輸油管道設(shè)計(jì)與管理1

輸油管道輸送工藝技術(shù)

石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)工程系安家榮管道是石油生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，是石油工業(yè)的動(dòng)脈。在石油的生產(chǎn)過(guò)程中，自始至終都離不開(kāi)管道。我們可以把石油的生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單的表示為：用戶煉油廠礦場(chǎng)油庫(kù)轉(zhuǎn)油站聯(lián)合站計(jì)量站油井礦場(chǎng)油氣集輸系統(tǒng)長(zhǎng)輸管道原油管道成品油管道一、輸油管道概況1、輸油管道的發(fā)展歷史1879年，在美國(guó)的賓夕法尼亞鋪設(shè)了一條口徑為150mm，長(zhǎng)為17.4km的輸油管道。1886年，美國(guó)又鋪設(shè)了一條口徑為200mm，長(zhǎng)為139km的輸油管道。管道工業(yè)有著悠久的歷史。中國(guó)是最早使用管道輸送流體的國(guó)家。早在公元前的秦漢時(shí)代，就有人用打通了節(jié)的竹子連接起來(lái)輸送鹵水，隨后又用于輸送天然氣?，F(xiàn)代管道始于19世紀(jì)中葉，1859年，美國(guó)賓夕法尼亞打出了第一口油井，所生產(chǎn)的原油起初用馬車?yán)\(yùn)，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的交通擁擠。直到1865年，才建造了第一條用于輸送原油的管道。直徑為50mm，長(zhǎng)為10km，輸量為2.8m3/h,用往復(fù)泵驅(qū)動(dòng)。

1920年前，管道均采用絲扣連接，因此管徑較小。1920年，在管道鋪設(shè)中開(kāi)始采用氣焊，隨后又被電焊所取代。金屬焊接工藝的發(fā)展和完善促進(jìn)了大口徑、長(zhǎng)距離管道的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了新管材的使用。但真正具有現(xiàn)代規(guī)模的長(zhǎng)輸管道始于第二次世界大戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，美國(guó)急需將西南部油田生產(chǎn)的油運(yùn)往東海岸，但由于戰(zhàn)爭(zhēng)，海上運(yùn)輸常常被封鎖而中斷，這就促使美國(guó)鋪設(shè)了兩條輸油管道。一條是原油管道，口徑為600mm，長(zhǎng)度為2158km，輸量為47700m3/d(1500萬(wàn)噸/年)，由德克薩斯到賓夕法尼亞。另一條為成品油管道，口徑為500mm，包括支線全長(zhǎng)為2745km，輸量為3760m3/d(1300萬(wàn)噸/年)，由德克薩斯到新澤西，同時(shí)還鋪設(shè)了一條輸氣管道，口徑為600mm，長(zhǎng)為2035km，由西南部到東海岸。從60年代起，輸油管道向大口徑、長(zhǎng)距離的方向發(fā)展，并出現(xiàn)許多跨國(guó)管線。較著名的有：1964年，原蘇聯(lián)建成了蘇聯(lián)－東歐的“友誼”輸油管道，口徑為1020mm,長(zhǎng)為5500km。

1977年，建成了第二條“友誼”輸油管道，在原蘇聯(lián)境內(nèi)與第一條管線平行，口徑為1220mm,長(zhǎng)為4412km,經(jīng)波蘭至東德。兩條管線的輸量約為1億噸/年。

1977年，美國(guó)建成了世界上第一條伸入北極的橫貫阿拉斯加管道,口徑為1220mm，全長(zhǎng)為1287km，其中900km管道采用架空保溫鋪設(shè)。年輸量約為1.2億m3，不設(shè)加熱站，流速達(dá)3m/s，靠摩擦熱保持油溫不低于60℃，投資77億美元。1988年，美國(guó)建成了從西部圣巴巴拉至休斯頓的原油管道，管徑762mm,總長(zhǎng)2731km，年輸油能力約為1600萬(wàn)噸。同時(shí)，成品油管道也獲得了迅速發(fā)展。典型的是美國(guó)的科羅尼爾成品油管道系統(tǒng)。干線口徑為750、800、900、1000mm,總長(zhǎng)為8413km,輸油能力為1.4億噸/年。2、長(zhǎng)輸管道的發(fā)展趨勢(shì)(1)高壓力、大口徑的大型輸油管道(2)采用高強(qiáng)度、高韌性、可焊性良好的管材

(4)采用先進(jìn)的輸油工藝和技術(shù)

(3)采用新型、高效、露天設(shè)備

a.設(shè)計(jì)方面，采用航空選線.b.采用密閉輸送工藝流程，減少油氣損耗和壓能損耗。

c.采用計(jì)算機(jī)自控、遙控技術(shù)。

d.用化學(xué)藥劑（減阻劑、降凝劑）降低能耗。

3、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(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，對(duì)環(huán)境的污染小。輸油管道概況一條720管線的輸量約等于一條單線鐵路的運(yùn)量，但造價(jià)不如鐵路的1/2。管線埋于地下，基本不受惡劣氣候的影響，油氣污染和噪聲污染都比鐵路小得多。原蘇聯(lián)管線運(yùn)價(jià)約為鐵路的1/2，美國(guó)約為鐵路的1/7-1/10，我國(guó)目前基本與鐵路持平。管線埋于地下，地面仍可耕種。鐵路的坡度一般不能超過(guò)30度，而管線不受坡度的限制，有利于翻山越嶺，取捷徑，起終點(diǎn)相同的兩地間，管線的長(zhǎng)度一般要比鐵路短30%。4、我國(guó)輸油管道概況1958年以前，我國(guó)輸油管道還是一個(gè)空白。1958年，我國(guó)修建了第一條長(zhǎng)輸管道：克拉瑪依—獨(dú)山子原油管道。隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代開(kāi)始興建大型輸油管道，我國(guó)管道工業(yè)進(jìn)入第一個(gè)發(fā)展高潮,建設(shè)的管道主要是原油管道。到目前為止,我國(guó)鋪設(shè)的百公里以上的原油長(zhǎng)輸管道40余條,管徑為159～720,形成了具有一定規(guī)模的原油管網(wǎng)(見(jiàn)全國(guó)油氣管線分布圖)。我國(guó)管道工業(yè)繼第一個(gè)發(fā)展高潮之后，于20世紀(jì)90年代中期逐漸進(jìn)入第二個(gè)發(fā)展高潮，而且目前已經(jīng)處在發(fā)展高潮之中。此次發(fā)展高潮以天然氣管道和成品油管道建設(shè)為主。近幾年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)建成的或正在興建中的管道有，西氣東輸管道、澀北西寧蘭州天然氣管道、蘭州成都重慶成品油管道、茂名至昆明成品油管道、忠縣至武漢天然氣管道、寧波上?！暇┻M(jìn)口原油管道、環(huán)珠江三角洲液化天然氣管道、鎮(zhèn)海至蕭山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然氣管道等。正準(zhǔn)備興建的管道還有中俄天然氣管道、中俄原油管道，遠(yuǎn)景規(guī)劃可能還有吐庫(kù)曼斯坦至中國(guó)的天然氣管道、西西伯利亞至中國(guó)天然氣管道，以及蘇里格氣田的外輸管道等。返回阿爾善-賽漢塔拉原油管道在東北和華北地區(qū)，先后建成了慶鐵線、鐵大線、鐵秦線、秦京線、鐵扶線、撫鞍線和任京線，形成了規(guī)模較大的東北管網(wǎng)，擔(dān)負(fù)了大慶油田、遼河油田、華北油田的原油外輸任務(wù)。在華東華北地區(qū)，先后建成了魯寧線、濮臨線、滄臨線、中洛線、東臨線、東黃線、東黃復(fù)線、東辛線、臨濟(jì)線，形成了規(guī)模較大的華東原油管網(wǎng)，擔(dān)負(fù)了勝利油田、中原油田的原油外輸任務(wù)。另外，已經(jīng)停止運(yùn)行的任滄線實(shí)際上已將東北和華東兩大管網(wǎng)連為一體。在華中地區(qū)，魏荊線擔(dān)負(fù)了河南油田的原油外輸任務(wù)。在華南地區(qū)，湛茂線擔(dān)負(fù)了茂名石化的供油任務(wù)。在內(nèi)蒙境內(nèi)阿賽線擔(dān)負(fù)了二連油田的原油外輸任務(wù)。在西北地區(qū)，克獨(dú)線、克烏線擔(dān)負(fù)了克拉瑪依油田的原油外輸任務(wù)；花格線擔(dān)負(fù)了青海油田的原油外輸任務(wù)；馬惠寧線、靖咸線擔(dān)負(fù)了長(zhǎng)慶油田的原油外輸任務(wù)；庫(kù)鄯線擔(dān)負(fù)了塔里木油田的原油外輸任務(wù)。四川油田管網(wǎng)馬惠寧線花格線魏荊線二、輸油泵站的工作特性1、長(zhǎng)輸管道的泵機(jī)組類型

輸油泵站的作用:由于離心泵具有排量大、揚(yáng)程高、效率高、流量調(diào)節(jié)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)輸管道上得到廣泛應(yīng)用。

不斷向油流提供一定的壓力能，以便其能繼續(xù)流動(dòng)。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：

多級(jí)（高壓）泵:排量較小,又稱為并聯(lián)泵；

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)試制的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。(2)原動(dòng)機(jī)

⑴

電動(dòng)機(jī)

⑵

柴油機(jī)

⑶

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)作為的原動(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(wèn)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)可能是比較好地選擇。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)。2、離心泵的工作特性

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%。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)(2)改變泵的轉(zhuǎn)速

n－調(diào)速后泵的轉(zhuǎn)速，r/minn0－調(diào)速前泵的轉(zhuǎn)速，r/mina,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：4、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QHc

q2

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

A=a

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(guò)載。則：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(guò)載。H管路單泵并聯(lián)QqQ/2(2)串聯(lián)泵站的工作特性

Q

Hc

q2,H2

q1,H1①

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：②泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和：特點(diǎn)：(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：

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(tái)數(shù)符合規(guī)范要求（不超過(guò)四臺(tái)）。①并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定其中:Q為任務(wù)輸量，

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(wèn)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(jiàn)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)管路的允許工作壓力確定。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定，泵站至少設(shè)一臺(tái)備用泵。②串聯(lián)泵其中：[H]為管路的許用強(qiáng)度（允許承壓能力）

H為單泵的額定揚(yáng)程。一般來(lái)說(shuō)，串聯(lián)泵的應(yīng)向小化，如果向大化，則排出壓力可能超過(guò)管子的許用強(qiáng)度，是很危險(xiǎn)的。而且向大化后，泵站數(shù)將減少，開(kāi)泵方案少，操作不靈活。串聯(lián)泵的額定排量根據(jù)管線任務(wù)輸量確定。(4)串、并聯(lián)組合形式的確定

②

從管特性和地形方面考慮，串聯(lián)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(shuō)串聯(lián)泵更適合于管路特性較陡的情況。這一點(diǎn)可以用如圖所示的特性曲線解釋。

①?gòu)慕?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70%左右，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，故泵損失小，效率高。Q1Q2ABC△h1△h2并聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)單泵串聯(lián)單泵HQ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(kāi)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，并聯(lián)泵的節(jié)流損失為，顯然，因此采用串聯(lián)泵較經(jīng)濟(jì)，可適應(yīng)輸量的較大變化。并聯(lián)泵更適合于地形比較陡、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。

Q2Q1ABC△h1△h2并聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)單泵串聯(lián)單泵HQ上坡段串聯(lián)泵與并聯(lián)泵的比較如圖所示，正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)泵運(yùn)行，輸量為Q1，當(dāng)輸量需降為Q2=1/2Q1時(shí)，并聯(lián)泵只開(kāi)一臺(tái)泵即可，節(jié)流損失為，而串聯(lián)泵仍需開(kāi)兩臺(tái)泵，節(jié)流損失為，顯然。因此，對(duì)于管路特性較平（地形較陡）的情況，并聯(lián)泵更能適應(yīng)流量的較大變化。③

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)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。A、不存在超載問(wèn)題B、調(diào)節(jié)方便C、流程簡(jiǎn)單D、調(diào)節(jié)方案多1、管路的壓降計(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

hξ為局部摩阻(zj-zQ)為計(jì)算高程差三、輸油管道的壓能損失2、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算

計(jì)算長(zhǎng)輸管道的摩阻損失主要是計(jì)算沿程摩阻損失

hL

。達(dá)西公式：對(duì)于一條給定的長(zhǎng)輸管道，L和D都是已知的，輸量（或流速）也是已知的，現(xiàn)在的問(wèn)題就是如何計(jì)算水力摩阻系數(shù)λ。根據(jù)流體力學(xué)理論

其中：e為管壁的絕對(duì)粗糙度，D為管道內(nèi)徑。λ是Re和e/D

的二元函數(shù)，具體的函數(shù)關(guān)系視流態(tài)而定。在解決工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)，為了安全，一般盡量避開(kāi)過(guò)渡區(qū)，因該區(qū)的流態(tài)不穩(wěn)定。實(shí)在無(wú)法避開(kāi)時(shí)，該區(qū)的λ按紊流光滑區(qū)計(jì)算。

流態(tài)：分為層流和紊流，中間還存在一個(gè)過(guò)濾區(qū)。(1)流態(tài)劃分和輸油管道的常見(jiàn)流態(tài)

層流：Re<2000

過(guò)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(guó)《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：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)小口徑輕質(zhì)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(zhǎng)輸管道一般很少工作在粗糙區(qū)。(2)管壁粗糙度的確定

管壁粗糙度：相對(duì)粗糙度：絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值(e/D或2e/D)。

絕對(duì)粗糙度：管內(nèi)壁面突起高度的統(tǒng)計(jì)平均值。紊流各區(qū)分界雷諾數(shù)Re1、Re2及水力摩阻系數(shù)都與管壁粗糙度有關(guān)。我國(guó)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的各種管子的絕對(duì)粗糙度如下：無(wú)縫鋼管：0.06mm直縫鋼管：0.054mm

螺旋焊縫鋼管：DN=250～350時(shí)取0.125mm

DN>400時(shí)取0.1mm(4)水力摩阻系數(shù)的計(jì)算

我國(guó)常用的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計(jì)算公式見(jiàn)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=3、流量壓降綜合計(jì)算公式—列賓宗公式

(1)列賓宗公式

代入達(dá)西公式、和把令整理得即得到列賓宗公式：

流態(tài)Amβ層流6414.15紊流水力光滑區(qū)0.31640.250.0246混合摩擦區(qū)

0.1230.0802A粗糙區(qū)λ00.0826λ不同流態(tài)下的A、m、β值4、管路的水力坡降

定義：管道單位長(zhǎng)度上的摩阻損失稱為水力坡降。用i

表示：

或單位輸量的水力坡降:水力坡降與管道長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，只隨流量、粘度、管徑和流態(tài)不同而不同。Q=1時(shí)的水力坡降，即單位流量下，單位管道長(zhǎng)度上的摩阻損失，用f表示5、管路工作特性

定義：

已定管路（D,L,△Z

一定）輸送某種已定粘度油品時(shí)，管路所需壓頭（即壓頭損失）和流量的關(guān)系（H-Q關(guān)系）稱為管路工作特性?！鱖HQ層流區(qū)過(guò)渡區(qū)紊流區(qū)QLJ輸油管道的工作特性曲線6、離心泵與管路的聯(lián)合工作

泵站與管路的工作點(diǎn)的方法有兩種，即圖解法和解析法。

AHHAQAQ管路特性曲線泵站特性曲線圖解法：下面重點(diǎn)討論解析法。(1)一個(gè)泵站的管道1122由斷面1-1到2-2列能量方程有：式中：HS1－泵的吸入壓力為常數(shù)。HC

－泵站揚(yáng)程

hc

－站內(nèi)損失

hL

－沿程摩阻

Z2-Z1－起終點(diǎn)計(jì)算高差

即：

(2)多泵站與管路的聯(lián)合工作①旁接油罐輸油方式（也叫開(kāi)式流程）

Q1

Q2優(yōu)點(diǎn)安全可靠，水擊危害小，對(duì)自動(dòng)化水平要求不高。缺點(diǎn)●流程和設(shè)備復(fù)雜，固定資產(chǎn)投資大●油氣損耗嚴(yán)重●全線難以在最優(yōu)工況下運(yùn)行，能量浪費(fèi)大

工作特點(diǎn)●每個(gè)泵站與其相應(yīng)的站間管路各自構(gòu)成獨(dú)立的水力系統(tǒng)

●上下站輸量可以不等（由旁接罐調(diào)節(jié)）

●各站的進(jìn)出站壓力沒(méi)有直接聯(lián)系

●站間輸量的求法與一個(gè)泵站的管道相同

Lj、△Zj－第

j

站至第

j＋1站間的計(jì)算長(zhǎng)度和計(jì)算高差A(yù)j、Bj－第

j站的站特性方程的系數(shù)式中：②密閉輸油方式（也叫泵到泵流程）QQ優(yōu)點(diǎn)

●全線密閉，中間站不存在蒸發(fā)損耗；

●流程簡(jiǎn)單，固定資產(chǎn)投資??；

●可全部利用上站剩余壓頭，便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。

缺點(diǎn)：要求自動(dòng)化水平高，要有可靠的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。工作特點(diǎn)

●全線為一個(gè)統(tǒng)一的水力系統(tǒng)，全線各站流量相同；

●輸量由全線所有泵站和全線管路總特性決定；

設(shè)全線有n個(gè)泵站，各站特性相同，則輸量為：式中：

LJ為管道計(jì)算長(zhǎng)度

△Z為管道計(jì)算高程差

當(dāng)各站特性不同時(shí)，輸量計(jì)算公式為：Aj、Bj為第j座泵站特性方程中的兩個(gè)系數(shù)?！窀髡具M(jìn)、出站壓力相互影響

首站：

第二站：由站間能量平衡方程:第

j

站：

式中：

Lj-1為第

j-1站到第j

站的管道長(zhǎng)度，

△Zj-1為第j

站與第

j-1站的高程差

7、翻越點(diǎn)和計(jì)算長(zhǎng)度

HHfFLf(1)翻越點(diǎn)的定義

如果使一定數(shù)量的液體通過(guò)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。

①

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)。②

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：A、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。

B、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(wú)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)翻越點(diǎn)后的流動(dòng)狀態(tài)

管道上存在翻越點(diǎn)時(shí)，翻越點(diǎn)后的管內(nèi)液流將有剩余能量。如果不采用措施利用和消耗這部分能量，翻越點(diǎn)后管內(nèi)將出現(xiàn)不滿流。不滿流的存在將使管道出現(xiàn)兩相流動(dòng)，而且當(dāng)流速突然變化時(shí)會(huì)增大水擊壓力。對(duì)于順序輸送的管道還會(huì)增大混油。措施

：1.在翻越點(diǎn)后采用小管徑：使流速增大，這可能會(huì)產(chǎn)生靜電危害，且對(duì)清管不利。

2.在中途或終點(diǎn)設(shè)減壓站節(jié)流。(4)計(jì)算長(zhǎng)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(zhǎng)度

管道上存在翻越點(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。

①

不存在翻越點(diǎn)時(shí)，管線計(jì)算長(zhǎng)度等于管線全長(zhǎng)。

②存在翻越點(diǎn)時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)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

例題：某φ325×7的等溫輸油管，原設(shè)計(jì)為一個(gè)泵站。管路縱斷面數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。全線設(shè)有兩座泵站，以“從泵到泵”方式工作。試計(jì)算該管線的輸量為多少？

已知：全線為水力光滑區(qū)，油品計(jì)算粘度ν=4.2×10-6m2/s，首站泵站特性方程：H＝370.5-3055Q1.75中間站泵站特性方程：H＝516.7-4250Q1.75（Q：m3/s）首站進(jìn)站壓力：Ｈs1＝20米油柱，站內(nèi)局部阻力忽略不計(jì)。測(cè)點(diǎn)12345里程(km)

026556476.4高程(m)

0839412264.2解：方法一：根據(jù)縱斷面數(shù)據(jù)，只有64km處可能為翻越點(diǎn)，為此，分別按64km和終點(diǎn)分別計(jì)算輸量，其中最小者即為管道應(yīng)達(dá)到的輸量。單位輸量的水力坡降：按里程64km處計(jì)算輸量：按終點(diǎn)計(jì)算輸量：，故64km處不是翻越點(diǎn)，管道輸量為475.4m3/h。方法二：先按終點(diǎn)計(jì)算輸量，然后計(jì)算該輸量下的水力坡降，然后分別計(jì)算該輸量下從起點(diǎn)到64km處和到終點(diǎn)的總壓降，判斷翻越點(diǎn)，然后計(jì)算管道所達(dá)到的輸量。單位輸量的水力坡降：按終點(diǎn)計(jì)算輸量：水力坡降：從起點(diǎn)到64km處的總壓降：從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總壓降：故64km處不是翻越點(diǎn)，線路上不存在翻越點(diǎn)，Q0=475.4m3/h即為管道的輸量。四、等溫輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié)1、工況變化原因及運(yùn)行工況分析方法“從泵到泵”運(yùn)行的等溫輸油管道，有許多因素可以引起運(yùn)行工況的變化，可將其分為正常工況變化和事故工況變化。

(1)正常工況變化

①

季節(jié)變化、油品性質(zhì)變化引起的全線工況變化，如油品的ρ、ν變化；

②

由于供銷的需要，有計(jì)劃地調(diào)整輸量、間歇分油或收油導(dǎo)致的工況變化。

(2)事故工況變化

①

電力供應(yīng)中斷導(dǎo)致某中間站停運(yùn)或機(jī)泵故障使某臺(tái)泵機(jī)組停運(yùn)；

②

閥門誤開(kāi)關(guān)或管道某處堵塞；

③

管道某處漏油。

不論是正常工況變化還是事故工況變化，都會(huì)引起運(yùn)行參數(shù)的變化。這些參數(shù)主要包括輸量，各站的進(jìn)出站壓力及泵效等。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使某些參數(shù)超出允許范圍。為了維持輸送，必須對(duì)各站進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了對(duì)各站進(jìn)行正確無(wú)誤的調(diào)節(jié)，事先必須知道工況變化時(shí)各種參數(shù)的變化趨勢(shì)。因此，掌握輸油管運(yùn)行工況的分析方法，對(duì)于管理好一條輸油管道是十分重要的。

(3)運(yùn)行工況的分析方法

突然發(fā)生工況變化時(shí)（如某中間站停運(yùn)或有計(jì)化地調(diào)整輸量而啟、停泵），在較短時(shí)間內(nèi)全線運(yùn)行參數(shù)劇烈變化，屬于不穩(wěn)定流動(dòng)。我們這里不討論不穩(wěn)定流動(dòng)工況，只討論變化前后的穩(wěn)定工況。為此，我們假設(shè)在各種工況變化的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，全線將轉(zhuǎn)入新的穩(wěn)定工況。

運(yùn)行分析的出發(fā)點(diǎn)是能量供求平衡。

2、某中間泵站停運(yùn)時(shí)的工況變化

Lc-1，△ZcLc，△Zc+11c-1cc+1nLc-2,△Zc-1L，△Z設(shè)有一條密閉輸送的長(zhǎng)輸管道，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，有n座泵站，正常工況下輸量為Q，各站的站特性相同，Hc=A-BQ2-m，假設(shè)中間第c

站停運(yùn)。(1)輸量變化

c

站停運(yùn)前輸量：

c

站停運(yùn)后輸量變?yōu)椋河捎?/p>

c站停運(yùn)，全線泵站所提供的總能量減小，所以輸量減下，即：

(2)c站前面各站進(jìn)出站壓力的變化

列首站入口到c-1站進(jìn)口的能量平衡方程：

c

站停運(yùn)前：c站停運(yùn)后：

兩式相減得：

由上式可知：

即

結(jié)論：

①c站停運(yùn)后，其前面一站(c-1站)的進(jìn)站壓力上升。停運(yùn)站愈靠近末站(c

越大)，其前面一站的進(jìn)站壓力變化愈大。②

利用同樣的方法，我們可以得出結(jié)論：c

站停運(yùn)后，其前面各站的進(jìn)站壓力均上升。距停運(yùn)站越遠(yuǎn)，變化幅度越小。

③

出站壓力的變化

即停運(yùn)站前各站的出站壓力均升高，距停運(yùn)站越遠(yuǎn)，變化幅度越小。

(3)c

站后面各站進(jìn)出站壓力的變化

列c+1站入口到末站入口的能量平衡方程：

c站停運(yùn)前：

c站停運(yùn)后：

兩式相減得：

分析：

①

由上式知：,即c

站后面一站的進(jìn)站壓力下降，且停運(yùn)站愈靠近首站(c越小)，其后面一站的進(jìn)站壓力變化愈大。

②c站停運(yùn)后，c站后面各站的進(jìn)站壓力均下降，且距停運(yùn)站愈遠(yuǎn)，其變化幅度愈小。

③

出站壓力的變化

即停運(yùn)站后面一站的出站壓力下降。同理可得出停運(yùn)站后各站的出站壓力均下降，且變化趨勢(shì)與進(jìn)站壓力相同。

3、干線漏油后的工況變化

1cc+1c+2nQ*Q*-qqLcL-Lc設(shè)某條長(zhǎng)輸管道有n座泵站，在c+1站進(jìn)口處發(fā)生漏油，漏油量為q，漏油前全線輸量為Q，漏油后漏點(diǎn)前輸量為Q*，漏點(diǎn)后輸量為

Q*-q。(1)輸量變化

漏油前全線能量平衡方程為：

漏油后分段寫(xiě)出能量平衡方程：

①首站至漏點(diǎn)：

漏點(diǎn)至末站：上面兩式相加并整理得：②由式①②兩式得：根據(jù)式上式，必有③(2)漏點(diǎn)前各站進(jìn)出站壓力的變化

列首站入口至c

站入口的能量平衡方程：

漏油前：

漏油后：

兩式相減得：

也就是說(shuō)漏點(diǎn)前各站的進(jìn)站壓力下降。

又

結(jié)論：

漏油后，漏點(diǎn)前各站的進(jìn)出站壓力均下降，且距漏點(diǎn)越遠(yuǎn)的站變化幅度越小。漏點(diǎn)距首站越遠(yuǎn)，漏點(diǎn)前面一站的進(jìn)出站壓力變化愈大。即：(3)漏點(diǎn)后各站進(jìn)出站壓力的變化

利用上述同樣的方法可以得到（分別列出漏油前后c+1站入口至終點(diǎn)的能量平衡方程，然后整理得）：

即

由此可知：

漏點(diǎn)后各站的進(jìn)出站壓力均下降，且漏點(diǎn)距首站愈近，其后面一站的變化幅度愈大。總之，管道漏油后，漏點(diǎn)前的流量增大，漏點(diǎn)后流量減小，全線各站進(jìn)出站壓力均下降，且距漏點(diǎn)越近的站進(jìn)出站壓力下降幅度愈大。漏點(diǎn)距首站愈遠(yuǎn)，漏點(diǎn)前一站的壓力變化愈大，反之漏點(diǎn)后面一站的進(jìn)出站壓力變化愈大。根據(jù)進(jìn)出站壓力的變化即可確定泄漏點(diǎn)的位置。但這種方法只能確定較大的泄漏量，因?yàn)樾÷c(diǎn)引起的壓力變化不明顯，儀表無(wú)法檢測(cè)。

4、輸油管道的調(diào)節(jié)

輸油管道的調(diào)節(jié)是通過(guò)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(shuō)，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。

①輸量調(diào)節(jié)

首站從油田的收油是不均衡的，一年之內(nèi)各季不均衡，甚至各個(gè)月份也有差別；末站向外轉(zhuǎn)油受運(yùn)輸條件或煉廠生產(chǎn)情況的影響，有時(shí)出路不暢。這些來(lái)油和轉(zhuǎn)油的不均衡必然使管道的輸量相應(yīng)變化，這些輸量的改變要靠調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

旁接油罐輸送的管道要求各泵站的排量接近一致。否則旁接油罐容納不了過(guò)大的輸差量。而要保持各站排量一致也要對(duì)全線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

②穩(wěn)定性調(diào)節(jié)（即自動(dòng)調(diào)節(jié)）

密閉輸送的管道為了維持輸油泵的正常工作和管道的安全運(yùn)行，要求中間站的入口壓力不能過(guò)低，出口壓力不能過(guò)高。輸送工況不穩(wěn)定表現(xiàn)在泵站進(jìn)出口壓力的波動(dòng)。當(dāng)壓力波動(dòng)超出規(guī)定值時(shí)，就要對(duì)管線進(jìn)行調(diào)節(jié)。工況不穩(wěn)定不包括前面所說(shuō)的調(diào)節(jié)輸量的情況，因調(diào)節(jié)輸量產(chǎn)生的大幅度工況變化是由計(jì)劃產(chǎn)生的，并通過(guò)調(diào)整各泵站的輸油泵機(jī)組工作狀況加以實(shí)現(xiàn)；也不包括由于某個(gè)泵站突然中斷運(yùn)行或管道閥門誤動(dòng)作突然關(guān)閉造成的突發(fā)性壓力波動(dòng)，這種突發(fā)性壓力波動(dòng)叫水擊，對(duì)水擊另行采取保護(hù)措施，不是調(diào)節(jié)解決的問(wèn)題。

造成壓力不穩(wěn)定的原因有：各泵站泵機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)或運(yùn)轉(zhuǎn)泵性能變動(dòng)；泵站輸油泵因調(diào)速使其工況變化；所輸油品種類改變或因溫度改變?cè)斐捎推氛扯茸兓?；管道因結(jié)垢、氣袋或其它原因造成一定程度的阻塞等。

這些不穩(wěn)定工況都發(fā)生在密閉輸送管道上，旁接油罐管道因旁接管的緩沖，進(jìn)出站壓力不會(huì)有大的波動(dòng)，只要保持各站輸量接近一致即可。

(2)輸量調(diào)節(jié)方法