油气储运工程毕业设计（论文）-成品油输送管道技术.doc

分类号 单位代码 11395 密 级 学 号 学生毕业设计（论文）题 目汽油输送系统的综合设计作 者 院 (系)化学与化工学院专 业油气储运工程指导教师 答辩日期2011年5月 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要在一条成品油（汽油）输送管线中，输油计划和运行方案的确定是一项重要内容。成品油管道输送技术已相当成熟，输送的品种多、规模大，实现了化工产品和成品油的输送；原油和成品油的输送；汽油、煤油、柴油等轻质油品，液化石油气、液化天然气、化工产品及原料和重质油品等的输送。管道的运行条件是相对确定的,然而由于输送任务的变化,调度人员需要根据实际情况给出相应的方案。成品油的集散除了采用管道输送外,大部分仍靠各类油槽车及油仓运输（装船及灌桶）。由于石油液体产品都具有发挥性,因此在装卸过程中就会有部分烃类逸散到大气中,不仅使油品品质降低，油品损失也增大。管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安全性高、利于环保等独特优势,尤其适合长距离运输易燃、易爆的石油天然气。 本设计在对成品油管道输送调度与运行问题深入分析的基础上,系统地总结了输油系统的各种校核计算、各种输油系统管道（长输管道、装油管道）。成品油输送管道设计应首先根据输量确定管道的管径以及泵站数、管道和泵的选择等基本工艺条件，同时考虑管道应能适应不同季节成品需求量的变化。在确定了这些基本工艺条件后，对泵站及管路工况进行校核，根据计算结果选择相关设备。本文以所给的设计任务书为依据，在进行了相关设计计算的基础上对该管道进行了水力计算、经济计算，确定了最经济的管道工艺参数（如管径、壁厚、工作压力、泵站数）、装船管路系统、灌桶系统的设计计算，并且对该管道进行了工艺计算（水力计算、管径的确定、泵的选择及依据、校核），绘制了水力坡降与布站图和管路压降图以及流程图。关键词：长输管道，输送系统，船运，灌桶，泵站设计论文类型：设计ABSTRACTIn an oil transportation pipelines, oil plan and operation plan certainty is an important content. Oil pipeline technology has quite mature, conveying varieties, large scale, realized the chemical products and oil conveying; Crude oil and product oil transmission; Gasoline, kerosene, diesel oil and other light oil, liquefied petroleum gas, natural gas, chemical products and raw materials and heavy oil etc transmission.Oil pipeline design should be first according to determine the diameter of pipe throughput and pumping station number, pipeline and pump selection and other basic technology conditions, considering the pipe should be able to adapt to the demand of different season finished changes. In determining the basic process conditions of pumping station, after checking and pipe working condition, according to the calculated results choose relevant equipment.Based on the design specification as the basis, the design and calculation on the basis of related to the pipeline on the hydraulic calculation, determine the most economic pipe technology parameters , shipment pipeline system, irrigation system design of calculation, the barrel of the pipeline and the process calculation , painted hydraulic slope and cloth stations and pipeline pressure drop diagram and flow chart.Keywords: long-distance pipeline，transportation system，shipping，irrigation barrels，pump station designThesis：design目录目 录1绪论11.1研究目的和意义11.2输送成品油管道技术现状及发展趋势11.2.1世界成品油管道技术现状11.2.2世界成品油管道技术主要发展趋势11.2.3我国成品油管道技术现状21.2.4国内外成品油管道技术差距分析21.2.5我国油气管道技术发展趋势21.2.6管道的主要腐蚀形式31.2.7 对于埋地管道的防腐措施41.3主要研究内容41.4采用方法42.设计说明书52.1熟悉设计任务书的内容，掌握基本数据和原始资料52.2设计计算的基本步骤53.计算说明书103.1对所给数据进行初步处理103.1.1 所输油品的相对密度103.1.2 温度103.1.3 线路纵断面图103.1.4 流量换算123.1.5有关粘度的数据处理123.2设计计算的基本步骤133.2.1选择管径133.2.2 初选各管径下的输送压力133.2.3选择工作泵的台数以及组合方式的原则143.2.4 通过计算选泵并组站153.3水力坡降、翻越点、管道计算长度183.3.1计算雷诺数，判定流态193.3.2水力坡降和综合参数摩阻203.3.3判断有无翻越点213.4确定泵站数并化整213.5最优方案工作点参数计算253.5.1布站283.5.2管道泵站的工况校核293.6计算一年中每种油品的输送天数313.7确定壁厚值并校核323.7.1计算壁厚323.7.2对壁厚进行强度及稳定性校核334输送汽油管道设计方案的技术经济比较365结 论37参考文献38致 谢39I榆林学院毕业设计1绪论1.1研究目的和意义随着我国社会经济的快速稳步发展,机动车保有量不断增长,各地区的成品油消费需求量增长加速,对运输能力的提高和安全及时间的保证度提出了新的要求,同时成品油输送量的增大为发展和采用管道运输提供了可能。管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安全性高、利于环保等独特优势,尤其适合长距离运输易燃、易爆的石油天然气。可以多了解一些关于成品油储运方面的知识。通过对汽油输送系统的综合设计内容的研究，从而更加了解成品油油输送的重要作用，特别是国际成品油输送工艺多采用紊流密闭输送和顺序输送流程、输送性质差距较大的两种油品时，多采用隔离输送方式、混油界面多采用计算机进行批量跟踪等方面知识得到比较清楚的认识。对于今后将要面临的工作和学习也都是一个很好的实践与锻炼的机会，将四年来所学的知识进行一个系统的综合，对于专业知识的理解和消化都有极大的帮助。1.2输送成品油管道技术现状及发展趋势1.2.1世界成品油管道技术现状目前国际成品油管道输送技术已相当成熟，管道运输的发展与能源工业中石油工业的发展密切相关，现代管道运输始于19世纪中叶。1865年在美国宾夕法尼亚州建成第一条原油管道，直径50mm，管长近10km。管道输送的品种多、规模大，实现了化工产品和成品油的顺序输送；原油和成品油的顺序输送；汽油、煤油、柴油等轻质油品，液化石油气、液化天然气、化工产品及原料和重质油品等的顺序输送。与此同时，成品油管道也获得迅速发展，陈品有管道多建成地区性的管网系统，沿途多处收油和分油，采用密闭和顺序输送方式输油。美国的科洛尼尔管道系统就是世界上大型成品油管道系统的典型代表之一。1.2.2世界成品油管道技术主要发展趋势(1) 成品油管道正向着大口径、大流量、高压力方向发展。除输送成品油外，还输送其他液体烃类化合物。（2）广泛采用管道优化运行管理软件系统，高度自动化中的数据采集系统功能不断发展，传输的信息量和传输速率不断提高，应用软件更加完善。仿真模拟和人工智能是其发展的核心。（3）不断采用新技术使管道工业的技术革新不断发展。采用高强度、韧性及可焊性良好的管材。目前输油管道多采用按API标准划分等级的X56、X60、X65号钢。1.2.3我国成品油管道技术现状20 世纪 90 年代后随着成品油管道的建设，我国成品油管道输送研究有了进展，先后开展了成品油顺序输送水力计算、工艺设备选择等方面的研究及运行管理软件的开发，但与国外相比差距还很大。我国成品油管道除格-拉管道采用“旁接油罐”顺序输送工艺外，均采用密闭顺序输送工艺。顺序输送主要有两种输送方式：一种是紊流输送；一种是隔离输送。2002 年投入运营的兰-成-渝管道是我国第一条大口径、高压力、长距离、多出口、多油品、全线自动化管理的商用成品油管道，多项技术均处于国内领先，有些指标接近国际先进水平。全线采用密闭顺序输送工艺，沿途 13 个分输点，输送油品为 90汽油、93汽油和 97汽油。1.2.4国内外成品油管道技术差距分析目前我国成品油顺序输送技术尚处于初级水平，且自动化程度较低，无法全面体现成品油管道的输送特点和优势。随着国民经济对成品油需求的不断增长，我国应逐步建立起长距离成品油管道干线和区域性成品油管网。因此必须对解决复杂地形下大落差动、管材质量、机泵及加热系统效率及可靠性、阀门质量、施工机具及施工技术、管道防腐技术等方面的问题。1.2.5我国油气管道技术发展趋势(1)油气管道技术发展目标未来我国油气管输技术的发展目标如下：在易凝高粘含蜡原油管输工艺方面保持世界领先水平。具备保证大型油气管网安全、经济、优化运行的能力。新建干线管道实现高水平的设计、施工和运营管理,达到世界先进水平。提高成品油管道输送工艺水平,2015年成品油长距离输送运量比例将提高30%。2015年新建油气管道各项指标将达到世界平均水平。提高劳动生产率,天然气管道管理为0.10.2人/km。降低油气管道输送能耗,原油管道综合能耗低于400 kJ/(tkm),天然气管道综合能耗低于890 kJ/(tkm)。(2)油气管道重点发展技术2004年中国石油管道技术与管理座谈会指出,今后中国石油将攻关、推广应用和超前研发43项技术,包括需要重点攻关的技术26项,推广应用的新技术10项和超前研究的储备技术7项。通过这些重点技术项目的实施,逐步形成油气输送技术、油气储存技术、管道工程技术、管道完整性评价及配套技术、油气管道运行管理与信息技术五大管道技术系列,以全面提升管道技术水平。需要重点攻关的26项技术如下：7项油气输送技术。东北管网安全经济运行技术、进口俄罗斯原油输送工艺及配套技术、西部油田及进口原油管道输送技术、原油管道新型化学添加剂的研制与应用、多品种顺序输送工艺及配套技术、原油流变性研究及LNG技术。2项油气储存技术。原油低温储存技术与储气库建设技术。4项管道工程技术。国家石油储备地下库建设工程技术、储罐工程建设技术、管道水土保护技术与大口径管道高清晰度漏磁内检测装备及技术。4项管道完整性评价及配套技术。管道完整性评价技术、油气管道泄漏检测技术、地质灾害及特殊地段监测与防护技术、储运设备安全检测及评价技术。9项油气管道运行管理与信息技术。数字管道技术、天然气管网安全优化运行技术、成品油管道优化运行技术、天然气气质评价技术、天然气贸易计量技术、管道快速维抢修技术、管道节能与环保技术、油气管网规划研究、天然气经济研究。推广应用的10项新技术。管道自动焊接和超声波检测等集成技术、大型河流穿越技术、仿真技术、天然气管道内涂层技术、管道生产信息系统、地理信息系统、管道安全评价与风险管理技术、站区阴极保护技术、大口径X70高钢级管道钢管件制造装备及工艺技术、大口径输气管道干燥技术。将要进行超前研发的7项储备技术。富气管道输送技术、超稠油管道输送技术、天然气减阻剂研制与应用技术、X80以上高强度管道钢制管与施工技术、管道防腐新技术、海洋管道工程技术与永冻土地带工程施工技术。随着石油化学工业的发展，对大量输油、输气、给排水及污水回注管线等方面金属管道的需求量日益增长，由于这些被输送的介质中含有H2S、CO2、O2及酸、碱、盐等物质，因此，管道腐蚀情况相当严重。管道的腐蚀不仅会造成因穿孔而引起的油、气泄漏损失，还会带来维修所需的材料和人力的浪费，而且还可能因腐蚀穿孔而引起火灾，给国民经济带来巨大损失。鉴于腐蚀问题的严重性，国内外对防腐工作都十分重视，采取各种措施以减轻腐蚀的危害。1.2.6管道的主要腐蚀形式（1） 氧浓度差腐蚀当管道埋设通过结构不同的土壤时由于充气不均形成氧浓差电池腐蚀，故通过沙土和粘土是处在沙土中的金属部分，由于氧渗入电位高或成为阳极，它们之间构成氧浓差电池使粘土中的金属部分遭到腐蚀。（2） 杂散电流引起的腐蚀杂散电流是一种电现象。一些地下油罐和管道都容易因为这种杂散电流引起腐蚀。杂散电流以管道流出的地方成为腐蚀电池的阳极区，腐蚀破坏就发生在这个地方。金属的损失量与流过杂散电流的电量成正比，电流引起的腐蚀相当严重。（3） 细菌腐蚀细菌腐蚀并非它本身对金属的侵蚀作用而是细菌生命活动的后果间接对金属腐蚀的电化学过程产生影响。1.2.7 对于埋地管道的防腐措施金属管道应根据所选用的管材、土壤性质、输送液体特性确定防腐标准和采取相应的措施。采用的防腐涂层主要有：（1）石油沥青防腐层；（2）环氧煤沥青防腐层；（3）聚乙烯胶粘带防腐层；（4）塑料防腐层；（5）环氧粉末防腐层；（6）聚氨脂泡沫塑料防腐层。 对于腐蚀管道防腐措施及施工如下：表1 防腐防腐等级防腐层结构每层厚度（mm）备注普通级底漆一遍，沥青3层2根据情况最外层可包玻璃布一层加强级底漆一遍，沥青3层，中间包玻璃布2层2对热水（油）管道的沥青厚度可减少为0.5mm特加强级底漆一遍，沥青4层，中间包玻璃布3层21.3主要研究内容对某条管道输送成品油汽油，已知任务输量、所输油品的性质、油品的参数、输送温度、长输距离、沿线高程等，要求：利用流体力学知识对该管道进行水力计算、水力校核、经济计算，确定出最经济的管道工艺参数（如管径、壁厚、工作压力、泵站数等），并且对该管道进行工艺计算，确定工艺参数，并绘制相关的压降图和流程图。1.4采用方法采用方案比较法：在熟悉设计内容的基础上，根据任务书给出的数据，提出多种可供竞争的方案；对所提出的方案分别进行水力计算、水力校核、经济性计算；选择优化算法，找出最经济合理的管道参数（管径、壁厚、泵站数等）；根据所求得的最经济的管道参数，对管道进行工艺计算；泵站及管路的工况校核；编写设计说明书和设计计算书，并绘制管道水力坡降图及首站工艺流程图。2.设计说明书2.1熟悉设计任务书的内容，掌握基本数据和原始资料（1）输送量（包括沿线分油或加油量）；管道起、终点，分油或加油点及管道纵断面图；所输油品物性；沿线气象及地温资料；（2）查阅相关资料，收集有关管材规格；泵、原动机型号及性能等的资料，以备比较选用。2.2设计计算的基本步骤（1）根据油品性质、油品经济流速或经济输量的范围，初定油品经济流速，由公式计算出经济流速，根据管径的初算值，来选择一系列可能的管径。然后参考前苏联干线输油管道工艺设计规范（BHTN2-86）中，不同直径管道的工作压力及经济输量范围初选各管径下的输送压力。（2）根据任务输量和初定的工作压力选择工作泵的型号、然后通过计算台数以及组合方式。为便于长输管道的应用，泵的特性曲线方程可近似表示为： （2-1）式中 HC离心泵扬程, 液柱；Q离心泵排量，；常数；管道流量-压降公式中的指数，在水力光滑区内=0.25，混合摩擦区中m=0.123。手册中给出的（，）值一般为三组，我们可以用最小二乘法算出，的值，其方法是：令，所以： （2-2）对，求偏导使得： 求得： （2-3） （2-4）将，代入公式就可以求得泵的特性方程。根据上述计算结果来选择泵站的组合方式，对初步制定的压力、管径搭配作出相应的更改，并确定为本设计的管径、压力组合的比较方案。（3）根据泵站所确定的P和选定的管径根据下列公式 （2-5）式中 管壁厚度计算值，；外径，；设计压力或管道的工作压力，（0.6-0.7），考虑8%的负偏差在内；输油管道的许用应力，；焊缝系数，无缝钢管取1.0,直缝管取0.8，螺旋焊缝管：双面焊取0.9、单面焊取0.7；考虑钢管公差和腐蚀的余量，根据管路的工作环境，取。求出各方案的壁厚，并进行强度、稳定性校核，然后求出管道的内径。（1）强度校核：热应力： （2-6）式中 管道材料的线性膨胀系数；E管材的弹性模量；管道的工作温度与安装温度之差，取极限，有。 环向应力的泊松效应： （2-7）式中 管材的泊松系数；p设计压力，；D外径，；壁厚，。 总的轴向应力： （2-8）满足上述条件即满足强度要求。（2）稳定性校核：地下管道被土壤嵌住，直管段所受的最大轴向压力P为： （2-9）式中 P管道轴向压力，；内压，；A管子的管壁截面积，；D管道直径，；E管道弹性模量,；管道壁厚，；膨胀系数；温度变化，按最危险情况考虑，。当轴向力P达到或超过某一临界值时，埋地管道将丧失轴向稳定性，管道将产生波浪形弯曲，发生拱出地面而造成破坏事故。因此，必须对管道的轴向稳定性进行验算。直管段的失稳临界力： （2-10）式中 失稳临界力，；土壤压缩抗力系数；D管道外径，；E管道的弹性模量，；I管道横截面的惯性矩，。当时，稳定性满足要求。（3）计算任务流量下的水力坡降，并判断翻越点，确定管道计算长度。（4）计算全线需要的总压头、确定各方案的泵站数并化整。根据任务输量，在泵站工作特性曲线上可以得到每个泵站所能提供的扬程为。管路全线消耗的压力能为 （2-11）全线个泵站提供的总扬程必然与消耗的总能量平衡，于是有 （2-12）泵站数 （2-13）式中 任务输量下泵站的扬程，液柱；泵站站内损失，液柱；任务数量下管道所需总压头，液柱；末站剩余压力，液柱；管道计算长度，考虑到局部摩阻取为管道实际长度的1.01倍。显然计算出的不一定是正数，只能取之相近的整数作为该方案需建的泵站数。（5）按最优方案的参数（管径、泵机组型号及组合、泵站数等），计算求解工作点参数；（6）按水力坡降和工作点的压头在纵断面图上布置泵站，确定泵站的位置；（7）泵站及管路的工况校核。在布置泵站时，应考虑到油品年度变化引起进站压力变化对泵站可能布置区范围的影响。用解析法求解某站进站压力随油品粘度的变化关系。共有个泵站的管道上，各站泵机组型号相同，第的进站压头可由首站至第站进口处，段管道上的压降平衡方程确定 （2-14）式中 首站至第站进口，共个站间管段的总长， 第 、首站和第的进站压头，液柱。根据全线的压降平衡可得 （2-15）式中 全线管道总长和起终点高差，将（2-15）代入（2-14），则 (2-16)式中 首站至 首站至终点（或翻越点）的平均站间距；f 单位流量的水力坡降，由式（2-16）可见，油品粘度变化仅引起f的变化。故的变化。的变化。若，同理，随品粘度增高而增大。若第的位置恰在全线平均站间距处，即管线计算长度的处，如图（3-1）所示，则油品的粘度不同时，不同斜率的水力坡降线相交于此处垂线上的某一点，即不同粘度时，剩余能量不变。图（3-1）不同粘度时，泵站及管道系统的工作情况校核3.计算说明书3.1对所给数据进行初步处理3.1.1 所输油品的相对密度 (3-1）根据时油品密度按下式换算成计算温度下的密度 （3-2）式中 、温度为及时的油品密度，；温度系数，。3.1.2 温度年平均温度：12；年最高温度：21.4；年最低温度：2.6。根据公式（3-2）计算出的年平均温度(输送温度)下的汽油平均密度：再根据公式（3-2）计算出去油品在不同温度下的密度：3.1.3 线路纵断面图在直角坐标系中表示管道长度与沿线高程变化的图形成为管道纵断面图。其横坐标表示管道的实际长度，常用的比例为。纵坐标为线路的海拔高程，常用的比例为。实地测量所得的纵断面是作泵站布置和管道施工图的重要依据，必须注意，纵断面图上的起伏情况与管道的实际地形并不相同。图上的曲折线不是管道的实长，水平线才是实长。在纵断面图上，管道的水力坡降线是管内流体的能量压头沿管道长度的变化曲线，如图（3-2）所示。输油管道的水力坡降线是斜率为i的直线。如果影响水力坡降的因素（流量、粘度、管径）之一发生变化，水力坡降的斜率就会改变，但仍为直线，图（3-3）为沿线有副管和变径管时水力坡降线的变化情况。图（3-2） 管道的纵断面图和水力坡降线 图（3-3） 副管和变径管的水力坡降线表3-1 线路纵断面资料桩号123456789里程（Km）027386194136165187212高程（m）75.283.691.5100.3111.1107.890.185.680.3桩号101112131415161718里程（Km）234251265287302313345374398高程（m）88.796.5108.6115.4128.9147.5161.7174.2180.5桩号19202122232425里程（Km）426459482511529543580高程（m）167.8159.6130.3121.2114.5109.6105.8根据上面的数据绘制的线路纵断面图图（3-4） 线路纵断面图3.1.4 流量换算设计任务书中给定的任务输量为820万吨/年，工艺计算中需用体积流量，故应按计中需用体积流量，故应按计算温度下油品的密度及年输油时间进行换算。考虑到管道维修及事故等因素，设计时年输油时间按（）计算。 3.1.5有关粘度的数据处理油品运动粘度可按下式计算： （3-3）式中 温度为时油品的运动粘度，；温度为t时汽油的动力粘度，；温度为时汽油的密度，由得：表32 所输油品粘度油品粘度（厘泊）汽油10.740.670.610.560.51结合表中所给数据，由公式（3-3）可算出：在输送温度12下汽油的运动粘度可按下式计算： (3-4)式中： 温度为时油品的运动粘度，;粘温指数，;由（3-4）得则3.2设计计算的基本步骤3.2.1选择管径根据汽油性质并查阅相关资料，根据大量经济计算结果及运行实践，总结出了长输管道经济流速的变化范围，一般为1.02.0m/s,本设计初定油品经济流速为1.5m/s，初算时暂时忽略压力对密度的影响 由体积流量Q=Av=v，可得：根据管径的初算值，来选择一系列可能的管径：（可选508、529、559、610、660的管径）。3.2.2 初选各管径下的输送压力参考前苏联干线输油管道工艺设计规范（BHTN2-86）中，不同直径管道的工作压力及经济输量范围。表3-3 不同直径输油管的工作压力和输量成品油管外径mm工作压力kg/cm2年输量，106t2199010007092737585131632567751822377556525324265565354853055656585可初步制定如下的压力、管径搭配： 508（7.2 MPa、6.0 MPa） 529（7.2 MPa、6.0 MPa） 559（7.2 MPa、6.0 MPa） 610（7.2 MPa、6.0 MPa） 660（7.2 MPa、6.0 MPa）3.2.3选择工作泵的台数以及组合方式的原则泵站应有备用输油泵。备用泵台数按照泵与原动机的可靠性与维修条件而定。选泵时，通常是先从泵制造厂提供的泵型普与特性曲线上，挑选出与确定的额定排量及扬程相符的泵型。按照所输原油性质特性曲线加以换算；应使额定排量与扬程位于所选泵型特性曲线的高效区；泵应具有连续平滑的特性曲线，高效区较宽；泵关死点（排量为零）的扬程上升不应过大。如果已有的泵特性曲线不符合要求，可向泵制造厂提出重新设计或修改曲线的要求。给油泵只用于首站，安装在输油主泵之前，并联操作。给油泵按照泵站总排量与主泵所要求的正压头，确定台数及每台泵的排量与扬程。选择泵型和规格时，还会遇到如何适应管道数量变化的问题。管道建成初期和后期输量往往会有很大变化。正常输送时期，一年中各个月份输量也是波动的。恰当的选择泵型、规格和原动机能有利于管道调节输量。为便于长输管道的应用，离心泵的特性曲线可近似表示为 （3-5）式中 离心泵扬程, 液柱；Q离心泵排量，；常数；管道流量-压降公式中的指数，在水力光滑区内m=0.25，混合摩擦区中m=0.123。手册中给出的（，）值一般为三组，我们可以用最小二乘法算出，的值，其方法是：令，所以：对，求偏导使得： 求得： （3-6） （3-7）将，代入公式就可以求得泵的特性方程。3.2.4 通过计算选泵并组站（1）选泵型号并组站 1 查泵的产品样品，400KD2502型泵的性能如下表：表3-4 400KD2502型泵性能参数泵型号流量Q扬程H（m）转速功率N（）效率叶轮直径（mm）轴功率电机功率400KD2502100028852029802300320064465/4451250347495240076.51500417470261073.5根据泵的特性方程，即公式（3-5）： （取0.25）由最小二乘法拟合，代入（3-6）、（3-7），则则= 567.6 （消失了）=0.000272即a=567.6 ， b=0.000272所以单个泵的H-Q方程（压头特性）为： 泵站的特性方程： （3-8）当多台泵串联时，根据离心泵串联组合的特点，即：通过每台泵的排量相等，均等于泵站排量；泵站扬程等于各泵扬程之和，可写出泵站特性方程。所以若有N台泵串联时的特性方程为： - （3-9）泵站的特性方程的常系数分别为每台泵对应系数的代数和，即 如果N台同型号的泵串联工作，泵站的特性方程的常系数为： 本设计取2台泵串联，故其H-Q方程（压头特性）方程为： 按照任务输量820万吨/年（1307.2）计算泵的性能参数： 预选的输油泵站，在给定的任务输量的工作条件下所提供的扬程，泵站进站压力的范围为，设定本设计中的进站压头为30m液柱，根据此压头确定计算压力： （3-10）式中 P泵站工作压力，MPa； 任务输量下泵站的扬程，； 泵站进站压力换算的液柱，。即为： （2）选泵型号并组站 2查泵的产品样品，DZ2503404型泵，其性能如下表： 表3-5 DZ2503404型泵性能参数型号口径mm流量扬程m转数效率%叶轮直径mm吸入口吐出口DZ250340425025080060029808434495054082110045076根据泵的特性方程，即公式（3-5） （m取0.25）由最小二乘法拟合，代入（3-6）、（3-7），则过程同计算上述单个泵的特性方程，可得：a=805.4， b=0.001676；所以单个泵的H-Q方程（压头特性）为： 泵站的特性方程：当多台泵并联时，根据离心泵并联组合的特点，即各泵提供的扬程相等，均等于泵站扬程；泵站排量等于各泵排量之和，所以台相同型号的泵并联时，泵站的特性方程为： （3-11） 本设计取2台泵并联，故其H-Q方程（压头特性）方程为：按照任务输量820万吨/年（1307.2）计算泵的性能参数 预选的输油泵站，在给定的任务输量的工作条件下所提供的扬程，泵站进站压力的范围为，设定本设计中的进站压头为30m液柱，根据此压头确定计算压力：式中 P泵站工作压力，； 任务输量下泵站的扬程，； 泵站进站压力换算的液柱，。即为： 根据上述选择的泵型号和泵站组合方式，初步制定的压力、管径搭配可更改为： 508（7.39 MPa（泵站1）、5.07 MPa（泵站2） 529（7.39 MPa（泵站1）、5.07 MPa（泵站2） 559（7.39 MPa（泵站1）、5.07 MPa（泵站2） 610（7.39 MPa（泵站1）、5.07 MPa（泵站2） 660（7.39 MPa（泵站1）、5.07 MPa（泵站2）即为本设计的确定初始方案。3.3水力坡降、翻越点、管道计算长度计算任务流量下的水力坡降，并判断翻越点，确定管道计算长度，绘制管道纵断面图和水力坡降线，翻越点与计算长度及泵站布置。在线路地形起伏大的情况下，在纵断面图上作水力坡降线以检查沿线压力分布时，会出现如图（3-5）虚线所示的情况，即按起终点高差计算出起点压头H，并由此作水力坡降线时，在达到终点以前，水力坡降线就与管道纵断面线相交了。设该高峰f处得高程为，距起点的距离为，则将规定流量的液流输送到该高峰处所需的起点压力为为使液流通过该高峰f必须使液流在起点具有比H更高的压头。而在f点以后，其与终点的高程差大于该管路的摩阻，其差值即为.说明在规定输量下，液流不仅可以从高峰自流到终点，而且还具有剩余能量。线路上的这种高峰就称为翻越点。起点与翻越点之间的距离称为管道的计算长度。 图（3-5） 翻越点与计算长度3.3.1计算雷诺数，判定流态 （3-12）式中 油品的运动粘度，； 油品在管路中的体积流量，。 （3-13）式中 管壁的绝对当量粗糙度，。目前我国长输管道设计中，一般取。 表3-6 流态的划分及不同流态的摩阻系数的值流态划分范围层流紊流水力光滑区时，混合磨擦区粗糙区根据上述数据，可判定汽油的流态可定为紊流中的水利光滑区。如图（3-6）所示管道的特性曲线。图（3-6） 管道的特性曲线3.3.2水力坡降和综合参数摩阻 （3-14） （3-15） （3-16）表3-7 不同流态时的、值流 态，液柱层 流6414.15紊紊紊流水力光滑区0.31640.250.0246混合摩擦区0.123粗糙区0由公式（3-14）得：3.3.3判断有无翻越点 在画出如图（3-4）的管路纵断面图上的数据即表（3-1），进行判断翻越点：所以不存在翻越点。3.4确定泵站数并化整计算全线需要的总压头、确定泵站数并化整：根据任务输量，在泵站工作特性曲线上可以得到每个泵站所能提供的扬程为。管路全线消耗的压力能为 （3-17） 全线个泵站提供的总扬程必然与消耗的总能量平衡，于是有： （3-18）泵站数： （3-19）式中 任务输量下泵站的扬程，液柱； 泵站站内损失，液柱； 任务数量下管道所需总压头，液柱； 末站剩余压力，液柱； 管道计算长度，考虑到局部摩阻取为管道实际长度的1.01倍。显然计算出的不一定是正数，只能取之相近的整数作为该方案需建的泵站数。表3-8 不同输量下的值输量（）125025003600500070001000012000（米液柱）404550556080100根据表中数据，利用线性差值可算出输量1307.2时，40.22m取2将N化为较小整数，可以采用的方法有铺设一条变径管或副管以减小摩阻。设需要铺设的副管长为，则由此可得副管长度为 （3-20） （3-21）式中 任务输量下，单根主管的水力坡降； 副管水力坡降； 副管水力坡降与单管主管水力坡降的比值；副管管径（内径）。取主副管管径相同，0.25 由 可得变径管长度为 （3-22） （3-23）式中 任务输量下，单根主管的水力坡降； 变径管水力坡降； 变径管水力坡降与单管主管水力坡降的比值；变径管管径（内径）。选取规格的变径管，则 （如选泵站2，则选取规格的变径管）取3将N化为较大整数，常用的办法是将离心泵的级数减小或叶轮换小。当全线泵站数较少，化为较大整数时影响显著，也可考虑将部分管径换小。此时变径管的长度计算方法同前，即变径管长度为式中 任务输量下，单根主管的水力坡降； 变径管水力坡降； 变径管水力坡降与单管主管水力坡降的比值； 变径管管径（内径）。选取规格的变径管，则很显然，在该方案中采用变径管要比使用副管合理对制定的每一个方案进行计算，确定泵站数并化整。（本设计中各方案所采用的副管均与主管同管径；变径管均为，管材重量为：54.89 。上述中“化整及选用措施” 中所选用的数值大致是依据下列原则确定的（如图3-7为泵站数化整时工作点的变化）：泵站数化小时，采用副管和采用管径更大的变径管均会使管材耗费增大；泵站数化大时，需多建一个泵站，但采用了管径更小的变径管。综合比较各方案中泵站数化大、化小所采用的相应措施的费用增加值，采用比较后费用增加值相对较少的措施。图（3-7） 泵站数化整时工作点的变化(a)一个泵站的工作特性曲线(b)总的泵站工作特性曲线和总的管道工作特性曲线所以本设计最后选定方案1为最终方案，即该管道的工艺参数为：管径（外径）：493mm、壁厚：6.3mm、工作压力：7.39MPa、泵站数：3座。3.5最优方案工作点参数计算按最优方案的参数（管径、泵机组型号及组合、泵站数等），计算求解工作点。求泵站管道系统的工作点，除了图解方法以外，也可以根据压头供需平衡的原则，列出管道的压力供应特性方程和压力需求特性方程，使两者相等求解工作点。假设一条管道上有座泵站，全线管径相同，无分支，首站进站压头和各站内摩阻均为常量，可写出全线的压力供需平衡关系式如下 （3-24）由公式（3-25）可求出管道的工作流量 （3-25）式中 全线工作流量，； 全线工作站泵数； 单位流量的水力坡降，；