油庫設計與管理第三課分析上課講義

油庫設計與管理第三課分析第一節(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算第五節(jié)等溫輸油管道設計計算的基本步驟等溫輸油管道的工藝計算與運行管理第四節(jié)等溫輸油管道設計方案的技術經濟比較第六節(jié)等溫輸油管道的運行管理第一節(jié)

輸油泵站的工作特性

一、長輸管道的泵機組類型

輸油泵站的作用:由于離心泵具有排量大、揚程高、效率高、流量調節(jié)方便、運行可靠等優(yōu)點，在長輸管道上得到廣泛應用。

不斷向油流提供一定的壓力能，以便其能繼續(xù)流動。長距離輸油管道均采用離心泵，很少使用其他類型的泵。

1、長輸管道用泵1）離心泵揚程主要取決于葉輪的轉速與形狀。2）若不考慮液體在泵內的損失，離心泵揚程與所輸液體無關。3）液體不同,泵出口壓力不同。離心泵的揚程：泵傳給單位重量流體的能量，米（液柱）。葉輪的直徑葉片的直徑葉片的高度葉片的角度葉輪封閉的程度（開式、半開式、閉式）葉輪的形狀：開式葉輪：常用來輸送漿狀或糊狀液體。半開式葉輪：適用輸送含固體顆?；蚝s質的液體。閉式葉輪：用于高揚程、潔凈液體的輸送。

離心泵的型式有兩種：

1.多級（高壓）泵:排量較小,又稱為并聯泵；

2.單級（低壓）泵:排量大，揚程低，又稱為串聯泵。

一般來說，輸油泵站上均采用單一的并聯泵或串聯泵，很少串并聯泵混合使用，有時可能在大功率并聯泵或串聯泵前串聯低揚程大排量的給油泵，以提高主泵的進泵壓力。

串聯泵具有排量大、揚程低、效率高的特點。我國試制的KS型串聯泵比并聯泵效率高10%左右，而國外生產的串聯泵比國內多數管道采用的并聯泵效率高出18%左右。長距離輸油管道是耗能大戶，而等溫輸油管道的耗能設備主要是輸油主泵，因此提高輸油主泵的效率是提高等溫輸油管道經濟效益的主要途徑。如果將我國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，加強對輸油主泵的維修保養(yǎng)，使其始終處于高效狀態(tài)，對提高輸油管道的經濟效益非常重要。輸油泵站的工作特性2、原動機

⑴

電動機

⑵

柴油機

⑶

燃氣輪機

輸油泵的原動機應根據泵的性能參數、能源供應情況、管道自控及調節(jié)方式等因素決定。分為：電動機具有體積小、重量輕、噪音低、運行平穩(wěn)可靠、便于實現自動控制等優(yōu)點，對于電力供應充足的地區(qū)一般均采用電動機作為的原動機。其缺點是調速困難，需要專門的調速裝置。但對于電網覆蓋不到的地區(qū)，是否采用電動機要進行經濟比較。如果需要架設長距離輸電線路，采用電動機是不合適的。與電動機相比，柴油機有許多不足之處：體積大、噪音大、運行管理不方便、易損件多、維修工作量大、需要解決燃料供應問題。其優(yōu)點是可調速。對于未被電網覆蓋或電力供應不足的地區(qū)，采用柴油機可能更為經濟。燃氣輪機單位功率的重量和體積都比柴油機小得多，可以用油品和天然氣作燃料，不用冷卻水，便于自動控制，運行安全可靠，功率大，轉速可調。一些退役的航空發(fā)動機經改型后可用于驅動離心泵。對于偏遠地區(qū)的大型油氣管線，采用燃氣輪機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氣輪機。

3、泵機組的輔助系統(tǒng)

⑴

電動機—離心泵機組的輔助系統(tǒng)

①

電動機和離心泵的軸承潤滑系統(tǒng)

②

冷卻水系統(tǒng)

③

漏油及污油回收系統(tǒng)

⑵

柴油機往復泵機組的輔助系統(tǒng)

①

燃料供應系統(tǒng)

②

潤滑油系統(tǒng)

③

冷卻水系統(tǒng)

④

壓縮空氣系統(tǒng)

⑤

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

對于電動離心泵機組，目前原動機普遍采用異步電動機，轉速為常數。因此H=f(q)，揚程是流量的單值函數，一般可用二次拋物線方程H=a-bq2表示。對于長輸管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b為常數，可根據泵特性數據由最小二乘法求得；m與流態(tài)有關;q為單泵排量。采用上式描述泵特性，與實測值的最大偏差≯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，對于那些經過變量代換能夠變?yōu)橐辉€性方程的非線性方程，該方法同樣適用。設有n組實驗數據，(x1,y1)，(x2,y2)，……(xn,yn)，它們之間的關系可以用線性方程y=A+Bx表示，由于實驗數據不可能完全落在直線上，故它們之間存在誤差。xi點的實測值yi與計算值的偏差為：di=yi-(A+Bxi)。如果把各點的偏差加起來，其大小就能反應出該直線與實驗點的逼近程度。但我們不能將各點的偏差直接用求代數和的方法相加，因為各點的偏差有正有負，求代數和會正負抵消，不能反應實際偏差的大小，所以我們取各點偏差的平方和：我們的目的是要從一組直線中選擇一條到各點的偏差的平方和為最小的直線，即確定參數A、B的值，使S最小。輸油泵站的工作特性由高等數學求極值的方法知道，要使S最小，必須使:從而得到輸油泵站的工作特性對于泵特性方程，H=a-bq2-m，令yi=Hi，

帶入上式即可得到系數a和b

。檢查回歸結果是否滿意有兩種方法：①求各個點的相對偏差：

如果max<2%，則說明結果滿意，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②求相關系數R：它表示變量x、y線性相關的程度，在實驗點分布圖上它表示數據點在回歸直線附近的密集程度。若R=0，則說明x、y之間不存在線性關系.若，說明所有的數據點都落在直線上。一般情況是相關系數R的計算公式為：輸油泵站的工作特性那么R值必須達到多大才算滿意呢？這與取點有關，表2-2的數據可供參考。輸油泵站的工作特性表2-2相關系數檢驗表點數及格好點數及格好30.997170.7540.87440.9500.99080.7070.83450.8780.95990.6660.79860.8110.917100.6320.765輸油泵站的工作特性如果相關系數低于表中所列的及格水平，說明不能用線性方程回歸實驗數據(或變換后的實驗數據)，應采用其它方程。注意：計算R時要用變換后的數據。對于泵特性方程，計算R時，式中的xi要用-qi2-m代替，yi用Hi代替。否則計算結果不正確，這是因為H-q不符和線性關系，而H-q2-m卻很好地符合線性關系。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對應的泵特性方程中的兩個常系數2.改變泵的轉速

n－調速后泵的轉速，r/minn0－調速前泵的轉速，r/mina,b－與轉速n0對應的泵特性方程中的兩個常系數式中：輸油泵站的工作特性3.進口負壓調節(jié)

進口負壓調節(jié)一般只用于小型離心泵，大型離心泵一般要求正壓進泵，不能采用此方法。

多數采用切削葉輪和改變泵的轉速（串級調速和液力藕合器等）。另外對于多級泵還可用拆級的方法改變泵特性。4.油品粘度對離心泵特性的影響

一般當運動粘度大于60×10-6m2/s時要進行泵特性的換算。輸油泵站的工作特性1、進口負壓對離心泵的特性有何影響？思考題3、泵的揚程和泵的排出壓力有何不同？2、進口負壓對輸水和輸油時的影響相同嗎？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：串聯和并聯

1、并聯泵站的工作特性QHc

q2

q1并聯泵站的特點：泵站的流量等于正在運行的輸油泵的流量之和，每臺泵的揚程均等于泵站的揚程。即：輸油泵站的工作特性設有n1臺型號相同的泵并聯，即

A=a

注意：泵并聯運行時，在改變運行的泵機組數時，要防止電機過載。則：輸油泵站的工作特性輸油泵站的工作特性例如兩臺泵并聯時，若一臺泵停運，由特性曲線知，單泵的排量q>Q/2，排量增加，功率上升，電機有可能過載。H管路單泵并聯QqQ/22、串聯泵站的工作特性

QHc

q2,H2

q1,H1輸油泵站的工作特性①

各泵流量相等，q=Q設有n2臺型號相同的泵串聯，則：②泵站揚程等于各泵揚程之和：特點：1、兩臺泵串聯運行，若一臺泵停運，另一臺泵會不會過載？通過泵與管路聯合工作的特性曲線圖加以說明。思考題輸油泵站的工作特性2、若泵型號不同，如何求泵站的工作特性？3.串、并聯泵機組數的確定

選擇泵機組數的原則主要有四條：

①滿足輸量要求；②充分利用管路的承壓能力；③泵在高效區(qū)工作；④泵的臺數符合規(guī)范要求（不超過四臺）。⑴并聯泵機組數的確定其中:Q為任務輸量，

q為單泵的額定排量顯然不一定是整數，只能取與之相近的整數，這就是泵機組數的化整問題。如果管線的發(fā)展趨勢是輸量增加，則應向大化，否則向小化。一般情況下要向大化。由此可見并聯泵的臺數主要根據輸量確定，而泵的級數（揚程）則要根據管路的允許工作壓力確定。另外根據規(guī)范規(guī)定，泵站至少設一臺備用泵。⑵串聯泵其中：[H]為管路的許用強度（允許承壓能力）

H為單泵的額定揚程。一般來說，串聯泵的應向小化，如果向大化，則排出壓力可能超過管子的許用強度，是很危險的。而且向大化后，泵站數將減少，開泵方案少，操作不靈活。串聯泵的額定排量根據管線任務輸量確定。4.串、并聯組合形式的確定

⑵

從管特性和地形方面考慮，串聯泵更適合于地形平坦的地區(qū)和下坡段，這種情況下管路特性較陡，所以也可以說串聯泵更適合于管路特性較陡的情況。這一點可以用如圖所示的特性曲線解釋。

⑴從經濟方面考慮，串聯效率較高，比較經濟。我國并聯泵的效率一般只有70%左右，而串聯泵的效率可達90%。串聯泵的特點是：揚程低、排量大、葉輪直徑小、流通面積大，故泵損失小，效率高。Q1Q2ABC△h1△h2并聯串聯并聯單泵串聯單泵HQ輸油泵站的工作特性平坦地區(qū)或下坡段串聯泵與并聯泵的比較如圖所示，正常運行時，串、并聯泵均需兩臺泵工作，工作點為A，流量為Q1。當需將輸量降為Q2=1/2Q1時，串、并聯泵均只開一臺泵即可。工作點分別為B、C。串聯泵的節(jié)流損失為，并聯泵的節(jié)流損失為，顯然，因此采用串聯泵較經濟，可適應輸量的較大變化。輸油泵站的工作特性輸油泵站的工作特性并聯泵更適合于地形比較陡、高差比較大的爬坡地區(qū)，此時站間管道較短，管路特性曲線較平，泵所提供的能量主要用于克服很大的位差靜壓頭。

輸油泵站的工作特性Q2Q1ABC△h1△h2并聯串聯并聯單泵串聯單泵HQ上坡段串聯泵與并聯泵的比較如圖所示，正常運行時兩臺泵運行，輸量為Q1，當輸量需降為Q2=1/2Q1時，并聯泵只開一臺泵即可，節(jié)流損失為，而串聯泵仍需開兩臺泵，節(jié)流損失為，顯然