輸油管道設(shè)計(jì)與管理(2011級第4次課)

上次課總結(jié)復(fù)習(xí)重點(diǎn)：（1）泵站的工作特性（2）管道的摩阻計(jì)算達(dá)西公式：列賓宗公式（3）管道的工作特性（4）水力坡降與水力坡降線第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算(5)泵管系統(tǒng)的工作點(diǎn)工作點(diǎn)旁接油罐工藝及工作點(diǎn)的求法“從泵到泵”密閉輸送工藝第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算（a）“從罐到罐”；（b）“旁接油罐”（c）“從泵到泵”第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算（4）管道系統(tǒng)工作點(diǎn)的公式法求解（泵到泵）根據(jù)壓頭供需平衡的原則，利用特性方程求解工作點(diǎn)。對于由N座特性相同的泵站組成的等直徑輸油管道，全線的壓頭供需平衡式為

由此求出工作點(diǎn)流量，并根據(jù)壓力供需平衡確定各站的進(jìn)出站壓頭第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.3.5翻越點(diǎn)及計(jì)算長度

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圖2-15翻越點(diǎn)與計(jì)算長度第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算

為使液流通過該高峰f，必須使液流在起點(diǎn)具有比H更高的壓頭Hf。液流不僅可從高峰自流到終點(diǎn)，而且還有剩余能量。如不采取其它措施以利用或消耗這部分剩余能量，則在高峰以后的管段內(nèi)將發(fā)生不滿流。線路上的這種高峰就稱為翻越點(diǎn)。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算翻越點(diǎn)定義一：如果使一定輸量的液體通過線路上的某高點(diǎn)所需的壓頭比輸送到終點(diǎn)所需的壓頭大，且在所有高點(diǎn)中該高點(diǎn)所需的壓頭最大，那么此高點(diǎn)就稱為翻越點(diǎn)。翻越點(diǎn)定義二：如果一定輸量的液體從某高點(diǎn)自流到終點(diǎn)還有能量富裕，且在所有的高點(diǎn)中該高點(diǎn)的富裕能量最大，則該高點(diǎn)叫做翻越點(diǎn)。思考題：如果線路上存在翻越點(diǎn)，但設(shè)計(jì)中沒有考慮，管線的輸量是否為零？第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算圖2-16翻越點(diǎn)后的流動狀態(tài)計(jì)算長度若線路上存在翻越點(diǎn)時，管道輸送所需要的起點(diǎn)壓力不能按起終點(diǎn)高程差及全長來計(jì)算，而應(yīng)按起點(diǎn)與翻越點(diǎn)的高程差及距離來計(jì)算。對翻越點(diǎn)以后，可按充分利用位差的原則來選擇管徑。起點(diǎn)與翻越點(diǎn)之間的距離即稱為管道的計(jì)算長度。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算翻越點(diǎn)的判斷

在縱斷面圖上作水力坡降線來判斷和確定翻越點(diǎn)。

翻越點(diǎn)不一定是管道沿線的最高點(diǎn)，往往是接近末端的某高點(diǎn)。

有無翻越點(diǎn)，不僅與地形起伏的情況有關(guān)，還決定于水力坡降的大小。水力坡降愈小，愈易出現(xiàn)翻越點(diǎn)。因此，在管道輸量逐年增大的情況下，?？赡茉谳斔统跗谟蟹近c(diǎn)，而在輸量接近滿載時，就沒有翻越點(diǎn)了。圖2-15翻越點(diǎn)與計(jì)算長度第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算思考題：如果線路上存在翻越點(diǎn)，但設(shè)計(jì)中沒有考慮，管線的輸量是否為零？第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.4泵站的布置2.4.1泵站數(shù)的確定理論泵站數(shù)N

根據(jù)任務(wù)流量，在泵站工作特性曲線上可以得到每個泵站所能提供的揚(yáng)程為Hc。管路全線消耗的壓力能為

N個泵站提供的總揚(yáng)程與總能量消耗相等，有得到理論泵站數(shù)：第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算

泵站數(shù)的化整

向小方向化整：N1<N副管變徑管圖解向大方向化整

N2>N

變徑管長度第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算圖解泵站數(shù)化整圖解NHCN2H//CN1H/CCNCN1CN2GN2GN1GNQ2Q1QHQ第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算注意事項(xiàng)1）對“旁接油罐”流程泵站數(shù)的確定與“泵到泵”流程方法一樣，但全線工作輸量將受到輸量最小站的控制；2）泵站數(shù)化整時流量的改變會造成原動機(jī)功率的變化。流量減少功率減小，流量增大，功率增大，需要校核；3）粘度變化會引起泵站數(shù)的計(jì)算結(jié)果發(fā)生變化；4）輸送溫度的變化會引起泵站數(shù)計(jì)算結(jié)果的變化。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.4.2泵站的布置

站址的確定一方面要滿足水力條件的要求，另一方面又必須考慮工程實(shí)踐上的許多要求。設(shè)計(jì)時一般都是先根據(jù)水力條件在縱斷面圖上布置泵站，然后到現(xiàn)場勘察，與各有關(guān)方面協(xié)商，根據(jù)實(shí)際情況確定站址。最后再進(jìn)行水力核算，作適當(dāng)調(diào)整。

泵站布置就是在縱斷面圖上根據(jù)水力條件初定站址。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算（1）布置泵站的基本方法1）按選定的比例作管道的縱斷面圖；2）求工作點(diǎn)流量和各泵站揚(yáng)程；3）根據(jù)“工作點(diǎn)”流量計(jì)算水力坡降；4）在起點(diǎn)作垂線AO，AO=Hd1；5）從O點(diǎn)作水力坡降線，其與縱斷面圖的交點(diǎn)為B；6）對“旁接油罐”方式，在B點(diǎn)設(shè)置第二站，其它各站依次類推；7）對“泵到泵”方式，要求離心泵進(jìn)口有一定壓力，按照最高和最低壓力要求確定第二站的可能布置區(qū)并布站。其他各站依次類推。圖解布置的泵站OBO/HSmaxHSminO//C/CDE第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算（2）敷設(shè)副管的輸油管道泵站布置

敷設(shè)副管（或變徑管）的目的，在于泵站數(shù)化小后，仍然保證按任務(wù)流量輸油，因此就要按照任務(wù)流量來確定Hc和i。計(jì)算i和從泵站特性曲線上確定Hc時，同樣要考慮干線的局部摩阻和泵站的站內(nèi)摩阻。

站間鋪設(shè)副管后，擴(kuò)大了下游泵站的可能布置區(qū)。

副管敷設(shè)在進(jìn)站前管道上好。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.5泵站及管道工作情況的校核2.5.1進(jìn)出站壓力校核

在密閉輸送管道的設(shè)計(jì)中，泵站站址確定以后，進(jìn)出站壓力的校核主要考慮兩種情況：（l）一年中最高和最低油溫時的進(jìn)出站壓力。對于埋地等溫輸送管道，一年中最高和最低油溫也就是夏、冬季時的最高和最低地溫。油溫高時，油流的粘度小，水力坡降線及管道特性曲線都較平緩；反之，粘度大，水力坡降線及管道特性曲線都較陡。故進(jìn)出站壓力會隨季節(jié)而變化。（2）幾種油品順序輸送時，輸送粘度最大的油品和粘度最小的油品時進(jìn)出站壓力的變化情況。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算校核方法：圖解法：如圖所示三個泵站的輸油管道，實(shí)線是管道按平均粘度確定的水力坡降線，而虛線是最大粘度時管道的水力坡降線。解析法：首站到c+1站管道的能量平衡式

根據(jù)全線壓降平衡可得（沒有考慮終點(diǎn)剩余壓頭）12cc+1NZcZc+1Lc-1，△Zc,1Lc，△Zc+1,1第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算

—首站至c＋1站C個站間的平均站間距；

—首站至終點(diǎn)（或翻越點(diǎn)）的平均站間距；

f—單位流量的水力坡降，。油品粘度的變化只引起f的變化，故第c＋1站進(jìn)站壓力Hs（c+1）的變化決定以下分式的變化。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算若隨著油品粘度的增加，分式之值增大，故Hs（c+1）減??；若隨著油品粘度的增加，分母之值增大，故Hs（c+1）增加；若隨著油品粘度的變化不影響Hs（c+1）。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算1）分析粘度變化對進(jìn)出站壓力的影響；2）分析粘度變化對泵站可能布置區(qū)的影響，總體上講，粘度變化使泵站的可能布置區(qū)縮小了。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.5.2動、靜水壓頭的校核（1）動水壓頭的校核

動水壓力指油流沿管道流動過程中各點(diǎn)的剩余壓力。在縱斷面圖上，動水壓力是管道縱斷面線與水力坡降線之間的垂直高度。動水壓力的大小不僅取決于地形的起伏變化，而且與管道的水力坡降和泵站的運(yùn)行情況有關(guān)。

校核動水壓力，就是檢查管道的剩余壓力是否在管道操作壓力的允許值范圍內(nèi)。即最低動水壓力（一般為高點(diǎn)壓力）應(yīng)高于0.2MPa，最高動水壓力應(yīng)在管道強(qiáng)度的允許值范圍內(nèi)。地形起伏劇烈，落差大的地區(qū)，動水壓力可能超過最大允許工作壓力，需設(shè)置減壓站。當(dāng)局部管道的動水壓力超過管道強(qiáng)度的允許值時，大都采取增加壁厚，提高承壓能力的方法。對于動水壓力超限的管道，是采取增加壁厚，還是設(shè)減壓站，需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。對于最高動水壓力的校核要注意以下幾點(diǎn)：校核動水壓力應(yīng)根據(jù)管道可能承受壓力的最不利條件進(jìn)行。比如壓力越站或者分期分批建設(shè)管道的水力越站問題。設(shè)計(jì)時：應(yīng)按照二期的泵站間距來校核動水壓力；不同站間，承壓要求不同，應(yīng)分別校核；考慮高差時也應(yīng)按照越站來校核。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算1

2

3

4

5二期工程一期工程第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.5.2動、靜水壓頭的校核（2）靜水壓頭的校核

靜水壓力指油流停止流動后，由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力。翻越點(diǎn)后的管段或線路中途高峰后的峽谷地帶，停輸后的靜水壓力有可能大于管道允許的工作壓力。管道停站后，在靜水壓力作用下，高點(diǎn)后的管內(nèi)液體會繼續(xù)向著終點(diǎn)站流動，可能造成高點(diǎn)后一定長度的管道壓力處于液體的飽和蒸氣壓。這種情況，可用高點(diǎn)下游閥門控制停輸后的管內(nèi)壓力，以避免發(fā)生此種現(xiàn)象。?h（3）管道大落差段的設(shè)計(jì)管道大落差帶來的問題下坡段低點(diǎn)動、靜水壓力超高。管道下坡段的高處可能出現(xiàn)不滿流，造成液柱分離，形成氣體段塞（氣袋），管道發(fā)生振動，離心泵發(fā)生氣蝕甚至斷流，損壞站內(nèi)設(shè)備。氣袋降低壓力波的傳遞速度，使水擊分析和控制變得復(fù)雜，水擊壓力增加使氣袋破滅，上下游液柱高速相遇，產(chǎn)生巨大的壓力而使管道超限，威脅管道安全。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算解決管道大落差的方法按“等強(qiáng)度”原則，采用變壁厚管道設(shè)計(jì)，在低點(diǎn)處增加壁厚保證管道安全；采用變徑管設(shè)計(jì)，在下坡段采用較小管徑，加大沿程摩阻，降低低點(diǎn)處的動水壓力，并減少管材的用量，降低工程投資。在地勢陡峭的地區(qū)采用隧道敷設(shè)以降低下坡段的高差，同時縮短線路，降低投資及動力費(fèi)用。設(shè)置減壓站，運(yùn)行時減壓閥節(jié)流降低動水壓力，停輸時關(guān)閉減壓閥隔斷靜壓。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算我國輸油管道的大落差情況和解決方法庫鄯線蘭成渝成品油管道第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算庫鄯線減壓站的設(shè)計(jì)第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算庫爾勒—鄯善輸油管道805.3線路全長：475km；管徑：610mm；設(shè)計(jì)輸量：500×104t/a～1000×104t/a；管道設(shè)計(jì)院與意大利斯南普及提公司合作設(shè)計(jì)。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算1、除了粘度變化造成輸油工況變化外，還有些什么原因會導(dǎo)致工況變化？2、工況的變化過程第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.6等溫輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié)2.6.1中間站停運(yùn)工況分析L

N個泵站

l1lc-2第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算提問：流量會怎么變？停運(yùn)前：停運(yùn)后：停運(yùn)后流量：Q

Q*

第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算（1）停運(yùn)站前各站

停運(yùn)前：停運(yùn)后：兩式相減：出站壓力：

結(jié)論：

中間站停運(yùn)，停運(yùn)站前各個站停運(yùn)前后進(jìn)出站壓力均增加，離停運(yùn)站越遠(yuǎn)，這種變化越小。（2）停運(yùn)站后各站

思路：由第c+1站進(jìn)口至末站油罐液面的能量平衡式求得。

第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算停運(yùn)前：停運(yùn)后：

結(jié)論：

中間站停運(yùn)，停運(yùn)站后各個站停運(yùn)前后進(jìn)出站壓力均降低，離停運(yùn)站越遠(yuǎn)，這種變化越小。（3）總結(jié)

中間站停運(yùn)，全線流量減少。停運(yùn)站前各站進(jìn)出口壓力均增加；停運(yùn)站后各站進(jìn)出口壓力均降低，離停運(yùn)站越遠(yuǎn)，這種變化越小。

lC-2lC-1lCLCC-1C+1第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算i*i第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算2.6.2漏油工況分析

流量的變化（Q

Q*Q*-q之間的關(guān)系？）

qQ*-qQ*Q漏油點(diǎn)前漏油點(diǎn)后怎么寫能量平衡方程？第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算兩式相加漏油前，全線能量平衡式：

對比兩式

結(jié)論：干線漏油，漏點(diǎn)前面流量變大，漏點(diǎn)后面流量減小。第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算進(jìn)出站壓力漏點(diǎn)前：第C站

兩式相減：漏油前漏油后

結(jié)論

中間站漏油，漏油點(diǎn)前流量增加，漏油點(diǎn)后流量降低。漏油點(diǎn)前后各站（全線各站）進(jìn)出口壓力均下降；離漏油點(diǎn)越遠(yuǎn)，這種變化越小。lC-1lCLCC+1第二章等溫輸油管道的工藝計(jì)算i*iiq*想一想：i

i*iq*三者之間是什么大小關(guān)系？輸油管道的調(diào)節(jié)Q2Q1QHQ2.6.3輸油管道的調(diào)節(jié)

改變