常温输送习题解答(无名氏).pdf

1 输油管道设计与管理作业 某密闭长输管道每年输柴油 50 万吨 年 管材 159 6 管壁当量粗糙度 e 0 1mm 管线最高 工作压力为 6 4MPa 沿线年平均地温 t0 12 最低月平均地温 t0 3 泵站选用 65y 50 12 型 离心泵 允许进口压力为 0 40m 油柱 各站站内损失 20m 油柱 首站进站压力为 20m 油柱 65y 50 12 型离心泵输水时参数及油品物性如下 Q m3 hr H m N kw 15 672 43 63 8 25 600 52 78 5 30 552 53 85 5 柴油物性 20 kg m3 12 m2 s 3 m2 s 821 3 3 34 10 6 6 58 10 6 密度换算 t 20 t 20 1 825 0 001315 20 管长 Km 0 50 100 125 150 162 183 235 255 268 高程 m 400 120 470 1155 1330 1300 790 910 610 60 1 按米勒和伯拉休斯公式计算水力摩阻系数 比较结果的相对误差 2 按平均温度计算摩阻 3 确定泵站泵机组的运行方式及台数 确定泵站数 4 绘管道纵断面图 初步布置泵站位置 5 根据站址计算各站进 出站压力 校核全线动 静水压力 6 校核冬季进出站压力 调整泵站位置 求解过程 求解过程 1 问题一求解 问题 按米勒和伯拉休斯公式计算水力摩阻系数 比较结果的相对误差 计算温度 等于全年平均低温 12 粘度 温度为 12 时油品粘度为 3 34 10 6 m2 s 密度 据密度换算公式 t 20 t 20 1 825 0 001315 20 计算得到 12 时油品密度为 12 827 3 kg m3 计算流量 12 350 24 3600 a Q Q 式中 a Q 年输柴油量 万吨 年 Q 输油体积流量 m3 s 计算得到输油体积流量为Q 2 0 10 2 m3 s 雷洛数 4 Re Q d 计算得到 Re 5 19 104 2 管壁相对当量粗糙度 2e d 计算得到 1 36 10 3 又 1 8 7 59 5 Re 计算得到 1 Re 1 1 105 故管道内油品流态处于水力光滑区 根据米勒 Miller 公式 1 1 8lgRe 1 53 计算得到水力摩阻系数 m 0 0207 根据伯拉休斯 Blasius 公式 0 25 0 3164Re 计算得到水力摩阻系数 b 0 0210 相对误差公式 bm b 计算得到相对误差为 1 43 2 问题二求解 问题 按平均温度计算摩阻 根据达西 Darcy Weisbach 公式 2 2 l L v h dg 采用伯拉休斯 Blasius 公式 得到水力摩阻系数 0 0210 计算得到输油管线总摩阻损失为 l h 2 71 103 m 3 问题二求解 问题 确定泵站泵机组的运行方式及台数 确定泵站数 用最小二乘法回归泵机组的特性方程 h Hf Q 根据近似方程 2 m h HabQ 式中 h Q 小时输送体积流量 又由于管道内油品流态处于水力光滑区 取 m 0 25 通过 matlab 软件 运用最小二乘法计算 程序如下 A 15 672 43 63 8 25 600 52 78 5 30 552 53 85 5 x A 1 y A 2 z x 1 75 p polyfit z y 1 计算得到 p 0 4433 723 0313 即 b 0 4433 a 723 0313 故泵机组的特性方程为 1 75 723 0313 0 4433 h HQ 确定泵站泵机组的运行方式及台数 遵循原则 满足任务输量下要求 泵在高效区运行 泵出口压力符合管道内压力要求 考 虑经济性要求 从输送量来看 需用多台泵并联运行 计算并联泵台数 60 60 h Q n Q 取整后 泵台数 n 为 3 考虑备用泵一台 故各泵站内泵机组采用三台泵并联运行 另设 一台泵并联备用 3 故泵站特性曲线方程为 2 m h c Q Hab n 计算得到 1 7 5 0 064723 03138 ch HQ 即 A 723 0313 B 0 0648 初步确定泵站数 单位管道长度单位流量下的摩阻损失 5 m m f d 管输流体处于水力光滑区 0 0246 故 f 9 487 0 25 3 m s 管线上任何一点的水头为 2 2 1 m m xhmQx HM ABQMhZZfLQ 式中 M x 点处前的泵站数 题中限制条件 考虑到泵的允许进口压力为 0 40m 油柱 各站站内损失 20m 油柱 又由于成 品油管道的最低动水压力应高于 0 2Mpa 大约 25m 油注 设计进站压力为 28m 油注 泵站设计算法 1 假设题中所给各点之间的点的高程随管长线性变化 2 设定特定步长 对端点间管长设立计算点 3 按流量计算管线上计算点的水头 x H 4 判断计算点的 x H是否大于 28m 如果 x H小于 20 米 则在此点之前的计算 点设立泵站 即 M 增加 1 运用 Matlab 软件编程 A 0 50 100 125 150 162 183 235 255 268 1 400 120 470 1155 1330 1300 790 910 610 60 B A 1 C A 2 S 0 05 S为空间步长 D 0 S 268 D为沿管长布置的计算点 E E为高程 计算绘制纵断面图 for i 0 S 268 if i50 end E E F end 设计泵站 HF ones 1 floor 268 S 1 HF 1 607 71 G floor 268 S 1 I InH OutH for i 2 1 G HF i HF i 1 E i 1 E i 10 09 S if HF i 28 进站压力判断 InH InH HF i 1 进站水头 HF i 1 HF i 1 607 71 20 增加泵站 I I i 设立泵站计算点 OutH OutH HF i 1 出站水头 end end J为泵站位置 for i 1 4 J 1 i D I i J 2 i E I i end 绘制图形 HZ HF E figure 1 plot D HF r xlabel 管长 km ylabel 水头 m title 总水头线 hold on figure 2 plot D E b LineWidth 1 xlabel 管长 km ylabel 水头 m title 总水头线 legend 总水头 hold on plot D HZ g LineWidth 3 legend 高程 水力坡降线 计算得到 需要建立 5 个泵站 位置分别是 0 400 70 85 265 95 102 40 535 76 118 10 965 94 144 35 1290 10 总水头线和水力坡降线见下图 5 4 问题四的求解 问题 绘管道纵断面图 初步布置泵站位置 管道纵断面图如图 6 由问题三的解答得到初步布置得泵站位置为 0 400 70 85 265 95 102 40 535 76 118 10 965 94 144 35 1290 10 5 问题五的求解 问题五 根据站址计算各站进 出站压力 校核全线动 静水压力 计算各站进 出站压力 各站进站压力 2 2 1 2 m m InihmQx HiABQihZZfLQ 各站出站压力 2 2 1 m m OutihmQx Hi ABQihZZfLQ 由问题三程序计算得到 各站进 出站压力 1In H 20 1O u t H 607 71m 2In H 28 09m 2Out H 615 80m 3In H 29 02m 3Out H 616 73m 4In H 29 51m 4Out H 617 22m 5In H 28 19m 5Out H 615 90m 校核全线动 静水压力 动水压力 指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力 在纵断面图上 动水压力是管道纵断面线与 水力坡降线之间的垂直高度 通过程序三计算 管道内压力范围为 0 228Mpa 5 88Mpa 故符合 动水压力允许值范围 0 2Mpa 6 4Mpa 静水压力 指油流停止流动后 由地形高差产生的静液注压力 从管道纵断面图可以看出 当油流 停止流动后 点 50 120 处出现最大静液注压力约 10 30Mpa 故需设置减压站以防出现事故 6 问题六的求解 问题六 校核冬季进出站压力 调整泵站位置 冬季平均低温为 3 重新按照新的粘度和密度计算得到 泵与管道的新工况点为 3 0 0185Qm s 622 1626Hm 调整夏季进站压力限制 调至 40m 油注后 冬季进出站压力符合进出站压力要求和动静水压力要 求 重新计算得到的泵站位置为 0 400 70 15 261 05 102 10 527 54 117 85 959 09 143 70 1285 90 7 调整后夏季进出站压力 1In H 20 1O u t H 607 79m 2In H 40 55m 2Out H 628 34m 3In H 41 19m 3Out H 628 98m 4In H 40 06m