第三章-长距离输油管道-2013-3-18

1、1 储运与建筑工程学院储运与建筑工程学院 蒋文明蒋文明 2 第一节第一节 概述概述 3 长距离输油管道的组成长距离输油管道的组成 输油站输油站 线路线路 4 长距离输油管道的特点长距离输油管道的特点 5 单轨铁路单轨铁路 6 单轨铁路单轨铁路 7 单轨铁路单轨铁路 8 长距离输油管道的特点长距离输油管道的特点 9 第二节第二节 等温输油管道的工艺设计等温输油管道的工艺设计 10 DZ型离心泵型离心泵 11 ZS型离心泵型离心泵 12 离心泵特性曲线离心泵特性曲线 （1）工作特性：）工作特性：QH （2）效率特性：效率特性： 最高量左右最高量左右7区域为区域为 高效区高效区 （3）功率特性：）功

2、率特性： 1000 gQH N 离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 13 设有设有n1台型号相同的泵并联，即台型号相同的泵并联，即 1 / nQq m m m c Q n b a n Q baH 2 2 1 2 1 A=a b n B m 2 1 1 则：则： 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性H=A-BQ2-m 离心泵的并联离心泵的并联 14 Q Hc q2 q1 离心泵的并联离心泵的并联 15 q H Q Q/2 管路管路 单泵单泵 并联并联 注意：并联时防止电机过载注意：并联时防止电机过载 离心泵的并联离心泵的并联 16 串联泵站的工作特性串联泵站的工作特性 特点：特点： 各泵流量相等，

3、各泵流量相等，q=Q，泵站扬程等于各泵扬程泵站扬程等于各泵扬程 之和。之和。 设有设有n2台型号相同的泵串联，则：台型号相同的泵串联，则： m c bQnanHnH 2 222 bnBanA 22 ， 17 串联泵站的工作特性串联泵站的工作特性 18 单泵 串联 H Q 管路 串联泵站的工作特性串联泵站的工作特性 19 达西公式达西公式 g V D L hL 2 2 对于一条给定的长输管道，对于一条给定的长输管道，L和和D都是都是已知的，输量（或流已知的，输量（或流 速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数。 D e f，Re 20

4、输油管道流态划分输油管道流态划分 21 流态流态 划分范围划分范围 f(Re,) 层流层流 Re2000 =64/Re 紊紊 流流 水力光滑区水力光滑区 3000ReRe1= 混合摩擦区混合摩擦区 ReRe2= 8/7 59.5 8/7 59.5 lg765665 1 1.81lg Re 1.53 25.0 Re 3164.0 5 10Re 当当 12.51 2lg 7.4Re lg274. 1 1 不同流态的不同流态的值值 22 流态流态 A m 层流层流 64 1 4.15 紊紊 流流 水力光滑区水力光滑区 0.3164 0.25 0.0246 混合摩擦区混合摩擦区0.123 0.0802

5、A 粗糙区粗糙区 00.0826 不同流态下得不同流态下得A、m、值值 列宾宗公式列宾宗公式 627. 0lg127. 0 10 d e L D vQ h m mm L 5 2 23 Z H Q 层层 流流 区区 过过 渡渡 区区 紊流区紊流区 QLJ 输油管道的工作特性曲线输油管道的工作特性曲线 管路工作特性管路工作特性 24 影响管路特性曲线的因素影响管路特性曲线的因素 1 1、起、终点高差的影响；、起、终点高差的影响； 2 2、管径的影响；、管径的影响； 3 3、管长度的影响；、管长度的影响； 4 4、运动粘度的影响；、运动粘度的影响； 5 5、输量的变化对管特性无影响。、输量的变化对管

6、特性无影响。 25 离心泵站与管路的联合工作离心泵站与管路的联合工作 泵站与管路的工作点的方法有两种，即图解法和解析法。泵站与管路的工作点的方法有两种，即图解法和解析法。 A H HA QAQ 管路特性曲线管路特性曲线 泵站特性曲线泵站特性曲线 26 解析法：一个泵站的管道解析法：一个泵站的管道 1 1 22 )( 12 ZZhhHH Lccs 由断面由断面1-1到到2-2列能量方程有：列能量方程有： HS泵的吸入压力，为常数泵的吸入压力，为常数 HC 泵站扬程泵站扬程 hc 站内损失站内损失 hL 沿程摩阻沿程摩阻 Z2-Z1起终点计算高差起终点计算高差 27 即：即： ZfLQhBQAH

7、m c m s 22 2 sc m HAZ h Q BfL m c BQAH 2 28 旁接油罐输油方式（开式流程）旁接油罐输油方式（开式流程） Q1 Q2 优点优点 安全可靠，水击危害小，对自安全可靠，水击危害小，对自 动化水平要求不高。动化水平要求不高。 缺点缺点 流程和设备复杂，固定资产投资大。流程和设备复杂，固定资产投资大。 油气损耗严重；油气损耗严重； 全线难以在最优工况下运行，能量浪费大；全线难以在最优工况下运行，能量浪费大； 工作特点工作特点 每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统；每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统； 上下站输量可以不等（由旁接罐调节）；

8、上下站输量可以不等（由旁接罐调节）； 各站的进出站压力没有直接联系各站的进出站压力没有直接联系 ； 站间输量的求法与一个泵站的管道相同。站间输量的求法与一个泵站的管道相同。 29 密闭输油方式（泵到泵流程）密闭输油方式（泵到泵流程） Q Q 优点优点 全线密闭，中间站不存在蒸发损耗全线密闭，中间站不存在蒸发损耗 ； 流程简单，固定资产投资小流程简单，固定资产投资小 ； 可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。 缺点：缺点： 要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。 工作特点工作特点 全线为一个统一的水力系统

9、，全线各站流量相同；全线为一个统一的水力系统，全线各站流量相同； 输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定。 30 四、 等温输油管道的工艺计算 工艺计算解决的问题：工艺计算解决的问题： 1 1、确定最优的设计参数：管径、出站压力、输油站、确定最优的设计参数：管径、出站压力、输油站 数目、管道的壁厚；数目、管道的壁厚； 2 2、确定输油站的位置；、确定输油站的位置； 3 3、输油工况的计算；、输油工况的计算； 4 4、超压保护的计算；、超压保护的计算； 5 5、提高输送能力的计算。、提高输送能力的计算。 31 f d e i g a c b Hd x 摩阻摩

10、阻 损失损失 动水动水 压力压力 L hL 管道纵断面图管道纵断面图 与水力坡降线与水力坡降线 32 （二）翻越点和计算长度二）翻越点和计算长度 H Hf F Lf 33 F Lf i 由图可知：水力坡降线不一定先与管路上的最高由图可知：水力坡降线不一定先与管路上的最高 点相切，所以翻越点不一定是管路上的最高点，而是点相切，所以翻越点不一定是管路上的最高点，而是 靠近线路终点的某个高点。靠近线路终点的某个高点。 翻越点的确定翻越点的确定 34 Hd1 Hc-hc b/1 b e b1 d a a/ Hsmax Hsmin maxminsss HHH 布站作图法布站作图法 35 0 0 ln,

11、R L TTKDKD LaL a TTGCGC 或：或： aL RL eTTTT )( 00 上式即为轴向温降基本公式上式即为轴向温降基本公式 ，也就是著名的苏霍夫公式。，也就是著名的苏霍夫公式。 根据进入加热站间距根据进入加热站间距LR，可求得下一站的进站油温为：，可求得下一站的进站油温为： R aL RZ eTTTT 00 设有一条热油管道设有一条热油管道 ，管外径为，管外径为 D ，周围介质温度为周围介质温度为 T0 , 总传热系总传热系 数为数为 K ,输量为输量为 G ，油品的比热为油品的比热为 C ，出站油温为出站油温为 TR ，加热站间距加热站间距 为为 LR，则，则L处的油温处

12、的油温TL为：为： 热油管道沿程温降计算热油管道沿程温降计算 1、轴向温降基本公式、轴向温降基本公式 36 由图可知：由图可知： 温降曲线为一指数曲线，渐温降曲线为一指数曲线，渐 近线为近线为 T=TT=T0 0 在两个加热站之间的管路上，在两个加热站之间的管路上， 各处的温度梯度不同，加热站各处的温度梯度不同，加热站 出口处，油温高，油流与周围出口处，油温高，油流与周围 介质的温差大，温降快，曲线介质的温差大，温降快，曲线 陡。陡。 随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温 度的提高，下一站的进站油温度的提高，下一站的进站油温 T TZ Z

13、 变化较小。一般如果 变化较小。一般如果 T TR R 提高提高1010，终点油温，终点油温 T TZ Z 只升高只升高2 23 3 。因此为了减少热。因此为了减少热 损失，出站油温不宜过高。损失，出站油温不宜过高。 T T 0 0 T T L LdLdL T TR R T T0 0 热油管道沿程温降计算热油管道沿程温降计算 37 轴向温降公式的应用轴向温降公式的应用 设计时确定加热站间距设计时确定加热站间距(加热站数加热站数) 设计时设计时L、D、G、K、C、 T0已定，按上述原则选定已定，按上述原则选定 TR 和和 TZ ，则加热站间距为：则加热站间距为： ln KD GC LR 0 0

14、TT TT Z R 全线所需加热站数全线所需加热站数: R R L L n ，化整，化整nR 设计的加热站间距为设计的加热站间距为: R R n L L ，因此还要反算，因此还要反算TR 00 () aL LR TTTT e 38 运行中计算沿程温降，特别是计算为保持要求的终点温运行中计算沿程温降，特别是计算为保持要求的终点温 度度 TZ 所必须的加热站出口温度所必须的加热站出口温度 TR 。 校核站间允许的最小输量校核站间允许的最小输量Gmin。 minmax,ZZRR TTTT 当当 及站间其它热力参数即及站间其它热力参数即T , D , K, LR 一定时，对应于一定时，对应于TRmax

15、、Tzmin的输量即为该热力条的输量即为该热力条 件下允许的最小输量：件下允许的最小输量： 0min 0max min ln TT TT C LKD G Z R R 轴向温降公式的应用轴向温降公式的应用 39 计算热油管道摩阻方法计算热油管道摩阻方法 热油管道摩阻计算有两种方法：热油管道摩阻计算有两种方法： 1 1、平均温度法、平均温度法 l具体步骤：具体步骤： 计算加热站间油流的平均温度计算加热站间油流的平均温度 T Tpj pj ， ， )2( 3 1 ZRpj TTT 由粘温特性求出温度为由粘温特性求出温度为 T Tpj pj 时的油流粘度时的油流粘度 pj pj 。 一个加热站间的摩阻

16、为：一个加热站间的摩阻为： R m m pj m R l D Q h 5 0 2 按管道起终点平均温度下的油流粘度，用等温输送的方法按管道起终点平均温度下的油流粘度，用等温输送的方法 计算一个加热站间的摩阻。计算一个加热站间的摩阻。 40 确定和布置加热站、泵站确定和布置加热站、泵站 （一）确定加热站数及其热负荷（一）确定加热站数及其热负荷 确定了加热站的出、进口温度，即加热站的起、终点温度确定了加热站的出、进口温度，即加热站的起、终点温度TR和和TZ 后，后， 可按冬季月平均最低地温，及全线的近似可按冬季月平均最低地温，及全线的近似K值估算加热站间距值估算加热站间距 lR。 0 0 ln R

17、 R Z TTGc l KDTT 加热站站数加热站站数 nR 按下式计算并化整按下式计算并化整 RR lLn/ 式中式中 L管路总长，管路总长，m； lR初步计算的加热站间距，初步计算的加热站间距，m。 41 加热站的有效热负荷加热站的有效热负荷q可根据所要求的进、出站温度可根据所要求的进、出站温度 TR及及 TZ计算如下计算如下 )( ZR TTGcq 式中式中q加热炉有效热负荷，加热炉有效热负荷，kw G油流质量流量，油流质量流量，kg/s c平均油温下的油品比热容，平均油温下的油品比热容，kJ/kg 加热站的燃料油耗量为加热站的燃料油耗量为 3600 R E q g 式中式中 R加热系统

18、效率；加热系统效率； E 燃料油热值，燃料油热值，kJ/kg 42 确定泵站数、布站确定泵站数、布站 43 热油管道经济运行方案热油管道经济运行方案 运行方案的经济性一般可用能耗费用运行方案的经济性一般可用能耗费用S S来衡量。对于热油来衡量。对于热油 管道，能耗费用包括动力费用管道，能耗费用包括动力费用 S Sp p 和燃料费用和燃料费用S SR R： pR SSS HR y R ZRy R B e L TTC S RPe d P L He S 3 10723. 2 44 式中式中 ey燃料油价格，元燃料油价格，元/吨；吨； ed电力价格，电力价格， 元元/Kwh； BH燃料油热值，燃料油热

19、值，kJ/kg ； Cy所输油品比热，所输油品比热，kJ/kg.； R炉效率，炉效率，%； pe泵机组效率，泵机组效率，%； H加热站间管路所需压头，加热站间管路所需压头，m； LR热站间距，热站间距，km。 热油管道经济运行方案热油管道经济运行方案 45 SS SR SP T*Rj TR 热油管道经济运行方案热油管道经济运行方案 46 投产程序一般包括：投产程序一般包括： 各站单体及整体冷热水试运。各站单体及整体冷热水试运。 冲洗清扫站间管路。冲洗清扫站间管路。 预热管路：一般采用热水预热。预热管路：一般采用热水预热。 通油投产，管线预热达到要求并全面检查合格后便可投油。通油投产，管线预热达

20、到要求并全面检查合格后便可投油。 五、热油管道的启动投产五、热油管道的启动投产 热油管路的启动方法热油管路的启动方法: : 1 1、冷管直接启动、冷管直接启动; ; 3 3、加稀释剂或降粘剂启动。、加稀释剂或降粘剂启动。 2 2、预热启动、预热启动; ; 47 六、六、 热油管道的停输温降及再启动热油管道的停输温降及再启动 1、事故停输：、事故停输： 停输分类：停输分类： 2、计划停输：、计划停输： 停输后，温度降低、粘度增大，管道的再启停输后，温度降低、粘度增大，管道的再启 动压力增大。动压力增大。 管道的允许停输时间与许多因素有关，可以管道的允许停输时间与许多因素有关，可以 根据经验和实验

21、数据确定。根据经验和实验数据确定。 48 （一）热含蜡原油架空管道的停输温降（一）热含蜡原油架空管道的停输温降 其降温过程可分为三个阶段：其降温过程可分为三个阶段： 第一阶段（第一阶段（ T TT TSL SL）： ）： K 第二阶段（第二阶段（ T TNG NG TT TTSL SL ）：）： 一方面蜡不断结晶析出，随着凝油层的不断加厚，热阻一方面蜡不断结晶析出，随着凝油层的不断加厚，热阻 增加；另一方面，油流粘度增大，也使自然对流减弱。而蜡增加；另一方面，油流粘度增大，也使自然对流减弱。而蜡 的结晶析出又放出潜热。的结晶析出又放出潜热。 下降，温降缓慢。下降，温降缓慢。 K 自然对流放热，

22、放热强度大，故温降快，自然对流放热，放热强度大，故温降快， 较大，没较大，没 有大量的蜡晶析出。有大量的蜡晶析出。 第三阶段（第三阶段（T TT TNG NG ）： ）： 管内存油全部变成凝油，传热方式变为纯导热。管内存油全部变成凝油，传热方式变为纯导热。 49 （二）埋地管道停输温降（二）埋地管道停输温降 埋地热油管的温降过程可分为二个阶段：埋地热油管的温降过程可分为二个阶段： 管内油温较快地冷却到略高于管外壁土壤温度管内油温较快地冷却到略高于管外壁土壤温度; ; 管内存油与土壤作为一个整体而缓慢冷却管内存油与土壤作为一个整体而缓慢冷却 ; ; 埋地管道停输后的温降不同于架空管道的特点：埋地

23、管道停输后的温降不同于架空管道的特点： 蜡晶析出放出潜热而使温降减慢的第二阶段不明显蜡晶析出放出潜热而使温降减慢的第二阶段不明显. . 50 停输再启动，管道中充满了冷油时，一般在管道允许的停输再启动，管道中充满了冷油时，一般在管道允许的 最大工作压力下，用低粘油品、水或热油作顶挤介质，把管最大工作压力下，用低粘油品、水或热油作顶挤介质，把管 内存油顶挤出去，大致分为两个阶段：内存油顶挤出去，大致分为两个阶段： 顶挤开始至顶挤液到达管道终点；顶挤开始至顶挤液到达管道终点； 继续冲刷粘附在管壁的高粘原油。继续冲刷粘附在管壁的高粘原油。 （三）停输后再启动过程（三）停输后再启动过程 51 第四节第

24、四节 顺序输送顺序输送 顺序输送，也称为交替输送顺序输送，也称为交替输送 ，在同一条管道内，按一，在同一条管道内，按一 定批量和次序，连续地输送不同种类油品的输送方法。定批量和次序，连续地输送不同种类油品的输送方法。 顺序输送的应用范围：顺序输送的应用范围： 1 1输送性质相近的成品油。如汽、煤、柴及各种重油、农输送性质相近的成品油。如汽、煤、柴及各种重油、农 用柴油和燃料油等。用柴油和燃料油等。 2 2输送性质不同的原油。输送性质不同的原油。 52 一、顺序输送工艺的特点一、顺序输送工艺的特点 1、产生混油。、产生混油。 在两种油品的交界面处会产生混油，形成两种油品的混油在两种油品的交界面处

25、会产生混油，形成两种油品的混油 段。为了减少混油，输油顺序的安排一般要考虑：段。为了减少混油，输油顺序的安排一般要考虑： 使性质相近的两种油品相邻。如：汽煤柴煤汽使性质相近的两种油品相邻。如：汽煤柴煤汽 煤柴煤柴 油品互相不产生有害影响。油品互相不产生有害影响。 2、首、末站需要较大的油罐容量、首、末站需要较大的油罐容量 。 53 3 3、需要较高的自控水平和可靠的检测仪表。、需要较高的自控水平和可靠的检测仪表。 4 4、批量和循环次数需要优化。、批量和循环次数需要优化。 批量：顺序输送管道，一次输送某种油品的量；批量：顺序输送管道，一次输送某种油品的量； 循环周期：由不同的几种批量油品组成的

26、一个循环，完成循环周期：由不同的几种批量油品组成的一个循环，完成 一个循环所需要的时间。一个循环所需要的时间。 循环次数：一年内完成的循环周期数；循环次数：一年内完成的循环周期数； 最优的循环次数：对于一条顺序输送的管道，对应综合费最优的循环次数：对于一条顺序输送的管道，对应综合费 用最低的循环次数。用最低的循环次数。 一、顺序输送工艺的特点一、顺序输送工艺的特点 54 5 5、混油段需要切割处理、混油段需要切割处理 混油分为混油头、混油尾和混油段。一般把混油头切混油分为混油头、混油尾和混油段。一般把混油头切 入前行油品罐中，混油尾切入后行油品罐中，把中间的混入前行油品罐中，混油尾切入后行油品

27、罐中，把中间的混 油段切入专门的混油罐中。有时可以把混油分两段切割，油段切入专门的混油罐中。有时可以把混油分两段切割， 分别切入两种纯油罐中，与两种纯净油品调和后出售。分别切入两种纯油罐中，与两种纯净油品调和后出售。 一、顺序输送工艺的特点一、顺序输送工艺的特点 55 6 6、顺序输送时管道的水力特性不稳定、顺序输送时管道的水力特性不稳定 顺序输送管道，当两种油品在管道内交替时，随着两种油品在管内运行长顺序输送管道，当两种油品在管道内交替时，随着两种油品在管内运行长 度的变化，管道的运行状态处于缓慢的瞬变过程中。运行参数度的变化，管道的运行状态处于缓慢的瞬变过程中。运行参数( (输量、各站的输

28、量、各站的 进出站压力进出站压力) )随时间而缓慢变化。随时间而缓慢变化。 p Q B A 1 2 3 4 油品交替时泵站油品交替时泵站管道系统的工作点管道系统的工作点 图中：图中： A A输送输送A A油时的泵站特性油时的泵站特性 B B输送输送B B油时的泵站特性油时的泵站特性 输送输送A A油时的管道特性油时的管道特性 输送输送B B油时的管道特性油时的管道特性 A A油为轻油油为轻油 56 二、二、 顺序输送中的混油及检测方法顺序输送中的混油及检测方法 混油类型有两种混油类型有两种 面面处处的的混混油油沿沿程程混混油油：油油品品交交界界 泵泵的的搅搅拌拌混混油油 死死油油段段的的混混油

29、油 切切换换罐罐时时的的混混油油 泵泵站站内内的的混混油油 57 伽马射线密度计伽马射线密度计 58 超声波测量混油浓度超声波测量混油浓度 声波在不同油品中声波在不同油品中 的传播速度各不相同。的传播速度各不相同。 超声波检测仪就是利用超声波检测仪就是利用 这一原理，连续测量并这一原理，连续测量并 记录超声波通过输油管记录超声波通过输油管 时的速度，来区分管内时的速度，来区分管内 油流的品种和混油浓度。油流的品种和混油浓度。 59 利用示踪原子检测混油浓度利用示踪原子检测混油浓度 在管路起点把含有放射性同位素的溶液加在管路起点把含有放射性同位素的溶液加 在两种油品的分界面处，放射性同位素随着油

30、在两种油品的分界面处，放射性同位素随着油 品的混合而扩散。在各检测点利用专门的仪表品的混合而扩散。在各检测点利用专门的仪表 测量放射性同位素的放射强度。即可得知混油测量放射性同位素的放射强度。即可得知混油 浓度的分布情况。浓度的分布情况。 60 光学法检测混油浓度光学法检测混油浓度 o 根据混合油品的透明度或折光率随浓度根据混合油品的透明度或折光率随浓度 组成不同而变化的特性，可利用折光仪测组成不同而变化的特性，可利用折光仪测 定浓度。定浓度。 o 也可以在后一种油品开始进入管路时加一也可以在后一种油品开始进入管路时加一 部分颜色，用比色法测定浓度。此种方法部分颜色，用比色法测定浓度。此种方法

31、 精确度较差。精确度较差。 61 三、减少混油的措施三、减少混油的措施 1 1、影响混油的因素、影响混油的因素 o主要因素是流态的影响，另外还有：主要因素是流态的影响，另外还有： o初始混油的影响初始混油的影响 o粘度和密度的差异粘度和密度的差异 o停输停输 o流速变化流速变化 o副管副管 62 2 2、减少混油的一般技术措施、减少混油的一般技术措施 u切换油罐和管路，阀门应采用快速控制的电动或液动阀门；切换油罐和管路，阀门应采用快速控制的电动或液动阀门； u确定输送次序时，应把性质相近的、相互允许混入的浓度较大的两种确定输送次序时，应把性质相近的、相互允许混入的浓度较大的两种 油品互相接触；

32、油品互相接触； u两种油品交替时，不允许停输；两种油品交替时，不允许停输； u两种油品交替时，应使流态保持紊流，使雷诺数不小于两种油品交替时，应使流态保持紊流，使雷诺数不小于10104 4，流速大时，流速大时， 相对混油体积要小；相对混油体积要小； u顺序输送管道尽量不用副管和变径管；顺序输送管道尽量不用副管和变径管； u顺序输送管道应以顺序输送管道应以“泵到泵泵到泵”的密闭输送方式运转；的密闭输送方式运转； u工艺流程尽可能简单；工艺流程尽可能简单； u将将“混油头混油头”和和“混油尾混油尾”收入大容量的纯油罐中，以减少混油量。收入大容量的纯油罐中，以减少混油量。 63 n 在两种油品间放入隔离球在两种油品间放入隔离球( (塞塞) )，以避免油品的，以避免油品的 接触，把混油量减少到最低限度，是减少混油接触，把混油量减少到最低限度，是减少混油 损失的重要措施。损失的重要措施。 n 在两种油品之间放入缓冲液体，称为缓冲液。在两种油品之间放入缓冲液体，称为缓冲液。 可以作为隔离液的是某一种油品或已形成的混可以作为隔离液的是