxi)。如如果果把把各各点点的的偏偏差差加加起起来来，其其大大小小就就能能反反应应出出该该直直线线与与实实验验点点的的逼逼近近程程度度。但但我我们们不不能能将将各各点点的的偏偏差差直直接接用用求求代代数数和和的的方方法法相相加加，因因为为各各点点的的偏偏差差有有正正有有负负，求求代代数数和和会会正正负负抵抵消消，不不能能反
16、应实际偏差的大小，所以我们取各点偏差的平方和：反应实际偏差的大小，所以我们取各点偏差的平方和： 我我们们的的目目的的是是要要从从一一组组直直线线中中选选择择一一条条到到各各点点偏偏差差的的平平方方和和为最小的直线，即确定参数为最小的直线，即确定参数A、B的值，使的值，使S最小。最小。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 由高等数学求极值的方法知道，要使由高等数学求极值的方法知道，要使S最小，必须使最小，必须使: 从而得到从而得到输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 对于泵特性方程，对于泵特性方程，H=a-bq2-m，令令yi=Hi， 带入上式即可得到系数带入上式即可得到系数a和和b 。 检查回
17、归结果是否满意有两种方法：检查回归结果是否满意有两种方法： 求各个点的相对偏差求各个点的相对偏差 如果如果 max Q/2，排排量量增加，功率上升，电机有可能过载。增加，功率上升，电机有可能过载。H管路管路单泵单泵并联并联QqQ/22、串联泵站的工作特性、串联泵站的工作特性 Q Hc q2,H2 q1,H1输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 各泵流量相等，各泵流量相等，q=Q设有设有n2台型号相同的泵串联，则：台型号相同的泵串联，则： 泵站扬程等于各泵扬程之和：泵站扬程等于各泵扬程之和：特点：特点：1、两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会、两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会不会过载
18、？通过泵与管路联合工作的特性曲线不会过载？通过泵与管路联合工作的特性曲线图加以说明。图加以说明。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性2、若泵型号不同，如何求串联泵站的工作特性？、若泵型号不同，如何求串联泵站的工作特性？3.串、并联泵机组数的确定串、并联泵机组数的确定 选择泵机组数的原则主要有四条：选择泵机组数的原则主要有四条： 满足输量要求；满足输量要求；充分利用管路的承压能力；充分利用管路的承压能力；泵在高效区工作；泵在高效区工作；泵的台数符合规范要求（一般不超过四台）。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并联泵机组数的确定其中其中 :Q为设计输送能力，为设计输送能力
19、， q为单泵的额定排量为单泵的额定排量 。显然显然 不一定是整数不一定是整数 ，只能取与之相近的整数，这就是泵机，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。组数的化整问题。 如如果果管管线线的的发发展展趋趋势势是是输输量量增增加加，则则应应向向大大化化，否否则则向向小小化。一般情况下要向大化。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（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。规范规定，泵站至少设一台备用泵。 串联泵串联泵式中
20、：式中：H 为管路的许用强度（或设计工作压力）为管路的许用强度（或设计工作压力） H 为单泵的额定扬程。为单泵的额定扬程。 一一般般来来说说，串串联联泵泵的的台台数数应应向向小小化化，如如果果向向大大化化，则则排排出出压压力力会会超超过过管管材材的的许许用用强强度度。而而且且向向大大化化后后，泵泵站站数数将将减减少少，开开泵泵方方案案少少，操操作作不不灵灵活活。串串联联泵泵的的额额定定排排量量根根据据管管线线设设计计输送能力确定。输送能力确定。4、串、并联组合形式的确定、串、并联组合形式的确定 从从管管特特性性和和地地形形方方面面考考虑虑，对对于于地地形形平平坦坦的的地地区区或或下下坡坡段段，
21、站站间间管管道道较较长长，管管路路特特性性较较陡陡，泵泵所所提提供供的的能能量量主主要要用用于于克克服服摩摩阻阻损损失失，大大幅幅度度调调整整输输量量时时，串串联联泵泵站站节节流流损损失失可可能会小一些。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。能会小一些。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。 从从经经济济方方面面考考虑虑，串串联联效效率率较较高高，比比较较经经济济。我我国国并并联联泵泵的的效效率率一一般般只只有有7080%，而而串串联联泵泵的的效效率率可可达达90%。串串联联泵泵的的特特点点是是：扬扬程程低低、排排量量大大、叶叶轮轮直直径径小小、流流通通面面积积大大，故泵内轮阻损失小，效率高。故泵
22、内轮阻损失小，效率高。 Q1 Q2ABC h1h2并联并联串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较如如图图所所示示, 正正常常运运行行时时, 串串并并联联泵泵均均需需两两台台泵泵工工作作, 工工作作点点为为A, 流流量量为为Q1。当当需需将将输输量量降降为为Q2=1/2Q1时时, 串串并并联联泵泵均均只只开开一一台台泵泵即即可可。工工作作点点分分别别为为B、C。串串联联泵泵的的节节流流损损失失为为h1, 并联泵的节流损失为并联泵的节流损失为h2, 显然显然h2h1。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性对于地形比较陡、高
23、差比较大的爬坡地区，此时站间管道较对于地形比较陡、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，大幅度调整输量时，并联泵站节流损失可能会小差静压头，大幅度调整输量时，并联泵站节流损失可能会小一些。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。一些。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。 并联并联 Q2 Q1ABC h1 h2串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ上坡段串联泵与并联泵的比较上坡段串联泵与并联泵的比较如如图图所所示示, 正正常常运运行行时时, 串串并并联联泵泵均均需需两两台台泵泵工工作
24、作, 工工作作点点为为A, 流流量量为为Q1。当当需需将将输输量量降降为为Q2=1/2Q1时时, 并并联联泵泵只只开开一一台台泵泵即即可可,节节流流损损失失为为h1, 而而串串联联泵泵仍仍需需开开两两台台泵泵，节流损失为节流损失为h2, 显然显然h2h1。 串联泵便于实现自动控制和优化运行。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，而我国东部目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而我国东部大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损失大，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，不易实现密封输送。因此，东部管线改造的一个重调节
25、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，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。实行优化运行。 不存在超载问题不存在超载问题调节方便调节方便流程简单流程简单调节方案多调节方案多输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会不会过载？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。通过泵与管路联合工作的特性曲线图加以说明。设对应于叶轮直径设对应于叶轮直径D0的泵特性方程为：的泵特性方程为： H0=abq02-m由切割定律知：当叶轮直径为由切割定律知：当叶轮直径为D时，流量时，流量q和扬程和扬程H与与H0、q0之间的关系满足：之间的关系满足：设转速为设转速为n0时泵特性方程为：时泵特性方程为： H0=abq02-m由相似定律知：当转速为由相似定律知：当转速为n时，流量时，流量q和扬程和扬程H与与H0、q0之间之间的关系满足：的关系满足：
