等溫輸油管道大作業(yè)

1、等溫輸油管道大作業(yè)內(nèi)容：擬建一條長690公里，年輸量為600萬噸的輕質(zhì)油管線。已知原始資料:管路埋深1.5米處的月平均地溫:月份123456789101112地溫C6.355.910.314.917.419.821.120.818.313.58.6油品密度P 20=867.5kg/m3油品的粘溫特性：溫度C）510152025粘度（10-6 米 2/秒）30.222.618.815.813.5可選用的離心泵型號(hào)規(guī)格：（P24）或按照最新的泵機(jī)組樣本進(jìn)行選擇（網(wǎng) 上搜索或圖書館查閱相關(guān)手冊(cè)）。首站進(jìn)口壓頭取 H仁45m站內(nèi)摩阻取15m管材選用見P64和附錄一、附錄二。線路高程：樁號(hào)1234567

2、891011里程（km019124190290335438484554635696高程（km51760874559640751353635331717設(shè)計(jì)要求：（提示：先采用手算，步驟熟悉后再采用電算。作業(yè)本中要體現(xiàn)手算過程。）1）合理選擇泵型號(hào)和泵站的組合方式，并查有關(guān)資料作所選型號(hào)的泵在輸 此油品時(shí)特性數(shù)據(jù)的換算；2）選取合適的管徑，計(jì)算壁厚并取整，然后計(jì)算管道的承壓能力和對(duì)應(yīng)的 允許最大出站壓頭；3）取管道的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度e=0.03mm計(jì)算所需的泵站數(shù)；4）將計(jì)算的泵站數(shù)取大化整，然后提出三項(xiàng)經(jīng)濟(jì)可行的措施使輸量保持不 變，并對(duì)每種措施作相應(yīng)的計(jì)算（雙號(hào)學(xué)生選作）。5）將計(jì)算的泵站數(shù)取

3、小化整，分別計(jì)算所需副管的長度（管徑與主管相 同）、大一個(gè)等級(jí)的變徑管長度、大兩個(gè)等級(jí)的變徑管長度，并進(jìn)行管材耗 量的比較（單號(hào)學(xué)生選作）6） 校核：夏季高溫時(shí)和冬季低溫時(shí)各站的進(jìn)、出站壓力，并調(diào)整站址；7） 設(shè)副管敷設(shè)在首站出口位置，求第一站間動(dòng)水壓頭Hx的表達(dá)式，并檢查 全線動(dòng)水壓頭和靜水壓頭；8）求管道系統(tǒng)的最大和最小輸量及相應(yīng)的電機(jī)的總輸出功率 已知參數(shù)：管長 L 690km，年輸量 G 600*107kg/a20C 時(shí)油品密度：20=867.5kg / m3基本量求解：根據(jù)已知12個(gè)月平均溫度求得年平均溫度：11=6.3 5 5.9 10.3 14.9 17.4 19.8 21.1

4、20.8 18.3 13.5 8.61213.50 C已知夏季最高溫度：t2=21.1 C ；冬季最低溫度：t3=5 C計(jì)算油品密度根據(jù)公式：t 20 t 20其中， 1.825 0.001315 20,kg/ m C1）年平均溫度下，油品密度：3120 （t 20）867.5 （1.825 0.001315*867.5）*（13.520）871.95kg/m2 ）夏季最高溫度下，油品密度：2 866.75kg/m33）冬季最低溫度下，油品密度：3 877.76 kg/m3計(jì)算油品體積流量考慮到管道維修及事故等因素，年輸時(shí)間按350d （8400h）計(jì)算：1）年平均溫度下，油品體積流量：Q G

5、/ “ 600*10 7/819 18m3/hQ1 G/ 1（8400*871.95）8l9.l8m h2） 夏季最高溫度下，油品體積流量：Q2 824.10m3/h3） 冬季最低溫度下，油品體積流量：Q3 813.76m3/h計(jì)算油品粘度根據(jù)已給溫度與油品粘度的各個(gè)離散點(diǎn)，采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擬合曲線如下：溫度與油品粘度一粘度對(duì)數(shù)（粘度】并得到溫度與油品粘度的關(guān)系式：6 210.31ln t 46.655 , 10 m /s1）年平均溫度下，油品粘度： i 19.82*10 6m2/s2）夏季最高溫度下，油品粘度:15.22*10 6m2/s3）冬季最低溫度下，油品粘度:330.06

6、*10 6m2/s問題一求解：泵型號(hào)及泵站組合方式的選擇：按照年平均輸量 Q1819.18m3 / h選擇所需泵1）當(dāng)選用DZ 250*340*4型并聯(lián)用離心泵時(shí)，各特性參數(shù)為：n =87% H=520,N=1100KW NPSH=18m2）當(dāng)選用ZS 35*420型串聯(lián)用離心泵時(shí)，各特性參數(shù)為：n =80% H=255,N=600KW NPSH=8m相比之下，選用DZ 250*340*4型并聯(lián)用離心泵效率較高，因此選用DZ 250*340*4型并聯(lián)用離心泵特性參數(shù)的換算：由于在平均溫度下，粘度小于20*10 6m2/s，因此不用進(jìn)行換算。問題二求解：A.選擇管徑：根據(jù)年輸量G 6*10 6t

7、/a，查找表2-4 （ P63），得出計(jì)算管徑為 529mm 因此設(shè)計(jì)管徑應(yīng)在529mm左右波動(dòng)。根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格，見附錄二（P486），選取與529mn相近的三種直徑管道，且分別為 457mm,508m，559mm從經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)省管徑材料方面來看，初選管徑為508mm初選設(shè)計(jì)壓力為6MP。B.校核設(shè)計(jì)壓力：根據(jù)能量平衡關(guān)系，管道實(shí)際壓力計(jì)算：P ( H Hc) g, H45m, H c 520m1)年平均溫度下：R ( H HJ1g(45520)*871.95*9.8*1064.83MPa6.0MPa2)夏季最咼溫度卜：P2( H Hc)2g(45520)*866.75*9.8*106

8、4.80MPa6.0MPa3)冬季最低溫度卜：P3( H Hc)3g(45520)*877.76*9.8*1064.86MPa6.0MPa因此，可選6.0MPa作為設(shè)計(jì)壓力。C.管道計(jì)算承壓能力與最大出站壓頭： 鋼管材料選用L450鋼 根據(jù)許用應(yīng)力公式：K sT其中，K為強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，取0.72. 為焊縫系數(shù)，取1.0T為溫度折減系數(shù)，取1.0(T s為鋼材最低屈服強(qiáng)度，取450MP。因此，K sT 0.72*1.0*1.0*450324MPa根據(jù)輸油管道壁厚設(shè)計(jì)公式:PD2D1457 m m時(shí),D2508m m時(shí),559 m m時(shí)，根據(jù)管道內(nèi)徑計(jì)算公式:d1d2d3D3D1D2D3屈服校核：

9、2 14572 25082 3559Pd26*457/2*3246*508/2*3246*559 2*324D 2445mmd2*62*62*64.23mm，取整后,4.7mm，取整后,5.17mm，取整后,496mm547mm1=6.0mm2 =6.0mm3=6.0mm222.5MP1324MPa12 Pd22 2248MPa324MP33273.5MPad1445m m時(shí),22*324*6 445 8.737MPa324MPa管道最大承壓能力:d1496mm時(shí)，P22*324*64967.839MPd3547mm時(shí)，P32*324*6 5477.108MPa相應(yīng)的最大出站壓頭:Di457m

10、m時(shí),H1D2508mm時(shí),H2D3559mm時(shí),H3P g8.737*106/871.95*9.87.839*1067871.95*9.87.108*106/871.95*9.81022.46m917.37m831.82m問題三求解：泵站數(shù)確定：油品流速：VA.2B.d1445mm時(shí),d2496 mm時(shí),d3547 m m時(shí),流體雷諾數(shù)：ReV|1.47m / sV21.18m /sV30.97m / sVd 4Qvdvd1445m m時(shí)，Re1 32897.55d2496m m時(shí)，Re2 29514.94d3547 m m時(shí)，R 26763.093e3C.第一臨界雷諾數(shù)：R.1 血587,

11、2edd1445mm時(shí)，11.35*101576204.97d2496m m時(shí)，2 1.21*104,Re21784292.39d3547 m m時(shí)，3 1.10*104, R】1995464.06因此，在三種管徑下。流體均處于水力光滑區(qū)。水力坡降計(jì)算：i hL LQ mds m,0.0246,m 0.25d1445mm 時(shí)，i15.781m / kmd2496mm時(shí)，i23.453m/ kmd3547mm時(shí)，i32.169m/ km翻越點(diǎn)判斷：由上圖可知，在三種不同管徑下，均無翻越點(diǎn)存在。全線壓頭損失計(jì)算，并考慮1%勺其余損耗，且末站剩余壓頭10mH 1.01(iL Z) 10d1445mm

12、時(shí)，H13568.81md2496mm時(shí)，H21932.72md3547mm時(shí)，H31029.72m泵站數(shù)確定：N H(hh)，Hc 520m,hm 15md1445mm時(shí)，N=7.07d2496mm時(shí)，N=3.83d3547mm時(shí)，N=2.04選取管徑d 496mm, D=508mm設(shè)置泵站，貝U N=3.83 問題四求解：泵站數(shù)N=3.83取大化整為N=4三項(xiàng)可行經(jīng)濟(jì)措施及相關(guān)運(yùn)算：根據(jù)泵站Q-H特性方程：He A BQ2 m式中:He為泵站揚(yáng)程，m液柱；Q為泵站排量，ml/sA、B由離心泵特性及組合方式確定的常數(shù)查找圖2-1 ( P24)中DZ 250*340*4型并聯(lián)用離心泵，任選10

13、個(gè)離 散點(diǎn)，如下表所示：流量Q/ni/h100200300400500600700800900100流量Q/mi/s0.0280.0560.0830.1110.1390.1670.1940.2220.2500.278Q.750.0020.0060.0130.0210.0320.0430.0570.0720.0880.106Hc 652.38 1819.8Q15 TOC o 1-5 h z 5 m4.75選取變徑管，m=0.25, = 5081.653do457變徑管長：X (Hc hm)(N N2)j(i)(520 15)(3.83 3)3.453*(11.653)詛07調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)速前：比A

14、 BQ2 m調(diào)速后：A吭 B吭 Q2 m令 3.83 Hc=4H：以上各式中，A=652.38, B=1819.8, Q=0.228riVs , m=0.25因此，解得： 吭 0.9826改變?nèi)~輪半徑變徑前：比 A BQ2 m/2m變徑后：H； A % B D/D Q2 m令 3.83 Hc=4Hc以上各式中，A=652.38，B=1819.8，Q=0.228n3/s，m=0.25 因此，解得：D/D 0.9826問題五求解：泵站數(shù)N=3.83取小化整為N=3A.鋪設(shè)副管(管徑與主管相同)副管長度計(jì)算：為(Hc hm)(N汕)其中，H=520m,hm=15m,N=3.83,N1=3,i=3.4

15、53,3 =0.298因此，副管長度：X1=173.41km對(duì)于 D=508mm? =6.0mmi岡管，其管重 W=73.81kg/m因此，此時(shí)鋼材耗量：M1 W；x173.81*173.411.3*10 7 kgB.大一個(gè)等級(jí)變徑管變徑管長度：X35 m(He%0因此，變徑管長度：對(duì)于 Db=559mm, S =6.0mm!岡管，其管重 W=81.31kg/m 因此，此時(shí)鋼材耗量：M2其中,X2=322.57km(W2 W)x2 (81.31 73.81)*322.5762.4*10 kgC.大兩個(gè)等級(jí)變徑管變徑管長度：X35 m(Hc%0因此，變徑管長度：X2=208.93km 對(duì)于 D)

16、=610mm, S =6.0mni岡管，其管重 W=88.80kg/m 因此，此時(shí)鋼材耗量：6M3 (W3 W1)x3(88.80 73.81)*208.933.1*10 kg綜上，由MMM知，大一個(gè)等級(jí)變徑管更為經(jīng)濟(jì)可行。 問題六求解：其中,A.夏季時(shí)情況:油品密度油品粘度油品流量Q泵揚(yáng)程：H水力坡降i冬季時(shí)情況油品密度油品粘度油品流量Q泵揚(yáng)程：H水力坡降iccB.=866.75kg/m 36215.22*10 m /s0.229m3/s652.38 1819.8Q175514.43mQ2 mm 3.26m/ kmC.若選擇四個(gè)泵站 進(jìn)站壓力：H Si 出站壓力：Hdi 其中，Hs為第Hdi

17、為第 L i,i-13=877.76kg/m 30.06*10 6m2/s 0.226m3/s1 75652.38 1819.8Q .517.57m2mmQ d5 m 3.77m/km,確定各站進(jìn)出站壓力：H d (i 1) iLi,i 1Zi,i 1,2 i 4Hsi Hc hm,1 i 4站進(jìn)站壓力站出站壓力ii為第i站與第i-1站之間的距離 Zi,M為第i站與第i-1站之間的高程差 根據(jù)泵站布置圖查得各組數(shù)據(jù)知，進(jìn)出站壓力均符合。問題七求解：A.第一站間動(dòng)水壓力(副管敷設(shè)在首站位置)：Hx H ix (Zx Zi)當(dāng) x 173.41km 時(shí)，Hx 1932.72 為仍ix 乙乙當(dāng) x

18、173.41km 時(shí)，Hx 1932.72 ix全線動(dòng)水壓頭： 根據(jù)縱斷面圖可找的最大動(dòng)水壓頭為： 因此，全線最大動(dòng)水壓力為：Pmax冬 gHmax 877.76*9.8*670.3靜水壓頭：由題知，全線最大高差為：Hmax 536 35最大靜水壓頭為：Pmax冬 gHmax 877.76*9.8*501=4.31 MPa因此，對(duì)管道不會(huì)造成破壞。問題八求解：設(shè)泵的效率為187%，電動(dòng)機(jī)的效率為2A.冬季時(shí)具有最小流量：Q 600*10 7/0226m3/smin(8400*877.76*3600)泵的功率：N泵二冬gQminH冬 877.76*9.8*0.226*517.571006.19KW電機(jī)功率