输油管道设计与管理.ppt

输油管道工艺计算目的：,2.确定管径、选泵、确定泵机组数、确定泵站数和加热站数及沿线站场位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数。,1.妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应这对主要矛盾;,什么叫等温输油管道？,输送轻质成品油或低凝点原油的长输管道，沿线不需要加热，油品从首站进入管道，输经一定距离后，管内油温就会等于管道埋深处的地温。所谓等温输油管道，即指那些在输送过程中油温保持不变的管道。这意味着：油温=地温=常数。油流与管壁、管壁与环境之间没有热交换。,第二章等温输油管道的工艺计算,在工程实际中，这个条件一般是达不到的。所谓等温，也是一种近似。这是因为：,1、来油温度地温。,2、摩擦热加热油流。,3、沿线地温不等于常数。,在工程实际中，一般总把那些不建设专门的加热设施的管道统称为等温输油管道。它不考虑热损失，只考虑泵所提供的能量（压头）与消耗在摩阻和高差上的能量（压头）相匹配（相平衡）。,等温输油管道的工艺计算,夏季来油温度高于地温，冬季来油温度低于地温，但经过1-2km后，油温基本等于地温，与整条管线相比，该段管线很短。,流速不太高时，摩擦升温很小，且对油流的加热是均匀的。,尤其对于南北走向的管线，但我们可以将其分段，按照分段等温来考虑。,第一节输油泵站的工作特性,第二节输油管道的压能损失,第三节等温输油管道的工艺计算,第五节等温输油管道运行工况分析与调节,等温输油管道的工艺计算,第四节等温输油管道设计方案的经济比较,第一节输油泵站的工作特性,一、长输管道的泵机组类型,输油泵站的作用:,长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。,离心泵的型式有两种：,1.多级（高压）泵:排量较小,又称为并联泵；,2.单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。,1、长输管道用泵,一般来说，输油泵站上均采用单一的并联泵或串联泵，很少串并联泵混合使用，有时可能在大功率并联泵或串联泵前串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。,串联泵具有排量大、扬程低、效率高的特点。我国研制的KS型串联泵比并联泵效率高10%左右，而国外生产的串联泵比国内多数管道采用的并联泵效率高出18%左右。,长距离输油管道是耗能大户，而等温输油管道的耗能设备主要是输油主泵，因此提高输油主泵的效率是提高等温输油管道经济效益的主要途径。如果将我国目前输油管道的输油主泵效率由70%左右提高85%左右，输油电耗将减少20%以上。因此，在成品油管道的日常管理中，加强对输油主泵的维修保养，使其始终处于高效状态，对提高输油管道的经济效益非常重要。,输油泵站的工作特性,2、原动机,电动机,柴油机,燃气轮机,输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为：,电动机具有体积小、重量轻、噪音低、运行平稳可靠、便于实现自动控制等优点，对于电力供应充足的地区一般均采用电动机作为原动机。其缺点是调速困难，需要专门的调速装置。但对于电网覆盖不到的地区，是否采用电动机要进行经济比较。如果需要架设长距离输电线路，采用电动机是不合适的。,与电动机相比，柴油机有许多不足之处：体积大、噪音大、运行管理不方便、易损件多、维修工作量大、需要解决燃料供应问题。其优点是可调速。对于未被电网覆盖或电力供应不足的地区，采用柴油机可能更为经济。,燃气轮机单位功率的重量和体积都比柴油机小得多，可以用油品和天然气作燃料，不用冷却水，便于自动控制，运行安全可靠，功率大，转速可调。一些退役的航空发动机经改型后可用于驱动离心泵。对于偏远地区的大型油气管线，采用燃气轮机可能是比较好的选择。如前面提到的横贯阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃气轮机。,3、泵机组的辅助系统,电动机离心泵机组的辅助系统,电动机和离心泵的轴承润滑系统,冷却水系统,漏油及污油回收系统,柴油机离心泵机组的辅助系统,燃料供应系统,润滑油系统,冷却水系统,压缩空气系统,废热利用系统,二、离心泵的工作特性,1、离心泵的特性方程,对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机，转速为常数。因此H=f(q)，扬程是流量的单值函数，一般可用二次抛物线方程H=a-bq2表示。,对于长输管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b为常数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；m与流态有关；q为单泵排量。采用上式描述泵特性，与实测值的最大偏差2%。,2、用最小二乘法回归泵特性方程,这里只介绍用最小二乘法进行一元线性回归的方法。但它并不仅仅适用于一元线性方程，对于那些经过变量代换能够变为一元线性方程的非线性方程，该方法同样适用。,设有几组实验数据，(x1,y1)，(x2,y2)，(xn,yn)，它们之间的关系可以用线性方程y=A+Bx表示，由于实验数据不可能完全落在直线上，故它们之间存在误差。xi点的实测值yi与计算值的偏差为：di=yi-(A+Bxi)。,如果把各点的偏差加起来，其大小就能反应出该直线与实验点的逼近程度。但我们不能将各点的偏差直接用求代数和的方法相加，因为各点的偏差有正有负，求代数和会正负抵消，不能反应实际偏差的大小，所以我们取各点偏差的平方和：,我们的目的是要从一组直线中选择一条到各点偏差的平方和为最小的直线，即确定参数A、B的值，使S最小。,输油泵站的工作特性,由高等数学求极值的方法知道，要使S最小，必须使:,从而得到,输油泵站的工作特性,对于泵特性方程，H=a-bq2-m，令yi=Hi，带入上式即可得到系数a和b。,检查回归结果是否满意有两种方法：,求各个点的相对偏差：,如果maxQ/2，排量增加，功率上升，电机有可能过载。,2、串联泵站的工作特性,输油泵站的工作特性,各泵流量相等，q=Q,设有n2台型号相同的泵串联，则：,泵站扬程等于各泵扬程之和：,特点：,1、两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会不会过载？通过泵与管路联合工作的特性曲线图加以说明。,思考题,输油泵站的工作特性,2、若泵型号不同，如何求串联泵站的工作特性？,3.串、并联泵机组数的确定,选择泵机组数的原则主要有四条：,满足输量要求；,充分利用管路的承压能力；,泵在高效区工作；,泵的台数符合规范要求（不超过四台）。,并联泵机组数的确定,其中:,Q为设计输送能力，q为单泵的额定排量。,显然不一定是整数，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。,如果管线的发展趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。一般情况下要向大化。,由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬程）则要根据管路的设计工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。,1-3,串联泵,式中：H为管路的许用强度（或设计工作压力）H为单泵的额定扬程。,一般来说，串联泵的台数应向小化，如果向大化，则排出压力可能超过管子的许用强度。而且向大化后，泵站数将减少，开泵方案少，操作不灵活。串联泵的额定排量根据管线设计输送能力确定。,4.串、并联组合形式的确定,从管特性和地形方面考虑，对于地形平坦的地区或下坡段，站间管道较长，管路特性较陡，泵所提供的能量主要用于克服摩阻损失，大幅度调整输量时，串联泵站节流损失可能会小一些。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。,从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵的效率一般只有7080%，而串联泵的效率可达90%。串联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积大，故泵内轮阻损失小，效率高。,平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较,如图所示,正常运行时,串并联泵均需两台泵工作,工作点为A,流量为Q1。当需将输量降为Q2=1/2Q1时,串并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为B、C。串联泵的节流损失为h1,并联泵的节流损失为h2,显然h2h1。,输油泵站的工作特性,对于地形比较陡、高差比较大的爬坡地区，此时站间管道较短，管路特性较平，泵所提供的能量主要用于克服很大的位差静压头，大幅度调整输量时，并联泵站节流损失可能会小一些。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。,并联,如图所示,正常运行时,串并联泵均需两台泵工作,工作点为A,流量为Q1。当需将输量降为Q2=1/2Q1时,并联泵只开一台泵即可,节流损失为h1,而串联泵仍需开两台泵，节流损失为h2,显然h2h1。,串联泵便于实现自动控制和优化运行。,目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而我国东部大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流程为密闭流程，实行优化运行。,不存在超载问题调节方便流程简单调节方案多,输油泵站的工作特性,两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会不会过载？通过泵与管路联合工作的特性曲线图加以说明。,思考题,设对应于叶轮直径D0的泵特性方程为：H0=abq02-m,由切割定律知：当叶轮直径为D时，流量q和扬程H与H0、q0之间的关系满足：,设转速为n0时泵特性方程为：H0=abq02-m,由相似定律知：当转速为n时，流量q和扬程H与H0、q0之间的关系满足：,1、离心泵的扬程：从流程设计方面说，与管路