輸油管道課件

輸油管道設(shè)計(jì)與管理

第三章輸油管道設(shè)計(jì)與管理

長輸管道是長距離輸油管道的簡(jiǎn)稱，它是指流量大，管徑大，運(yùn)距長的自成體系的管道系統(tǒng)。長輸管道總是由輸油站和線路組成。而首站、末站和中間站統(tǒng)稱為輸油站。首站末站1＃站2＃站末站中間站管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)：①運(yùn)量大，基建費(fèi)用低（與鐵路相比）⑥管輸適于大量、單向、定點(diǎn)的運(yùn)輸，不如鐵路、公路運(yùn)輸靈活。⑤占地少，受地形限制少。④運(yùn)價(jià)低，耗能少。③便于管理，易于實(shí)現(xiàn)集中控制，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。②受外界限制少，可長期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，對(duì)環(huán)境的污染小。什么叫等溫輸油管道？輸送輕質(zhì)成品油或低凝點(diǎn)原油的長輸管道，沿線不需要加熱，油品從首站進(jìn)入管道，輸經(jīng)一定距離后，管內(nèi)油溫就會(huì)等于管道埋深處的地溫。所謂等溫輸油管道，即指那些在輸送過程中油溫保持不變的管道。這意味著：油溫=地溫=常數(shù)。油流與管壁、管壁與環(huán)境之間沒有熱交換。第一節(jié)等溫輸油管道的工藝計(jì)算在工程實(shí)際中，這個(gè)條件一般是達(dá)不到的。所謂等溫，也是一種近似。這是因?yàn)椋?、來油溫度≠地溫。

2、摩擦熱加熱油流。3、沿線地溫不等于常數(shù)。

在工程實(shí)際中，一般總把那些不建設(shè)專門的加熱設(shè)施的管道統(tǒng)稱為等溫輸油管道。它不考慮熱損失，只考慮泵所提供的能量（壓頭）與消耗在摩阻和高差上的能量（壓頭）相匹配（相平衡）。第一節(jié)等溫輸油管道的工藝計(jì)算

主要包括分析管路的能量損失、泵站的工作特性、泵站數(shù)的確定及泵站布置過程中遇到的工程實(shí)踐問題一、輸油管路的壓能損失

管路輸油過程中壓力能的消耗主要包括兩部分，一是克服地形高差所需的位能，對(duì)某一具體管路來說，它僅決定于管路沿線地形的起伏情況，不隨流量的變化而變化；二是克服油品沿管路流動(dòng)過程中的摩擦及撞擊阻力，通常稱為摩阻損失。油品在管路中流動(dòng)時(shí)，由于外部條件不同，其流動(dòng)阻力與能量損失，通常分為如下兩種形式。（一）沿程阻力與沿程摩阻損失油品在管路中流動(dòng)時(shí)，與壁面以及油流之間存在摩擦力，所以流動(dòng)過程中總是受到摩擦力的阻礙。這種沿流程的摩擦阻力，就叫做沿程阻力。油流克服沿程阻力而損失的能量，就叫做沿程摩阻損失。

造成沿程摩阻的物理原因：油品的粘性，以及管內(nèi)壁面有一定的粗糙度，使油流運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生摩擦。

長輸管線中，站間管路的摩阻損失主要是沿程摩阻

（二）局部阻力與局部摩阻損失

當(dāng)流體通過流動(dòng)斷面改變、流動(dòng)方向改變以及流經(jīng)局部裝置時(shí)，其流動(dòng)就會(huì)受到阻礙和影響。這種由于管路中局部變化所引起的、并且集中在這一局部區(qū)域內(nèi)的阻礙和影響，就叫做局部阻力。流體克服局部阻力所損失的能量，就叫局部摩阻損失。

1、產(chǎn)生局部阻力的條件（1）管道斷面發(fā)生變化，例如斷面突然擴(kuò)大（2）流動(dòng)方向有改變，例如彎管（3）管路中有局部裝置，例如裝有閥門

2、產(chǎn)生局部摩阻的物理原因（1）任何斷面形狀的改變，都必將引起流速的重新分布，因而附加了流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和流體質(zhì)點(diǎn)的急劇變形，結(jié)果導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)間附加摩擦和相互撞擊，使流體能量受到損失；（2）流速的重新分布，總是伴隨有流動(dòng)分離和旋渦的形成，在旋渦區(qū)由于粘性的存在，便有摩擦的能量損失；（3）在旋渦區(qū)中，有質(zhì)點(diǎn)被主流所帶走，即有動(dòng)量交換，因而消耗運(yùn)動(dòng)流體的能量。

輸油站的站內(nèi)摩阻則主要是局部摩阻

總摩阻hw是所有沿程摩阻和局部摩阻的疊加

hw=∑hl+∑hj二、管路的壓降計(jì)算對(duì)管內(nèi)徑d和管長l一定的某管路，當(dāng)輸送一定量的某油品時(shí)，由起點(diǎn)至終點(diǎn)的總壓力降H

可由下式計(jì)算根據(jù)流體力學(xué)理論，輸油管道的總壓降可表示為：其中：hL為沿程摩阻，可用達(dá)西公式計(jì)算

hξ為局部摩阻

(zj-zQ)為計(jì)算高程差式中：L——管路長度，m；

d——管內(nèi)徑，m；

V——平均流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2

λ——水力摩阻系數(shù)。

水力摩阻系數(shù)λ隨流態(tài)而不同，它是雷諾數(shù)Re和管壁相對(duì)粗糙度ε的函數(shù)

Zj-管路終點(diǎn)高程，mZQ－管路起點(diǎn)高程，m雷諾數(shù)Re標(biāo)志著油品流動(dòng)過程中，粘滯阻力與慣性阻力在總阻力損失中所起的作用。雷諾數(shù)小時(shí)，粘滯阻力起主要作用，雷諾數(shù)大時(shí)，慣性損失起主要作用。

Re=vd／ν=4Q／πdν

（3—3）管壁的絕對(duì)粗糙度e系指管路內(nèi)壁突起高度的統(tǒng)計(jì)平均值。

ε=2e／D

（3－4）三、流態(tài)劃分和輸油管道的常見流態(tài)層流：Re<2000

過渡流：2000<Re<3000

紊流光滑區(qū)：3000<Re<Re1

（簡(jiǎn)稱光滑區(qū)）紊流混合摩擦區(qū)：Re1<Re<Re2（簡(jiǎn)稱混摩區(qū)）紊流粗糙區(qū)：Re>Re2

（簡(jiǎn)稱粗糙區(qū)）我國《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的流態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)是：

流態(tài)的劃分：層流

液態(tài)的質(zhì)點(diǎn)作平行于管路中心軸線的運(yùn)動(dòng)。紊流液流的質(zhì)點(diǎn)作紊亂運(yùn)動(dòng)，不但有隨液流整體的向前運(yùn)動(dòng)，還有沿管子徑向的運(yùn)動(dòng)。在水力光滑區(qū)，層流邊層的厚度能蓋住管內(nèi)壁上的全部粗糙突起，此范圍內(nèi)λ僅與Re有關(guān)。在混合摩擦區(qū)，部分粗糙突起露在層流邊層之外，油流撞著這些突起，形成旋渦，增加阻力，粗糙度對(duì)水力摩阻系數(shù)發(fā)生影響，λ成為Re、ε兩者的函數(shù)，λ=f（Re，ε）。

在粗糙區(qū)，層流邊層的厚度非常小，粗糙突起幾乎全部露在層流邊層之外，慣性損失愈占主導(dǎo)地位，水力摩阻系數(shù)只決定于粗糙度，該區(qū)也稱阻力平方區(qū)。

其中：輸油管道中所遇到的流態(tài)一般為：

熱含蠟原油管道：水力光滑區(qū)較輕的成品油管道：混合摩擦區(qū)高粘原油和燃料油管道：層流區(qū)長輸管道一般很少工作在粗糙區(qū)?！鱖HQ層流區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)QLJ輸油管道的工作特性曲線四、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算我國常用的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計(jì)算公式見下表。流態(tài)劃分范圍

λ＝f(Re,ε)層流Re<2000

λ=64/Re紊流水力光滑區(qū)

3000<Re<Re1=混合摩擦區(qū)

<Re<Re2粗糙區(qū)Re>Re2=

流態(tài)Amβ層流

64

1

4.15紊流水力光滑區(qū)

0.3164

0.25

0.0246混合摩擦區(qū)

0.123

0.0802A粗糙區(qū)λ00.0826λ不同流態(tài)下的A、m、β值五、列賓宗公式

（3－5）列賓宗公式反映了：沿程摩阻與流量Q、粘度ν、管內(nèi)徑d、管長L間的相互關(guān)系：

隨著流量、粘度和管長的增大，或管徑的減小，沿程摩阻隨之增大

列賓宗公式與其他公式配合可解決管路的設(shè)計(jì)和計(jì)算中常遇到的三類問題：

1、已知管徑、管長和地形（即管線起點(diǎn)和終點(diǎn)的標(biāo)高），當(dāng)一定流量的某種液體通過時(shí)，可確定管路中的壓力降或從而確定起點(diǎn)所需的壓頭，或計(jì)算水力坡降。其計(jì)算程序是：（1）根據(jù)給定的流量、管徑、液體性質(zhì)、算出Re，確定流態(tài)；（2）根據(jù)流態(tài)確定β、m值，按式（3—5）算出水頭損失；（3）考慮所克服的位差及局部摩阻后，算出壓降或起點(diǎn)壓頭，或由沿程摩阻和管長確定水力坡降。2、已知管徑、管長和地形，在一定的壓力限制下，確定某種油通過時(shí)的最大輸送能力，即輸送量的大小。由于流量是未知數(shù)，無法確定流態(tài)，可用試算法。即先設(shè)定流態(tài)，選好β及m值，由式（3—5）求出

Q=(3-6)再用求出的流量計(jì)算雷諾數(shù)校核流態(tài)，看是否與原假設(shè)流態(tài)相符。如不符，再重新假設(shè)流態(tài)試算。3、已知管長、地形及輸送某液體的流量，要求選管徑。

在初步計(jì)算時(shí)，可選用經(jīng)濟(jì)流速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般油田內(nèi)部管道流速以1~2米/秒為宜。外輸管道流速可取1~3米/秒。六、管路的水力坡降

定義：管道單位長度上的摩阻損失稱為水力坡降。用i

表示：或水力坡降與管道長度無關(guān)，只隨流量、粘度、管徑和流態(tài)不同而不同。單位流量的水力坡降：

局部摩阻的計(jì)算

局部摩阻ｈｊ可按下式計(jì)算ｈj

＝或者ｈｊ＝其中

ξ=

管件或閥件的當(dāng)量長度系指與流體通過該管中所產(chǎn)生的摩阻損失相當(dāng)?shù)闹惫芏伍L。式中:ｈｊ——局部摩阻，m；

ξ——局部摩阻系數(shù)；

L當(dāng)——管件或閥件的當(dāng)量長度；

d——管內(nèi)徑，m；

v——平均流速。m/s2；λ——水力摩阻系數(shù)。計(jì)算舉例：見書236頁例1例2例3例4

當(dāng)液體自高向低自由泄流時(shí)，能量的供應(yīng)主要靠位差（即位置水頭差），能量的消耗是摩阻損失(見a圖）。一般情況下，管線兩端液面的壓力均可以認(rèn)為接近于大氣壓力，即壓差為零。

AB圖ahw七、常見管路及其特性在向高罐加壓時(shí)，壓差也屬于能量供應(yīng)。當(dāng)油品通過泵由甲處向乙處輸送時(shí)，則能量供應(yīng)主要靠泵的揚(yáng)程，此能量將消耗在位差和管路的摩阻損失上。甲乙圖bPoPoZhw對(duì)管路本身來說，不同的流量通過時(shí)，流速不同，摩阻損失也不同。根據(jù)摩阻損失計(jì)算公式，當(dāng)有局部摩阻損失是可折算成當(dāng)量長度并入沿程摩阻損失中，有：

對(duì)于一定管長和管徑的管路，系數(shù)α將隨著λ值而變化，給不同的流量，將可算出不同的流量損失。繪成曲線，稱為管路特性曲線。（一）、管路特性曲線Q

hwZhwQH管路特性曲線泵輸油品時(shí)的管路特性曲線一條管路（管徑、管長、位差一定）輸送一種油品（粘度一定）有一條一定的特性曲線。當(dāng)管徑、管長、位差和粘度任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，就變?yōu)榱硪粭l特性曲線。（二）串聯(lián)管路和并聯(lián)管路的水力特性

由不同長度、不同直徑的管段依序連接的管路稱為串聯(lián)管路自一點(diǎn)分離而又匯合到另一點(diǎn)處的兩條或兩條以上的管路稱為并聯(lián)管路1、串聯(lián)管路的水力特性hQh1h2h3q1q2Q1Q2Q3串聯(lián)管路串聯(lián)管路的水力特點(diǎn)：

（1）各聯(lián)接點(diǎn)處流量平衡，即進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的總流量等于流出節(jié)點(diǎn)的總流量（2）全線總摩阻損失為各段摩阻損失之和。HQ1Q2Q3Q4Q5H5H1串聯(lián)管路的特性曲線q1q2q1+q22、并聯(lián)管路的水力特性

Q1d1Q2d2Q3d3ABQQhAB并聯(lián)管路Q15Q25Q15+Q25 q1q2q1//q2QHQ1Q2Q1+Q2

H1H5并聯(lián)管路的特性曲線并聯(lián)管路的水利特點(diǎn)：（1）進(jìn)入各并聯(lián)管的總流量等于流出各并聯(lián)管的總流量。（2）不同并聯(lián)管段從A到B單位重量液體的能量損失都相同。八、輸油泵站的工作特性

輸油泵站的工作特性指輸油泵站的排量與揚(yáng)程的相互關(guān)系。

可用曲線H=f（Q）來表示。

當(dāng)一臺(tái)泵機(jī)組工作時(shí)，則該泵機(jī)組的特性曲線即為該泵站的特性曲線。由多臺(tái)泵機(jī)組共同工作的泵站工作特性曲線，由各臺(tái)泵機(jī)組的工作特性曲線并聯(lián)或串聯(lián)相加而得。

多臺(tái)泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的泵站工作特性曲線，為同時(shí)工作的各機(jī)組特性曲線并聯(lián)相加。即在同一揚(yáng)程下，將各機(jī)組的排量相加而得出泵站的特性曲線。

輸油泵站的工作特性

輸油泵站的工作特性可用H=f(Q)表示輸油泵的基本組合方式一般有兩種：串聯(lián)和并聯(lián)1、并聯(lián)泵站的工作特性并聯(lián)泵站的特點(diǎn)：泵站的流量等于正在運(yùn)行的輸油泵的流量之和，每臺(tái)泵的揚(yáng)程均等于泵站的揚(yáng)程。即：QHc

q2

q1設(shè)有n1臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)，則：

A=a

泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，要防止泵電機(jī)過載。例如兩臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，若一臺(tái)泵停運(yùn)，由特性曲線知，單泵的排量q>Q/2，排量增加，功率上升，電機(jī)有可能過載。并聯(lián)泵流程圖2、串聯(lián)泵站的工作特性

Q

Hc

q2,H2

q1,H1特點(diǎn)：各泵流量相等，q=Q，泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和：設(shè)有n2臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)，則：Q1Q2=Q1+Q1Q4=Q2//Q2Q1Q3=Q1//Q1Q4=Q3=Q3離心泵站的特性曲線離心泵的串、并聯(lián)工作輸油站的工作特性，反映了輸油站的揚(yáng)程與排量的相互關(guān)系，即輸油站的能量供應(yīng)特性。

輸油站的排量就是輸油管的流量，

輸油站的出站壓頭（不考慮站內(nèi)摩阻時(shí)，等于輸油泵的出口壓頭，即等于輸油站的揚(yáng)程加上進(jìn)口壓頭），就是油品在管內(nèi)流動(dòng)過程中摩阻損失和克服位差消耗的能量的來源。

輸油管全線各輸油站的能量供應(yīng)之和必然等于全線管路的能量消耗。

九、泵站—管路系統(tǒng)的工作點(diǎn)

在長輸管線上，泵站和管路組成了一個(gè)統(tǒng)一的輸油體系。它們?cè)诠ぷ髦凶袷刭|(zhì)量守恒和能量守恒這兩個(gè)自然界的基本規(guī)律。即泵站的排量等于管路的流量；管路所消耗的能量等于泵站所提供的壓力。泵站和管路任一方面發(fā)生變化，都會(huì)引起系統(tǒng)工作參數(shù)的變化。（一）工作點(diǎn)

泵站特性曲線與管路特性曲線相交的點(diǎn)即為泵站—管路系統(tǒng)的工作點(diǎn).

即泵站工作時(shí)能量的供應(yīng)和消耗達(dá)到平衡。如圖3—8所示，只有泵和管路的流量為QA的情況下，泵給出的揚(yáng)程才與管路消耗及克服位差所消耗的能量相等。在泵站的特性和管路特性既定之后，工作點(diǎn)就只有一個(gè)。一定的工作條件就決定了一定的工作點(diǎn)。（二）工作點(diǎn)的改變

1、由于泵站特性曲線的改變?nèi)鐡Q用不同直徑的葉輪的泵,或改變泵的轉(zhuǎn)速,都會(huì)使泵特性發(fā)生變化,因而工作點(diǎn)A將變至另一點(diǎn)A′,如圖3—9所示。

Z圖3—8泵站—管路系統(tǒng)的工作點(diǎn)圖3—9泵特性變化引起工作點(diǎn)的變化QHCGAHAQAA`AZQ`AQAQHAH`AC(D或n）C(D`或n`)G2、由于管路阻力的改變?nèi)绻推氛扯雀淖儭⒐苈穬?nèi)結(jié)蠟或利用閥門調(diào)節(jié)流量，都會(huì)引起管內(nèi)阻力的變化，因而工作點(diǎn)就要改變，如圖3—10所示（圖中表示阻力增加的情況）。ZH`AHAA`AG`GQ`AQAC圖3—10管路阻力改變引起工作點(diǎn)的變化

工況發(fā)生變化就是泵站或管路特性曲線的改變，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入新的工作點(diǎn)處運(yùn)行，改變了輸量。如欲保持原來的輸量，就需要采取調(diào)節(jié)措施，改變泵站或管路的工作特性，使其交點(diǎn)恢復(fù)到A處

長輸管線的運(yùn)行就是能量供求平衡關(guān)系的破壞和重建的反復(fù)過程，保持能量供求的平衡，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。

（三）輸油方式對(duì)工作點(diǎn)的影響

“旁接油罐”輸送方式---上站來的輸油干管與下站的吸入管路相聯(lián)，同時(shí)在吸入管路上并聯(lián)著與大氣相通的旁接油罐。油罐用于調(diào)節(jié)兩站間排量的差額，多進(jìn)少出。各泵進(jìn)口壓力均決定于本站旁接油罐的液面高度、泵的吸入能力及油罐到泵的吸入管路的水力摩阻。

由于旁接油罐的存在，將管路分成了若干個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。

“旁接油罐”輸送方式對(duì)上下站輸量的不平衡，起到緩沖調(diào)節(jié)作用。當(dāng)上下站輸出量均衡時(shí)，油罐內(nèi)液面平穩(wěn)，在采用此方式輸油時(shí)，每個(gè)泵站與下站間的管路單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)水力系統(tǒng)。

“從泵到泵”輸送方式

“從泵到泵”輸送方式---上站來的輸油干管直接與下站泵機(jī)組的吸入管相連，正常工作時(shí)，各站的泵機(jī)組直接串聯(lián)工作。整個(gè)管路形成一個(gè)密閉的連續(xù)的水力系統(tǒng)。

進(jìn)口壓力—前一站所給出的壓頭減去站間管路所需要的壓頭，即剩余的壓頭

出口壓頭—進(jìn)口壓頭與泵機(jī)組揚(yáng)程之和

對(duì)于僅有一臺(tái)泵機(jī)組工作時(shí)，則這臺(tái)泵機(jī)組的工作特性即這個(gè)站的工作特性，所以泵站的工作點(diǎn)也就是這臺(tái)泵的工作點(diǎn)。當(dāng)有幾臺(tái)泵聯(lián)合工作時(shí)，每臺(tái)機(jī)組的工作點(diǎn)可借助泵站特性曲線與各機(jī)組特性曲線的關(guān)系來分析。

1、泵機(jī)組并聯(lián)工作的泵站

（1）兩臺(tái)特性相同的泵并聯(lián)

兩臺(tái)泵并聯(lián)后總的流量等于兩泵在同一揚(yáng)程下的流量相加，即QⅠ+Ⅱ=QⅠ+QⅡ，HⅠ=HⅡ。兩泵并聯(lián)后總性能曲線，等于兩泵性能曲線在同一揚(yáng)程下的各對(duì)應(yīng)點(diǎn)疊加起來。圖中1點(diǎn)是兩臺(tái)特性相同的泵并聯(lián)工作時(shí)的工作點(diǎn)。從1點(diǎn)作水平線與單泵的特性曲線交于2點(diǎn)，便可確定出單泵的流量QⅠ或QⅡ，同時(shí)從單泵的效率曲線上點(diǎn)3處可得出單泵的效率。（四）泵站工作點(diǎn)與泵機(jī)組工作點(diǎn)的關(guān)系（2）兩臺(tái)不同性能的泵并聯(lián)

曲線Ⅰ和Ⅱ?yàn)閮牲c(diǎn)不同性能泵的性能曲線，Ⅰ+Ⅱ是兩泵并聯(lián)后的Q—H曲線，這時(shí)工作點(diǎn)為1。HⅠ=HⅡ?yàn)椴⒙?lián)后的揚(yáng)流量為QⅠ+Ⅱ1點(diǎn)引水平線交Ⅰ及Ⅱ線于3及2，其相應(yīng)的流量就是單泵的流量QⅠ和QⅡ。點(diǎn)7和點(diǎn)6代表單泵的效率。它們單獨(dú)工作時(shí)的工作點(diǎn)分別為5和4。從圖3—12中可以看出，并聯(lián)后揚(yáng)程比泵單獨(dú)工作時(shí)高，而流量小于兩泵單獨(dú)在管路上工作時(shí)的流量之和。2、泵機(jī)組串聯(lián)工作的泵站

圖中點(diǎn)1是兩泵串聯(lián)后的工作點(diǎn)。點(diǎn)1的縱座標(biāo)與單泵曲線交于點(diǎn)2，就是串聯(lián)情況下單泵的工作點(diǎn)。點(diǎn)3則相應(yīng)于一臺(tái)泵單獨(dú)工作時(shí)的工作點(diǎn)。把它和點(diǎn)2比較，可以看出，兩臺(tái)泵串聯(lián)后，每臺(tái)泵的壓頭都比單泵工作時(shí)稍低一些，但比一臺(tái)泵單獨(dú)工作時(shí)的流量增大了。123十、等溫輸油管道的工藝計(jì)算

工藝計(jì)算主要解決的問題是：

（1）確定經(jīng)濟(jì)上最為合理的主要參數(shù)，包括管徑、管壁厚度、泵站出口壓力和泵站數(shù)；（2）當(dāng)管道長度、管徑、泵機(jī)組的型號(hào)、泵站數(shù)目和工作條件已選定時(shí)，在管道沿線布置輸油泵站，確定站址；（3）對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的管道，估算及校核不同工況下的操作壓力和實(shí)際輸油量，用以指導(dǎo)輸油工作的優(yōu)化運(yùn)行。（一）工藝計(jì)算所需的原始資料1、計(jì)算輸量Q

以設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的最大輸量（質(zhì)量流量G，萬t/a）作為工藝計(jì)算時(shí)的額定輸量。

2、管道埋深處的年平均地溫t

在長距離的等溫輸油管道上，所輸油品的溫度一般接近于埋深處的土壤溫度，在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，一般采用年平均地溫所對(duì)應(yīng)的油品物性參數(shù)。3、油品的密度ρ

在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，油品的密度ρ采用管道埋深處土壤年平均溫度t下的密度。

4、油品的粘度υ

在水力計(jì)算中，油品的粘度ν采用管道埋深處土壤年平均溫度下的粘度。油品的粘度隨溫度的升降而變化，工程上常根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的粘—溫關(guān)系曲線查找所需溫度下的粘度。

5、管材及工作壓力

為了計(jì)算管壁厚度，必須事先確定出管道所用管材的等級(jí)、鋼管的規(guī)格及泵站的出站壓力。

（一）工藝計(jì)算所需的原始資料7、管道縱斷面圖

管道縱斷面圖，是按適當(dāng)比例，在直角坐標(biāo)系中，用來表示管道長度與沿線高程關(guān)系的圖形。橫坐標(biāo)表示管道的實(shí)際長度，常用的比例為1：10000到1：100000；縱坐標(biāo)表示線路的高程，比例為1：500到1：1000?？v斷面圖上的起伏情況與管道的實(shí)際地形并不相同。圖上的曲折線并不是管道的實(shí)長，水平線（橫坐標(biāo)L）才是其實(shí)長。

（二）管道的水力坡降

6、技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是指進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算、確定最優(yōu)方案所必須的。其中，有綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和各項(xiàng)經(jīng)營管理費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

（一）工藝計(jì)算所需的原始資料（二）、翻越點(diǎn)和計(jì)算長度

HHfFLf根據(jù)能量平衡，將輸量為Q的液體輸送到終點(diǎn)所需能量為：如上圖所示能量H是不能翻越高點(diǎn)F的。只有將壓力提高到Hf

，才能翻越此高點(diǎn)。顯然有

1、翻越點(diǎn)的定義

如果使一定數(shù)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)。根據(jù)該定義有：上式表明，輸量為Q的液體從翻越點(diǎn)自流到終點(diǎn)還有能量富裕。由此可給出翻越點(diǎn)的另一個(gè)定義：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)。2、翻越點(diǎn)的確定

翻越點(diǎn)的確定可用圖解法和解析法。⑴

圖解法

在管道縱斷面圖右上角作水力坡降線的直角三角形，將水力坡降線向下平移，如果水力坡降線與終點(diǎn)相交之前首先與某高點(diǎn)F相切，則F點(diǎn)即為翻越點(diǎn)。FLfi由圖可知：水力坡降線不一定先與管路上的最高點(diǎn)相切，所以翻越點(diǎn)不一定是管路上的最高點(diǎn)，而是靠近線路終點(diǎn)的某個(gè)高點(diǎn)。⑵

解析法

在線路上選若干個(gè)高點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，一般選最高點(diǎn)及最高點(diǎn)之后的高點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法有兩種：①計(jì)算從起點(diǎn)到高點(diǎn)j所需的總壓頭Hj,并與從起點(diǎn)到終點(diǎn)所需的總壓頭H比較，如果有若干個(gè)高點(diǎn)的Hj

都大于H，則Hj

最大者為翻越點(diǎn)。若所有的Hj

都小于H，則不存在翻越點(diǎn)。式中：Lj、Zj

分別為高點(diǎn)j的里程和高程。②

計(jì)算如果有若干個(gè)點(diǎn)的△Hj

均大于零，則其中最大者為翻越點(diǎn)。若所有點(diǎn)的△Hj

均小于零，則不存在翻越點(diǎn)。管線設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，無論是旁接油罐流程還是密閉流程，翻越點(diǎn)均只有一個(gè)，且確定方法相同。但翻越點(diǎn)會(huì)隨水力坡降的變化而變化。3、計(jì)算長度

管道起點(diǎn)與翻越點(diǎn)之間的距離稱為管道的計(jì)算長度管到上存在翻越點(diǎn)時(shí)，管線所需的總壓頭不能按線路起、終點(diǎn)計(jì)算，而應(yīng)按起點(diǎn)與翻越點(diǎn)計(jì)算。⑴不存在翻越點(diǎn)時(shí)，管線計(jì)算長度等于管線全長。⑵存在翻越點(diǎn)時(shí)，計(jì)算長度為起點(diǎn)到翻越點(diǎn)的距離，計(jì)算高差為翻越點(diǎn)高程與起點(diǎn)高程之差

第二節(jié)、輸油管道的調(diào)節(jié)

輸油管道的調(diào)節(jié)是通過改變管道的能量供應(yīng)或改變管道的能量消耗，使之在給定的輸量條件下，達(dá)到新的能量供需平衡，保持管道系統(tǒng)不間斷、經(jīng)濟(jì)地輸油。1、調(diào)節(jié)的分類

管道的調(diào)節(jié)就是人為地對(duì)輸油工況加以控制。從廣義上說，調(diào)節(jié)分為輸量調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性調(diào)節(jié)兩種情況。2、輸量調(diào)節(jié)方法

根據(jù)管道系統(tǒng)的能量供需特點(diǎn)，調(diào)節(jié)方法可以從兩方面考慮：改變泵站特性(從能量供應(yīng)方面考慮)；改變管路特性：(從能量消耗方面考慮)。⑴改變泵站特性①切削葉輪（或更換不同直徑的葉輪）：②改變多級(jí)泵的級(jí)數(shù)，減小泵的揚(yáng)程，從而降低管線輸量。這種方法適用于裝備并聯(lián)離心泵的管道。要求降低輸量時(shí)，拆掉若干級(jí)葉輪，而需要恢復(fù)大輸量時(shí)則將拆掉的葉輪重新裝上。③改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)，從而可大幅度改變輸量。對(duì)于裝備串聯(lián)泵的管道，采用這種方法是很方便的。對(duì)于裝備并聯(lián)泵的管道，采用這種方法時(shí)經(jīng)常還要改變運(yùn)行的泵站數(shù)。④改變運(yùn)行的泵站數(shù)。輸量大幅度變化時(shí)常采用這種方法。⑤改變泵的轉(zhuǎn)速⑵改變管路特性

改變管路特性主要是節(jié)流調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)就是人為地調(diào)節(jié)泵站出口閥門的開度，增加閥門的阻力來改變管路特性以降低管道的輸量。這是一種最簡(jiǎn)單易行的方法，但能量損失比較大（與調(diào)速相比）。這種方法一般用于輸量變化不大的情況，當(dāng)需要大幅度改變輸量時(shí)，應(yīng)首先考慮采用改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)和泵站數(shù)的方法。3、穩(wěn)定性調(diào)節(jié)方法

⑴改變泵機(jī)組轉(zhuǎn)速

如果泵站上裝有可調(diào)速泵機(jī)組，可以利用這種方法進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。從節(jié)省能量角度講這是一種較好的方法。⑵回流調(diào)節(jié)

回流可以單泵也可以全泵站進(jìn)行。大型輸油泵的特性曲線比較平緩，為了調(diào)節(jié)不大的壓力就需要大量回流，耗費(fèi)較多的能量?；亓骶褪峭ㄟ^回流管路讓泵出口的油流一部分流回入口，這種情況下泵的排量大于管路中的流量，靠泵排量的增加降低泵的揚(yáng)程，從而達(dá)到降低出站壓力的目的。采用這種方法時(shí)要防止原動(dòng)機(jī)過載，一般很少采用。⑶節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)流是人為地造成油流的壓能損失，降低節(jié)流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)后面的壓力，它比回流調(diào)節(jié)節(jié)省能量。一、加熱輸送的特點(diǎn)定義：所謂熱油輸送管道是指那些在輸送過程中沿線油溫高于地溫的輸油管道。對(duì)于熱油管道，一般來說，其沿線的油溫不僅高于地溫而且還高于油溫的凝固點(diǎn)。第一節(jié)熱油管道的溫降計(jì)算第三章加熱輸送管道的工藝計(jì)算與等溫管相比，熱油管道的特點(diǎn)是：①沿程的能量損失包括熱能損失和壓能損失兩部分。②熱能損失和壓能損失互相聯(lián)系，且熱能損失起主導(dǎo)作用。③沿程油溫不同，油流粘度不同，沿程水力坡降不是常數(shù)，二、熱油管道沿程溫降計(jì)算

1．軸向溫降基本公式基本假設(shè)：①穩(wěn)定工況。包括熱力、水力條件穩(wěn)定，即溫度均不隨時(shí)間而變化，輸量不隨時(shí)間而變化。②油流至周圍介質(zhì)的總傳熱系數(shù)K沿線為常數(shù)。③沿線地溫T0和油品的比熱C為常數(shù)或：

上式即為軸向溫降基本公式，也就是著名的蘇霍夫公式。

根據(jù)加熱站間距LR，可求得下一站的進(jìn)站油溫為：2、考慮摩擦升溫時(shí)的軸向溫降計(jì)算油流沿管道向前流動(dòng)過程中,由于摩擦阻力而使壓力不斷下降。這部分壓力能最終轉(zhuǎn)化為摩擦熱而加熱油流。軸向溫降基本公式，未考慮摩擦熱的影響,故只能用于流速低,溫降大,摩擦熱影響較小的情況。3、溫度參數(shù)的確定確定加熱站的進(jìn)、出站溫度時(shí)，需要考慮三方面的因素：①油品的粘溫特性和其它的物理性質(zhì)；②管道的停輸時(shí)間，熱脹和溫度應(yīng)力等因素；③經(jīng)濟(jì)比較，使總的能耗費(fèi)用最低。4、軸向溫降公式的應(yīng)用

⑴設(shè)計(jì)時(shí)確定加熱站間距(加熱站數(shù))設(shè)計(jì)時(shí)，L、D、G、K、C、T已定,按上述原則選定TR和TZ，則加熱站間距為:全線所需加熱站數(shù):,化整→nR設(shè)計(jì)的加熱站間距為:,因此還要反算TR。⑵運(yùn)行中計(jì)算沿程溫降,特別是計(jì)算為保持要求的終點(diǎn)溫度

TZ所必須的加熱站出口溫度TR.⑶校核站間允許的最小輸量Gmin

當(dāng)及站間其它熱力參數(shù)即T0,D,K,LR一定時(shí),對(duì)應(yīng)于TRmax、Tzmin的輸量即為該熱力條件下允許的最小輸量:⑵運(yùn)行中計(jì)算沿程溫降,特別是計(jì)算為保持要求的終點(diǎn)溫度

TZ所必須的加熱站出口溫度TR.⑶校核站間允許的最小輸量Gmin

當(dāng)及站間其它熱力參數(shù)即T0,D,K,LR一定時(shí),對(duì)應(yīng)于TRmax、Tzmin的輸量即為該熱力條件下允許的最小輸量:⑷運(yùn)行中反算總傳熱系數(shù)K值由于溫降公式是按照穩(wěn)定工況導(dǎo)出的,因此反算K值時(shí),應(yīng)取水力和熱力參數(shù)比較穩(wěn)定情況下的數(shù)據(jù)。如果輸量波動(dòng)較大,油溫不穩(wěn)定或有自然現(xiàn)象影響(如冷空氣前后,大雨前后等),管線的傳熱相當(dāng)不穩(wěn)定,按穩(wěn)定傳熱公式反算出來的K值誤差較大。反算K值的目的:①積累運(yùn)行資料,為以后設(shè)計(jì)新管線提供選擇K值的依據(jù).②通過K值的變化,了解沿線散熱及結(jié)蠟情況,幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。若K↓，如果此時(shí)Q↓，H↑，則說明管壁結(jié)蠟可能較嚴(yán)重，應(yīng)采取清蠟措施。若K↑,則可能是地下水位上升，或管道覆土被破壞，保溫層進(jìn)水等。三、熱油管道的總傳熱系數(shù)K

管道總傳熱系數(shù)K系指油流與周圍介質(zhì)溫差1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過管道單位面積所傳遞的熱量。它表示了油流向周圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱。選取D時(shí)，一般取熱阻最大的那部分所對(duì)應(yīng)的直徑。對(duì)于無保溫層地管路，D可取防腐絕緣層外徑對(duì)于保溫管路，則取保溫層內(nèi)外徑的平均值一、熱油管道摩阻計(jì)算的特點(diǎn)熱油管道的摩阻計(jì)算不同于等溫管路的特點(diǎn)就在于：1．沿程水力坡降不是常數(shù)。由于熱油沿管路的流動(dòng)過程中，油溫不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也就不斷增大，所以熱油管道的水力坡降線是一條斜率不斷增大的曲線。2．應(yīng)按一個(gè)加熱站間距計(jì)算摩阻。因?yàn)樵诩訜嵴具M(jìn)出口處油溫發(fā)生突變，粘度也發(fā)生突變，從而水力坡降也發(fā)生突變，只有在兩個(gè)加熱站之間的管路上，水力坡降i的變化才是連續(xù)。第二節(jié)熱油管道的摩阻計(jì)算二、計(jì)算熱油管道摩阻方法

熱油管道摩阻計(jì)算有兩種方法：（1）、平均油溫計(jì)算法（2）、基于粘溫關(guān)系的方法1、平均油溫計(jì)算法輸送含蠟原油的管路多在紊流光滑區(qū)工作，此時(shí)摩阻與粘度的0.25次方成正比，當(dāng)加熱站間起終點(diǎn)溫度下的粘度相差不超過一倍時(shí)，取起終點(diǎn)平均溫度下的粘度，用等溫輸管的摩阻計(jì)算方法計(jì)算一個(gè)加熱站間的摩阻，誤差不會(huì)太大。具體步驟是：①計(jì)算加熱站間油流的平均溫度

Tpj

，

②由粘溫特性求出溫度為Tpj時(shí)的油流粘度υpj。

③一個(gè)加熱站間的摩阻為：

2、分段計(jì)算法當(dāng)站間起終點(diǎn)粘度變化較大時(shí)，用站間平均溫度法計(jì)算摩阻損失誤差較大。此時(shí)可將站間分成若干小段，分段計(jì)算管路的摩阻。其方法是：

⑴將站間管路按管長或溫度區(qū)間分成幾段，各段的長度根據(jù)實(shí)際情況而定。一段每小段的溫降不超過5℃，在非牛頓流摩阻計(jì)算中有時(shí)需要按每小段溫降1℃來劃分。

⑵從加熱站出口開始，由溫降公式逐段計(jì)算每一小段的起終點(diǎn)溫度或每小段的長度，并計(jì)算其算術(shù)平均溫度。對(duì)于第i小段，起終點(diǎn)溫度分別為Ti和Ti+1，則其算術(shù)平均溫度為Tpj=(Ti+Ti+1)/2。若分段是按長度劃分的，則每段長度li已知，根據(jù)Ti和li，由溫降公式求Ti+1；若分段是按溫度區(qū)間劃分的，則Ti和Ti+1已知，可由溫降公式求得每小段的長度li。⑶根據(jù)Tpj計(jì)算對(duì)應(yīng)的油品粘度υpj，及該小段的摩阻則整個(gè)加熱站間的摩阻為

不論熱油管線處于層流還是紊流，都可以采用分段計(jì)算法計(jì)算摩阻。分段越小，每段的溫降越小，摩阻計(jì)算越精確，當(dāng)然計(jì)算量也就越大。因此分段法更適合于計(jì)算機(jī)計(jì)算。

簡(jiǎn)明地表示為式中：Δl—熱油管道軸向溫降摩阻修正系數(shù)3、由粘溫關(guān)系式推導(dǎo)的摩阻計(jì)算式注：無論采用什么方法計(jì)算摩阻，都要先判斷流態(tài)。如果中間有流態(tài)轉(zhuǎn)變，則應(yīng)分段計(jì)算摩阻。第三節(jié)確定和布置加熱站、泵站一、確定加熱站數(shù)及其熱負(fù)荷確定了加熱站的出、進(jìn)口溫度，即加熱站的起、終點(diǎn)溫度TR

和TZ

后，可按冬季月平均最低地溫，及全線的近似K值估算加熱站間距l(xiāng)R

。加熱站站數(shù)nR

按下式計(jì)算并化整加熱站的有效熱負(fù)荷

q

可根據(jù)所要求的進(jìn)、出站溫度TR

及TZ

計(jì)算如下式中：q—加熱爐有效熱負(fù)荷，kwG—油流質(zhì)量流量，kg/sc—平均油溫下的油品比熱容，kJ/kg℃加熱站的燃料油耗量(kg/h)為式中：ηR—加熱系統(tǒng)的效率；E—燃料油熱值，kJ/kg二、確定泵站數(shù)、布站熱油管路泵站數(shù)的確定不同于等溫管的特點(diǎn)：泵站數(shù)不僅取決于管徑和泵站的工作壓力，還取決于熱力條件，即必須在熱力條件已定的基礎(chǔ)上計(jì)算全線摩阻損失以確定泵站數(shù)。熱油管道的泵站布置不同于等溫管道，其特點(diǎn)是：1、加熱站間管道的水力坡降是一條斜率不斷增大的曲線。2、在加熱站處，由于進(jìn)、出站油溫突變，水力坡降線的斜率也會(huì)突變，而在加熱站之間，水力坡降線斜率逐漸變化。初步布站后，應(yīng)調(diào)整加熱站、泵站位置，盡可能合并布置。若管道初期的輸量較低時(shí)，所需加熱站數(shù)多，泵站數(shù)少。待后期任務(wù)輸量增大時(shí)，所需加熱站數(shù)減少，泵站數(shù)增多。加熱站、泵站不能合并的情況：在地形起伏大的山區(qū)，上坡段泵站間距可能小于加熱站間距，需要單獨(dú)設(shè)置泵站；在下坡段，泵站間距可能大于加熱站間距，需設(shè)單獨(dú)的加熱站。站址調(diào)整后，應(yīng)進(jìn)行熱力、水力核算，計(jì)算不同季節(jié)的進(jìn)出站油溫。進(jìn)出站壓力、允許的最小輸量、加熱站熱負(fù)荷等。熱油管道的設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟：1、熱力計(jì)算：

①確定熱力計(jì)算所需要的參數(shù)：TR、TZ、T0、K

②按最小設(shè)計(jì)輸量計(jì)算加熱站間距

lR③計(jì)算加熱站數(shù)nR

并化整，確定加熱站間距和出站油溫

TR④計(jì)算加熱站熱負(fù)荷，選加熱爐

2、水力計(jì)算

①翻越點(diǎn)的確定：一般采用作圖法。

②計(jì)算最大輸量下各加熱站間的摩阻

hR③計(jì)算全線所需總壓頭

④選擇泵型號(hào)及其組合方式，計(jì)算泵站揚(yáng)程

⑤確定泵站數(shù)并化整

3、確定最優(yōu)管徑方案。方法與等溫管相同，只是能耗費(fèi)用包括動(dòng)力費(fèi)用和熱能費(fèi)用兩部分。4、站址的確定

①按最小設(shè)計(jì)輸量布置熱站，最大輸量布置泵站，兼顧最大最小輸量要求，盡量使熱站和泵站合并。②給出若干輸量夏的熱站和泵站的允許組合。

5、校核

①

TR、TZ③動(dòng)靜水壓力

④原動(dòng)機(jī)功率及加熱爐熱負(fù)

②ΔHs、Hd⑤Gmin⑷運(yùn)行中反算總傳熱系數(shù)K

值

由于溫降公式是按照穩(wěn)定工況導(dǎo)出的,因此反算K值時(shí),應(yīng)取水力和熱力參數(shù)比較穩(wěn)定情況下的數(shù)據(jù)。如果輸量波動(dòng)較大,油溫不穩(wěn)定或有自然現(xiàn)象影響(如冷空氣前后,大雨前后等),管線的傳熱相當(dāng)不穩(wěn)定,按穩(wěn)定傳熱公式反算出來的K值誤差較大。反算K值的目的:①積累運(yùn)行資料,為以后設(shè)計(jì)新管線提供選擇K值的依據(jù).②通過K值的變化,了解沿線散熱及結(jié)蠟情況,幫助指導(dǎo)生產(chǎn)。若K↓，如果此時(shí)Q↓，H↑，則說明管壁結(jié)蠟可能較嚴(yán)重，應(yīng)采取清蠟措施。若K↑,則可能是地下水位上升，或管道覆土被破壞，保溫層進(jìn)水等。三、熱油管道的總傳熱系數(shù)K

管道總傳熱系數(shù)K系指油流與周圍介質(zhì)溫差1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過管道單位面積所傳遞的熱量。它表示了油流向周圍介質(zhì)散熱的強(qiáng)弱。選取D

時(shí)，一般取熱阻最大的那部分所對(duì)應(yīng)的直徑。對(duì)于無保溫層地管路，D

可取防腐絕緣層外徑

對(duì)于保溫管路，則取保溫層內(nèi)外徑的平均值本章共有6節(jié)內(nèi)容，要求掌握第三節(jié)的內(nèi)容，其余內(nèi)容不作要求。熱輸含蠟原油管道的特點(diǎn)：隨著管道中沿程油溫的降低，在析蠟點(diǎn)以下，原油中石蠟逐漸析出并沉積在管壁上，使流通截面減少，摩阻增大，管道輸送能力降低；同時(shí)又增大了油流至管內(nèi)壁的熱阻，使總傳熱系數(shù)下降。第四章易凝高粘原油輸送1、管壁結(jié)蠟的機(jī)理含蠟原油管道中的蠟沉積機(jī)理有3個(gè)，即①分子擴(kuò)散，②布朗運(yùn)動(dòng)，③剪切彌散由于徑向溫度梯度的存在，在管壁與管中心之間產(chǎn)生了蠟分子濃度梯度，從而引起蠟分子從管中