輸油管道工藝計(jì)算目的：,2.確定管徑、選泵、確定泵機(jī)組數(shù)、確定泵站數(shù)和加熱站數(shù)及沿線站場(chǎng)位置的最優(yōu)組合方案，并為管道采用的控制和保護(hù)措施提供設(shè)計(jì)參數(shù)。,1.妥善解決沿線管內(nèi)流體的能量消耗和能量供應(yīng)這對(duì)主要矛盾;,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(zhǎng)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。,第二章 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?1、來(lái)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）。,等溫輸油管道的工藝計(jì)算,夏季來(lái)油溫度高于地溫，冬季來(lái)油溫度低于地溫，但經(jīng)過1-2km后，油溫基本等于地溫，與整條管線相比，該段管線很短。,流速不太高時(shí)，摩擦升溫很小，且對(duì)油流的加熱是均勻的。,尤其對(duì)于南北走向的管線，但我們可以將其分段，按照分段等溫來(lái)考慮。,第一節(jié) 輸油泵站的工作特性,第二節(jié) 輸油管道的壓能損失,第三節(jié) 等溫輸油管道的工藝計(jì)算,第五節(jié) 等溫輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié),等溫輸油管道的工藝計(jì)算,第四節(jié) 等溫輸油管道設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較,第一節(jié) 輸油泵站的工作特性,一、長(zhǎng)輸管道的泵機(jī)組類型,輸油泵站的作用:,長(zhǎng)距離輸油管道均采用離心泵，很少使用其他類型的泵。,離心泵的型式有兩種：,1.多級(jí)（高壓）泵:排量較小,又稱為并聯(lián)泵；,2.單級(jí)（低壓）泵:排量大，揚(yáng)程低，又稱為串聯(lián)泵。,1、長(zhǎng)輸管道用泵,一般來(lái)說(shuō)，輸油泵站上均采用單一的并聯(lián)泵或串聯(lián)泵，很少串并聯(lián)泵混合使用，有時(shí)可能在大功率并聯(lián)泵或串聯(lián)泵前串聯(lián)低揚(yáng)程大排量的給油泵，以提高主泵的進(jìn)泵壓力。,串聯(lián)泵具有排量大、揚(yáng)程低、效率高的特點(diǎn)。我國(guó)研制的KS型串聯(lián)泵比并聯(lián)泵效率高10%左右，而國(guó)外生產(chǎn)的串聯(lián)泵比國(guó)內(nèi)多數(shù)管道采用的并聯(lián)泵效率高出18%左右。,長(zhǎng)距離輸油管道是耗能大戶，而等溫輸油管道的耗能設(shè)備主要是輸油主泵，因此提高輸油主泵的效率是提高等溫輸油管道經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑。如果將我國(guó)目前輸油管道的輸油主泵效率由70%左右提高85%左右，輸油電耗將減少20%以上。因此，在成品油管道的日常管理中，加強(qiáng)對(duì)輸油主泵的維修保養(yǎng)，使其始終處于高效狀態(tài)，對(duì)提高輸油管道的經(jīng)濟(jì)效益非常重要。,輸油泵站的工作特性,2、原動(dòng)機(jī), 電動(dòng)機(jī), 柴油機(jī), 燃?xì)廨啓C(jī),輸油泵的原動(dòng)機(jī)應(yīng)根據(jù)泵的性能參數(shù)、原動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、能源供應(yīng)情況、管道自控及調(diào)節(jié)方式等因素決定。分為 ：,電動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕、噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于電力供應(yīng)充足的地區(qū)一般均采用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。其缺點(diǎn)是調(diào)速困難，需要專門的調(diào)速裝置。但對(duì)于電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)，是否采用電動(dòng)機(jī)要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。如果需要架設(shè)長(zhǎng)距離輸電線路，采用電動(dòng)機(jī)是不合適的。,與電動(dòng)機(jī)相比，柴油機(jī)有許多不足之處：體積大、噪音大、運(yùn)行管理不方便、易損件多、維修工作量大、需要解決燃料供應(yīng)問題。其優(yōu)點(diǎn)是可調(diào)速。對(duì)于未被電網(wǎng)覆蓋或電力供應(yīng)不足的地區(qū)，采用柴油機(jī)可能更為經(jīng)濟(jì)。,燃?xì)廨啓C(jī)單位功率的重量和體積都比柴油機(jī)小得多，可以用油品和天然氣作燃料，不用冷卻水，便于自動(dòng)控制，運(yùn)行安全可靠，功率大，轉(zhuǎn)速可調(diào)。一些退役的航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)改型后可用于驅(qū)動(dòng)離心泵。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的大型油氣管線，采用燃?xì)廨啓C(jī)可能是比較好的選擇。如前面提到的橫貫阿拉斯加管線采用的就是改型后的航空燃?xì)廨啓C(jī)。,3、泵機(jī)組的輔助系統(tǒng), 電動(dòng)機(jī)離心泵機(jī)組的輔助系統(tǒng), 電動(dòng)機(jī)和離心泵的軸承潤(rùn)滑系統(tǒng), 冷卻水系統(tǒng), 漏油及污油回收系統(tǒng), 柴油機(jī)離心泵機(jī)組的輔助系統(tǒng), 燃料供應(yīng)系統(tǒng), 潤(rùn)滑油系統(tǒng), 冷卻水系統(tǒng), 壓縮空氣系統(tǒng), 廢熱利用系統(tǒng),二、離心泵的工作特性,1、離心泵的特性方程,對(duì)于電動(dòng)離心泵機(jī)組，目前原動(dòng)機(jī)普遍采用異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為常數(shù)。因此H=f(q)，揚(yáng)程是流量的單值函數(shù)，一般可用二次拋物線方程H=a-bq2表示。,對(duì)于長(zhǎng)輸管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b為常數(shù)，可根據(jù)泵特性數(shù)據(jù)由最小二乘法求得；m與流態(tài)有關(guān)；q為單泵排量。采用上式描述泵特性，與實(shí)測(cè)值的最大偏差2%。,2、用最小二乘法回歸泵特性方程,這里只介紹用最小二乘法進(jìn)行一元線性回歸的方法。但它并不僅僅適用于一元線性方程，對(duì)于那些經(jīng)過變量代換能夠變?yōu)橐辉€性方程的非線性方程，該方法同樣適用。,設(shè)有幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，(x1, y1)，(x2, y2)，(xn, yn)，它們之間的關(guān)系可以用線性方程y=A+Bx表示，由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可能完全落在直線上，故它們之間存在誤差。xi點(diǎn)的實(shí)測(cè)值yi與計(jì)算值的偏差為：di=yi-(A+Bxi)。,如果把各點(diǎn)的偏差加起來(lái)，其大小就能反應(yīng)出該直線與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的逼近程度。但我們不能將各點(diǎn)的偏差直接用求代數(shù)和的方法相加，因?yàn)楦鼽c(diǎn)的偏差有正有負(fù)，求代數(shù)和會(huì)正負(fù)抵消，不能反應(yīng)實(shí)際偏差的大小，所以我們?nèi)「鼽c(diǎn)偏差的平方和：,我們的目的是要從一組直線中選擇一條到各點(diǎn)偏差的平方和為最小的直線，即確定參數(shù)A、B的值，使S最小。,輸油泵站的工作特性,由高等數(shù)學(xué)求極值的方法知道，要使S最小，必須使:,從而得到,輸油泵站的工作特性,對(duì)于泵特性方程，H=a-bq2-m，令yi=Hi， 帶入上式即可得到系數(shù)a和b 。,檢查回歸結(jié)果是否滿意有兩種方法：, 求各個(gè)點(diǎn)的相對(duì)偏差：,如果 max <2%，則說(shuō)明結(jié)果滿意，反之，要選用其 它方程。用上述方法求出的a、b值是唯一的。,輸油泵站的工作特性, 求相關(guān)系數(shù)R：,它表示變量x、y線性相關(guān)的程度，在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布圖上它表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在回歸直線附近的密集程度。,若R=0，則說(shuō)明x、y之間不存在線性關(guān)系.,若 ，說(shuō)明所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在直線上。一般情況是,相關(guān)系數(shù)R的計(jì)算公式為：,輸油泵站的工作特性,那么R值必須達(dá)到多大才算滿意呢？這與取點(diǎn)有關(guān)，表2-2的數(shù)據(jù)可供參考。,輸油泵站的工作特性,表2-2 相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表,0.765,輸油泵站的工作特性,如果相關(guān)系數(shù)低于表中所列的及格水平，說(shuō)明不能用線性方程回歸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(或變換后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))，應(yīng)采用其它方程。,注意：計(jì)算R時(shí)要用變換后的數(shù)據(jù)。對(duì)于泵特性方程，計(jì)算R時(shí)，式中的xi要用-qi2-m代替，yi用Hi代替。否則計(jì)算結(jié)果不正確，這是因?yàn)镠-q不符和線性關(guān)系，而H-q2-m卻很好地符合線性關(guān)系。,輸油泵站的工作特性,3、改變泵特性的方法,改變泵特性的方法主要有：,1.切削葉輪,a、b與葉輪直徑D0 對(duì)應(yīng)的泵特性方程中的兩個(gè)常系數(shù),（為什么？）,2.改變泵的轉(zhuǎn)速,n調(diào)速后泵的轉(zhuǎn)速，r/min,n0調(diào)速前泵的轉(zhuǎn)速，r/min,a,b與轉(zhuǎn)速n0 對(duì)應(yīng)的泵特性方程中的兩個(gè)常系數(shù),式中：,輸油泵站的工作特性,（為什么？）,3、多級(jí)泵拆級(jí) 多級(jí)泵的揚(yáng)程與級(jí)數(shù)成正比，拆級(jí)后，泵的揚(yáng)程按比例降低。但級(jí)數(shù)不能拆得太多，否則，泵的效率會(huì)降低。,輸油泵站的工作特性,4.進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié),進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié)一般只用于小型離心泵，大型離心泵一般要求正壓進(jìn)泵，不能采用此方法。多數(shù)采用切削葉輪或改變泵的轉(zhuǎn)速（串級(jí)調(diào)速和液力藕合器等）。對(duì)于多級(jí)泵可首先考慮采用拆級(jí)的方法改變泵特性。,5.油品粘度對(duì)離心泵特性的影響,一般當(dāng)粘度大于6010-6m2/s時(shí)要泵的H-q特性進(jìn)行換算。,輸油泵站的工作特性,1、進(jìn)口負(fù)壓對(duì)離心泵的特性有何影響？,思考題,3、泵的揚(yáng)程和泵的排出壓力有何不同？,2、進(jìn)口負(fù)壓對(duì)輸水和輸油時(shí)的影響相同嗎？,輸油泵站的工作特性,三、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) ：,(1)泵站的流量等于正在運(yùn)行的輸油泵的流量之和； (2) 每臺(tái)泵的揚(yáng)程均等于泵站的揚(yáng)程。 即：,輸油泵站的工作特性,設(shè)有n1臺(tái)型號(hào)相同的泵并聯(lián)，即,注意 ：,泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，在改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)時(shí)，要防止電機(jī)過載。,則：,輸油泵站的工作特性,輸油泵站的工作特性,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qQ/2，排量增加，功率上升，電機(jī)有可能過載。,2、串聯(lián)泵站的工作特性,輸油泵站的工作特性, 各泵流量相等，q=Q,設(shè)有n2臺(tái)型號(hào)相同的泵串聯(lián)，則：, 泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和：,特點(diǎn)：,1、兩臺(tái)泵串聯(lián)運(yùn)行，若一臺(tái)泵停運(yùn)，另一臺(tái)泵會(huì)不會(huì)過載？通過泵與管路聯(lián)合工作的特性曲線圖加以說(shuō)明。,思考題,輸油泵站的工作特性,2、若泵型號(hào)不同，如何求串聯(lián)泵站的工作特性？,3.串、并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定,選擇泵機(jī)組數(shù)的原則主要有四條：,滿足輸量要求；,充分利用管路的承壓能力；,泵在高效區(qū)工作；,泵的臺(tái)數(shù)符合規(guī)范要求（不超過四臺(tái)）。, 并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定,其中 :,Q為設(shè)計(jì)輸送能力， q為單泵的額定排量 。,顯然 不一定是整數(shù) ，只能取與之相近的整數(shù)，這就是泵機(jī)組數(shù)的化整問題。,如果管線的發(fā)展趨勢(shì)是輸量增加，則應(yīng)向大化，否則向小化。一般情況下要向大化。,由此可見并聯(lián)泵的臺(tái)數(shù)主要根據(jù)輸量確定，而泵的級(jí)數(shù)（揚(yáng)程）則要根據(jù)管路的設(shè)計(jì)工作壓力確定。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定，泵站至少設(shè)一臺(tái)備用泵。,1-3,串聯(lián)泵,式中：H 為管路的許用強(qiáng)度（或設(shè)計(jì)工作壓力） H 為單泵的額定揚(yáng)程。,一般來(lái)說(shuō)，串聯(lián)泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)向小化，如果向大化，則排出壓力可能超過管子的許用強(qiáng)度。而且向大化后，泵站數(shù)將減少，開泵方案少，操作不靈活。串聯(lián)泵的額定排量根據(jù)管線設(shè)計(jì)輸送能力確定。,4.串、并聯(lián)組合形式的確定, 從管特性和地形方面考慮，對(duì)于地形平坦的地區(qū)或下坡段，站間管道較長(zhǎng)，管路特性較陡，泵所提供的能量主要用于克服摩阻損失，大幅度調(diào)整輸量時(shí)，串聯(lián)泵站節(jié)流損失可能會(huì)小一些。這一點(diǎn)可以用如圖所示的特性曲線解釋。, 從經(jīng)濟(jì)方面考慮，串聯(lián)效率較高，比較經(jīng)濟(jì)。我國(guó)并聯(lián)泵的效率一般只有7080%，而串聯(lián)泵的效率可達(dá)90%。串聯(lián)泵的特點(diǎn)是：揚(yáng)程低、排量大、葉輪直徑小、流通面積大，故泵內(nèi)輪阻損失小，效率高。,平坦地區(qū)或下坡段串聯(lián)泵與并聯(lián)泵的比較,如圖所示, 正常運(yùn)行時(shí), 串并聯(lián)泵均需兩臺(tái)泵工作, 工作點(diǎn)為A, 流量為Q1。當(dāng)需將輸量降為Q2=1/2Q1時(shí), 串并聯(lián)泵均只開一臺(tái)泵即可。工作點(diǎn)分別為B、C。串聯(lián)泵的節(jié)流損失為h1, 并聯(lián)泵的節(jié)流損失為h2, 顯然h2h1。,輸油泵站的工作特性,對(duì)于地形比較陡、高差比較大的爬坡地區(qū)，此時(shí)站間管道較短，管路特性較平，泵所提供的能量主要用于克服很大的位差靜壓頭，大幅度調(diào)整輸量時(shí)，并聯(lián)泵站節(jié)流損失可能會(huì)小一些。這一點(diǎn)可以用如圖所示的特性曲線解釋。,并聯(lián),如圖所示, 正常運(yùn)行時(shí), 串并聯(lián)泵均需兩臺(tái)泵工作, 工作點(diǎn)為A, 流量為Q1。當(dāng)需將輸量降為Q2=1/2Q1時(shí), 并聯(lián)泵只開一臺(tái)泵即可,節(jié)流損失為h1, 而串聯(lián)泵仍需開兩臺(tái)泵，節(jié)流損失為h2, 顯然h2h1。, 串聯(lián)泵便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化運(yùn)行。,目前國(guó)內(nèi)管線使用的基本上都是并聯(lián)泵組合形式，而我國(guó)東部大部分管線處于平原地帶，高差很小，因而造成節(jié)流損失大，調(diào)節(jié)困難，不易實(shí)現(xiàn)密封輸送。因此，東部管線改造的一個(gè)重要任務(wù)是并聯(lián)泵改串聯(lián)泵，進(jìn)而改旁接油罐流程為密閉流程，實(shí)行優(yōu)化運(yùn)行。,不存在超載問題 調(diào)節(jié)方便 流程簡(jiǎn)單 調(diào)節(jié)方案多,輸油泵站的工作特性,兩臺(tái)泵串聯(lián)運(yùn)行，若一臺(tái)泵停運(yùn)，另一臺(tái)泵會(huì)不會(huì)過載？通過泵與管路聯(lián)合工作的特性曲線圖加以說(shuō)明。,思考題,設(shè)對(duì)應(yīng)于葉輪直徑D0的泵特性方程為： H0=abq02-m,由切割定律知：當(dāng)葉輪直徑為D時(shí)，流量q和揚(yáng)程H與H0、q0之間的關(guān)系滿足：,設(shè)轉(zhuǎn)速為n0時(shí)泵特性方程為： H0=abq02-m,由相似定律知：當(dāng)轉(zhuǎn)速為n時(shí)，流量q和揚(yáng)程H與H0、q0之間的關(guān)系滿足：,1、離心泵的揚(yáng)程：從流程設(shè)計(jì)方面說(shuō)，與管路負(fù)載特性有關(guān)；從泵本身來(lái)說(shuō)，與其本身的設(shè)計(jì)特性有關(guān)。 2、實(shí)際運(yùn)行中，可粗略計(jì)算：泵的出口壓力=泵進(jìn)口壓力+揚(yáng)程*介質(zhì)比重/102，壓力單位是MPa，揚(yáng)程是m。 3、有可能是泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)，也有可能是流程設(shè)計(jì)時(shí)要的額定點(diǎn)。 4、密度會(huì)影響到泵的軸功率和出口壓力。軸功率和出口壓力的變化與密度的變化成正比。 5、粘度較大的話，有可能影響到流量、揚(yáng)程、效率、軸功率。與粘度大小及泵的性能均有關(guān)系，計(jì)算比較復(fù)雜。,