注水站注水泵注水管網(wǎng)

1、注水管網(wǎng)及注水泵注水管網(wǎng)及注水泵內(nèi) 容 提 要u 注水系統(tǒng)u 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)u 管道水力計(jì)算u 泵的種類及原理u 離心泵u 柱塞泵u 其他設(shè)備u 注水系統(tǒng)1 注水目的注水目的2 注水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)注水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 注水站組成注水站組成4 注水工藝注水工藝5 注水效率要求注水效率要求1 注水的目的 油田投入開發(fā)后，如果沒有相應(yīng)的驅(qū)油能量補(bǔ)充，油田投入開發(fā)后，如果沒有相應(yīng)的驅(qū)油能量補(bǔ)充，油層壓力將隨著開發(fā)時(shí)間，逐漸下降，引起產(chǎn)量下降，油層壓力將隨著開發(fā)時(shí)間，逐漸下降，引起產(chǎn)量下降，使油田的最終采收率下降。使油田的最終采收率下降。 通過油田注水，可以使油田能量得到補(bǔ)充，保持通過油田注水，可以使油田能量得到

2、補(bǔ)充，保持油層壓力，達(dá)到油田產(chǎn)油穩(wěn)定，提高油田最終采收率油層壓力，達(dá)到油田產(chǎn)油穩(wěn)定，提高油田最終采收率的目的。的目的。2 注水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3 注水站構(gòu)成 站內(nèi)注水工藝流程主要考慮滿足注水水質(zhì)、計(jì)量、操作站內(nèi)注水工藝流程主要考慮滿足注水水質(zhì)、計(jì)量、操作管理等方面要求。管理等方面要求。 站內(nèi)流程：站內(nèi)流程： 來水進(jìn)站來水進(jìn)站計(jì)量計(jì)量水質(zhì)處理水質(zhì)處理儲(chǔ)水罐儲(chǔ)水罐泵出。泵出。 儲(chǔ)水罐作用：儲(chǔ)水罐作用： 1）儲(chǔ)備作用）儲(chǔ)備作用 為泵儲(chǔ)備一定水量；為泵儲(chǔ)備一定水量； 2）緩沖作用）緩沖作用 避免供水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)；避免供水管網(wǎng)壓力不穩(wěn)； 3）分離作用）分離作用 沉降顆粒和油滴。沉降顆粒和油滴。 注水泵前設(shè)置計(jì)量

3、儀表；泵出口設(shè)置止回閥和控制閥，注水泵前設(shè)置計(jì)量?jī)x表；泵出口設(shè)置止回閥和控制閥，控制閥前設(shè)有回流管道，閥后設(shè)有高壓閥組?？刂崎y前設(shè)有回流管道，閥后設(shè)有高壓閥組。 潤(rùn)滑系統(tǒng)：潤(rùn)滑系統(tǒng)：潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)和泵的軸承。包括潤(rùn)滑油泵、油潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)和泵的軸承。包括潤(rùn)滑油泵、油箱、過濾器，冷卻器和緩沖器。箱、過濾器，冷卻器和緩沖器。 冷卻系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)：分直流冷卻和循環(huán)冷卻。循環(huán)冷區(qū)包括冷卻分直流冷卻和循環(huán)冷卻。循環(huán)冷區(qū)包括冷卻泵、冷卻塔、冷卻罐三部分。泵、冷卻塔、冷卻罐三部分。 加藥系統(tǒng)：加藥系統(tǒng)：在水罐出口處設(shè)投加阻垢劑、殺菌劑等。在水罐出口處設(shè)投加阻垢劑、殺菌劑等。3 注水站構(gòu)成3 注水站構(gòu)成4 注水工藝單

4、管多井配水流程圖單管多井配水流程圖單管單井配水流程圖單管單井配水流程圖4 注水工藝雙管多井配水流程圖雙管多井配水流程圖分壓注水流程圖分壓注水流程圖4 注水工藝（增壓注水）增壓注水流程圖增壓注水流程圖單井配水間配水流程：來水匯管 上流閥門 水表 下流閥門 4 注水工藝5 注水效率要求注水系統(tǒng)各部分的效率值注水系統(tǒng)各部分的效率值u 流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1 流體的定義流體的定義2 流體物理性質(zhì)流體物理性質(zhì)3 流動(dòng)參數(shù)流動(dòng)參數(shù)4 流體的能量流體的能量5 管流流態(tài)管流流態(tài)6 水頭損失水頭損失1 流體的定義流體：指受到流體：指受到微小剪切力微小剪切力會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生連續(xù)不斷變形連續(xù)不斷變形 的變形體。的變形體。2

5、 流體物理性質(zhì) 牛頓在牛頓在自然哲自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理學(xué)的數(shù)學(xué)原理指出：指出：相鄰兩層流體作相對(duì)相鄰兩層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作運(yùn)動(dòng)時(shí)存在內(nèi)摩擦作用用, ,稱為粘性力。稱為粘性力。不同流體粘性不同流體粘性(1)(1) 液體之間的粘性力主要由液體之間的粘性力主要由分子內(nèi)聚力分子內(nèi)聚力形成形成(2)(2) 氣體之間的粘性力主要由氣體之間的粘性力主要由分子動(dòng)量交換分子動(dòng)量交換形成形成 由于流體的易變由于流體的易變形性，流體與固壁可形性，流體與固壁可實(shí)現(xiàn)分子量級(jí)的粘附實(shí)現(xiàn)分子量級(jí)的粘附作用。通過分子內(nèi)聚作用。通過分子內(nèi)聚力使粘附在力使粘附在固壁上的固壁上的流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起流體質(zhì)點(diǎn)與固壁一起運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)

6、。 牛頓在牛頓在自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中假設(shè)：中假設(shè)：“流體兩部分流體兩部分由于缺乏潤(rùn)滑而引起的阻力，同這兩部分彼此分開的速度成由于缺乏潤(rùn)滑而引起的阻力，同這兩部分彼此分開的速度成正比正比”。即在。即在圖中，粘性切應(yīng)力為圖中，粘性切應(yīng)力為dyduAT3 流動(dòng)參數(shù) 壓力是由于壓力是由于流體的重流體的重而在單位面積上所產(chǎn)生的作用力。而在單位面積上所產(chǎn)生的作用力。ghpp0其中：其中：P0：流體表面的壓強(qiáng)；：流體表面的壓強(qiáng)；h：所求點(diǎn)的沉沒深度。：所求點(diǎn)的沉沒深度。 相對(duì)壓強(qiáng)相對(duì)壓強(qiáng)（Relative Pressure）：又稱）：又稱“表強(qiáng)表強(qiáng)”，用，用p表示，表示，p= pabs p

7、a 。 真空真空（Vacuum）：是指絕對(duì)壓強(qiáng)小于一個(gè)大氣壓的狀態(tài)。）：是指絕對(duì)壓強(qiáng)小于一個(gè)大氣壓的狀態(tài)。真空高度真空高度vaabsvpppggh 絕對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)（Absolute Pressure）：）：用用pabs表示，表示，pabs 0 。真空值真空值p pv vaabsabsa()ppppp水柱高水柱高mH2O： 1 mH2O= 9.8 kPa汞柱高汞柱高mmHg： 1 mmHg=133 kPa若人所能承受的最大壓力為若人所能承受的最大壓力為 1.274 MPa（相對(duì)壓強(qiáng)），則（相對(duì)壓強(qiáng)），則潛水員的潛水員的極限潛水深度極限潛水深度為多少？為多少？61.27410130 m9800p

8、hg蛟龍?zhí)栐O(shè)計(jì)潛水深度為蛟龍?zhí)栐O(shè)計(jì)潛水深度為7000m，則該深度下其表面受，則該深度下其表面受到的壓力為？到的壓力為？MPaatghpp7070070008 . 910000設(shè)如圖所示，設(shè)如圖所示，h =2m時(shí)，求封閉容器時(shí)，求封閉容器A中的真空值。中的真空值。 pahvAB水水空氣空氣pabsA2211pgzgzA11022pgzpgz3 流動(dòng)參數(shù) AdAruQu=u(r) AdArumu=u(r)vAudAAQvA ruu 4 流體的能量mgzEz4 流體的能量221mvEk4 流體的能量AlpEp4 流體的能量whgvgpzgvgpz2222222111hhhjwh hj j 沿程水頭損

9、失沿程水頭損失h h 局部水頭損失局部水頭損失其中：其中： 流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，流速增加、壓力降低。通流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，流速增加、壓力降低。通過測(cè)量節(jié)流前后的壓差，從而確定流量。過測(cè)量節(jié)流前后的壓差，從而確定流量。 孔板流量計(jì)：孔板流量計(jì)：212ppg24dQ 4 流體的能量沿程阻力沿程阻力阻力分類阻力分類局部阻力局部阻力沿程水頭損沿程水頭損失失局部水頭損失局部水頭損失5 管流流態(tài)層流層流：流速不大時(shí)，整個(gè)流場(chǎng)呈一簇互相平行的流線。湍（紊）流湍（紊）流：流速超過一定值后，流體質(zhì)點(diǎn)作復(fù)雜的無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。著色流束與周圍流體相混。過渡流過渡流：流速逐漸加大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。著色流束

10、開始振蕩。5 管流流態(tài)雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：vdvdRe2000Re c工程上常用的工程上常用的圓管臨界雷諾數(shù)圓管臨界雷諾數(shù)2000Re 2000Re 層層 流：流：紊紊 流：流：6 水頭損失達(dá)西公式：達(dá)西公式：gvdlhf22dRe,粗糙度粗糙度 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0001 0.00005 0.01 0.009 0.00

11、001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re 層層流流區(qū)區(qū)湍湍流流區(qū)區(qū)Re64 過渡區(qū)阻力平方區(qū)Re,dd水水力力光光滑滑管管 Re 例例 題題 長(zhǎng)為長(zhǎng)為1km的輸水管路管徑為的輸水管路管徑為75mm，水流量為，水流量為2.355L/s，求該條件水在該管內(nèi)流動(dòng)的水頭損失值？（管路的當(dāng)量粗糙求該條件水在該管內(nèi)流動(dòng)的水頭損失值？（管路的當(dāng)量粗糙度度=0.3mm，水的運(yùn)動(dòng)粘度為，水的運(yùn)動(dòng)粘度為10-6m2/s)解：管內(nèi)速度：解：管內(nèi)速度：)/(

12、533. 042smdQv4610410075. 0533. 0Revd004. 0753 . 0d0310. 0)(24.118 . 92533. 0075. 010000310. 022mgvdLhf雷諾數(shù)：雷諾數(shù)：相對(duì)粗糙度：相對(duì)粗糙度：阻力系數(shù)，阻力系數(shù)，查圖查圖有有水頭損失：水頭損失： 0.10 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.015 0.04 0.01 0.008 0.006 0.03 0.004 0.025 d 0.002 0.02 0.001 0.0008 0.0006 0.0004 0.015 0.0002 0.0

13、001 0.00005 0.01 0.009 0.00001 0.008 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8 103 104 105 106 107 108 0.000005 0.000001 雷諾數(shù) du Re 6 水頭損失22j2hgv管道突然縮小的損失系數(shù)管道突然縮小的損失系數(shù)：1v122(C)120.5(1)AA管道出口管道出口管道突然擴(kuò)大到水池或容器，有管道突然擴(kuò)大到水池或容器，有0/21AA，則，則1.0v5 . 0(a)直角進(jìn)口直角進(jìn)口0.050.25(b)圓角進(jìn)口圓角進(jìn)口0 . 1(c)外伸進(jìn)口外伸進(jìn)口管道進(jìn)口管道進(jìn)口閥門的局部阻力系

14、數(shù)：閥門的局部阻力系數(shù)：開開度度 k0 閥門的阻力系數(shù)隨閥門的開度閥門的阻力系數(shù)隨閥門的開度k變化而變化。當(dāng)開度大到一定值變化而變化。當(dāng)開度大到一定值后，其阻力系數(shù)變化較??；而當(dāng)開度小于一定值后，阻力系數(shù)迅速增后，其阻力系數(shù)變化較??；而當(dāng)開度小于一定值后，阻力系數(shù)迅速增大；開度為大；開度為0時(shí)，阻力系數(shù)無限大。時(shí)，阻力系數(shù)無限大。u 管道水力計(jì)算1 管道分類管道分類2 管道性能曲線管道性能曲線3 串聯(lián)管路串聯(lián)管路4 并聯(lián)管路并聯(lián)管路分支管路分支管路5注水管路的結(jié)垢注水管路的結(jié)垢1 管道分類液液 體體管管 壁壁壓力管路壓力管路液體自由面液體自由面 管管 壁壁無壓管路無壓管路 工程中，常用各種有壓

15、管道輸送液體，如注水管線；水電工程中，常用各種有壓管道輸送液體，如注水管線；水電站壓力引水鋼管；水庫(kù)有壓泄洪隧洞或泄水管；供給的水泵裝站壓力引水鋼管；水庫(kù)有壓泄洪隧洞或泄水管；供給的水泵裝置系統(tǒng)及管網(wǎng)；輸送石油的管道。置系統(tǒng)及管網(wǎng)；輸送石油的管道。 壓力管道：壓力管道：管道被流體充滿，流體在壓力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。管道被流體充滿，流體在壓力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。 管道按布置分管道按布置分 簡(jiǎn)單管道簡(jiǎn)單管道 復(fù)雜管道復(fù)雜管道 串聯(lián)管道串聯(lián)管道 并聯(lián)管道并聯(lián)管道 分枝管道分枝管道 短管短管 長(zhǎng)管長(zhǎng)管 兩種水頭損失大小兩種水頭損失大小局部水頭損失、流速水頭占局部水頭損失、流速水頭占總水頭損失比例較大（大于總水頭損失比

16、例較大（大于5%5%），計(jì)算時(shí)不能忽略），計(jì)算時(shí)不能忽略沿程水頭損失水頭為主，沿程水頭損失水頭為主，局部損失和流速水頭在總局部損失和流速水頭在總水頭損失中所占比重很小。水頭損失中所占比重很小。1 管道分類輪南輪南哈密哈密靖邊靖邊銀川銀川龍崗龍崗武漢武漢忠縣忠縣淮陽(yáng)淮陽(yáng)上海上海青山青山杭州杭州安平安平北京北京紅柳紅柳重慶重慶龍崗氣田龍崗氣田長(zhǎng)武長(zhǎng)武湘潭湘潭大慶大慶烏魯木齊烏魯木齊蘭州蘭州克拉瑪依市克拉瑪依市格爾木市格爾木市花土溝花土溝澀北澀北寧波寧波長(zhǎng)春長(zhǎng)春鞍山鞍山南寧南寧南昌南昌廣州廣州The Second West-East Gas Pipeline Project to be built2

17、 管道性能曲線根據(jù)水頭損失公式：根據(jù)水頭損失公式：225222228242QQdlggdQdlgvdlhw2 管道性能曲線hwQ管路特性曲線：管路特性曲線：2 管道性能曲線hwQz2-z1有位差：有位差：2 管道性能曲線hwQz2-z1泵的特性曲線3 串聯(lián)管道 由不同管道直徑和管壁粗糙度的數(shù)段根管子依次連接在由不同管道直徑和管壁粗糙度的數(shù)段根管子依次連接在一起的管道。一起的管道。串聯(lián)管道水力特性：串聯(lián)管道水力特性：（1 1）各節(jié)點(diǎn)流入流出流量相等）各節(jié)點(diǎn)流入流出流量相等（2 2）總損失等于各段管道）總損失等于各段管道中損失之和中損失之和11vvvQqQ.321wwwwhhhh3串聯(lián)管道2321

18、21322212321222qQQqQQgdlvgdlvgdlvhhhHfff）（）（）（v0Q1Q2Q3q1q2l1 d1l2 d2l3 d3hf1hf2hf 311H3 串聯(lián)管道串聯(lián)管路的特性曲線：串聯(lián)管路的特性曲線：4 并聯(lián)管道 由幾條簡(jiǎn)單管道或串聯(lián)管道，入口端與出口端分別連接在由幾條簡(jiǎn)單管道或串聯(lián)管道，入口端與出口端分別連接在一起的管道系統(tǒng)。一起的管道系統(tǒng)。并聯(lián)管道水力特性：并聯(lián)管道水力特性：（1 1）總流量是各分管段）總流量是各分管段流量之和。流量之和。（2 2）并聯(lián)管道的損失等）并聯(lián)管道的損失等于各分管道的損失。于各分管道的損失。.321vvvvqqqq.321wwwwhhhhAQ

19、Q1 d1 hw1Q2 d2 hw2Q3 d3 hw3BQQhfQHABhfAhf1=hf2=hf3=hfl1 d1 Q1l3 d3 Q3l2 d2 Q2HBHA4 并聯(lián)管道5 分支管路分支管道水力特性：分支管道水力特性：（1 1）流入?yún)R合點(diǎn)的流量等）流入?yún)R合點(diǎn)的流量等于自匯合點(diǎn)流出的流量。于自匯合點(diǎn)流出的流量。321vvvqqq（2 2）沿一條管線的水頭損）沿一條管線的水頭損失是各段水頭損失之和。失是各段水頭損失之和。.31fffhhh213Jz2z1z35 分支管路5 分支管路計(jì)算問題新建管道，確定管徑、起點(diǎn)壓力計(jì)算問題新建管道，確定管徑、起點(diǎn)壓力 已知管網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式（地形、長(zhǎng)度、用戶位置）

20、、用水量、用已知管網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式（地形、長(zhǎng)度、用戶位置）、用水量、用戶所需自給水頭，確定管徑和管網(wǎng)起點(diǎn)水壓。戶所需自給水頭，確定管徑和管網(wǎng)起點(diǎn)水壓。1 根據(jù)管網(wǎng)布置圖，將管網(wǎng)分段編號(hào)根據(jù)管網(wǎng)布置圖，將管網(wǎng)分段編號(hào)2 用連續(xù)性方程確定各段流量用連續(xù)性方程確定各段流量3 以經(jīng)濟(jì)流速確定各段管徑以經(jīng)濟(jì)流速確定各段管徑4 取標(biāo)準(zhǔn)管徑后，計(jì)算流速和摩阻取標(biāo)準(zhǔn)管徑后，計(jì)算流速和摩阻5 按長(zhǎng)管計(jì)算各段水頭損失按長(zhǎng)管計(jì)算各段水頭損失hw6 按串聯(lián)管道計(jì)算起點(diǎn)到控制點(diǎn)的總水頭損失。按串聯(lián)管道計(jì)算起點(diǎn)到控制點(diǎn)的總水頭損失。5 注水管路的結(jié)垢結(jié)垢的危害性：結(jié)垢的危害性：（1）管線的結(jié)垢明顯會(huì)降低整個(gè)注水系統(tǒng)的流量和效率

21、。）管線的結(jié)垢明顯會(huì)降低整個(gè)注水系統(tǒng)的流量和效率。（2）管線結(jié)垢使管道縮徑，流通截面積變小，造成壓力）管線結(jié)垢使管道縮徑，流通截面積變小，造成壓力損失、排量減小及管道堵塞。損失、排量減小及管道堵塞。（3）結(jié)垢誘發(fā)注水井管線局部腐蝕，并且因腐蝕導(dǎo)致注）結(jié)垢誘發(fā)注水井管線局部腐蝕，并且因腐蝕導(dǎo)致注水管線漏失頻繁，甚至可使注水井管線穿孔，造成破壞性水管線漏失頻繁，甚至可使注水井管線穿孔，造成破壞性事故。事故。（4）注水系統(tǒng)維修作業(yè)耗資巨大，處理一次注水管線漏）注水系統(tǒng)維修作業(yè)耗資巨大，處理一次注水管線漏失一般需幾千元，失一般需幾千元， u 泵的種類及原理1 葉片式泵葉片式泵2 容積式泵容積式泵3 其他形式其他形式4 泵對(duì)液流能量的增加泵對(duì)液流能量的增加1 葉片式泵 原原 理理優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高，體積小，轉(zhuǎn)速高，體積小，效率