输油管道设计与管理学习教案

1、会计学1输油管道设计输油管道设计(shj)与管理与管理第一页，共95页。 1920年前，管道均采用丝扣连接，因此管径较小。年前，管道均采用丝扣连接，因此管径较小。1920年，在管道铺设中开始采用气焊，随后又被电焊所取代。金属焊接工艺的发展和完善促进了大口径、长距离管道的发展，同时也促进了新管材的使用。但真正具有现代规模的长输管道始于第二次世界大战。当时由于战争的需要，美国急需将西南部油田年，在管道铺设中开始采用气焊，随后又被电焊所取代。金属焊接工艺的发展和完善促进了大口径、长距离管道的发展，同时也促进了新管材的使用。但真正具有现代规模的长输管道始于第二次世界大战。当时由于战争的需要，美国急需将

2、西南部油田(yutin)生产的油运往东海岸，但由于战争，海上运输常常被封锁而中断，这就促使美国铺设了两条输油管道。一条是原油管道，口径为生产的油运往东海岸，但由于战争，海上运输常常被封锁而中断，这就促使美国铺设了两条输油管道。一条是原油管道，口径为600mm，长度为，长度为2158km，输量为，输量为47700m3/d(1500万吨万吨/年年)，由德克萨斯到宾夕法尼亚。另一条为成品油管道，口径为，由德克萨斯到宾夕法尼亚。另一条为成品油管道，口径为500mm，包括支线全长为，包括支线全长为2745km，输量为，输量为3760m3/d(1300万吨万吨/年年)，由德克萨斯到新泽西，同时还铺设了一条

3、输气管道，口径为，由德克萨斯到新泽西，同时还铺设了一条输气管道，口径为600mm，长为，长为2035km，由西南部到东海岸。，由西南部到东海岸。第2页/共95页第二页，共95页。从从60年代起，输油管道向大口径、长距离的方向发展，并出现许多年代起，输油管道向大口径、长距离的方向发展，并出现许多(xdu)跨国管线。较著名的有：跨国管线。较著名的有： 1964年，原苏联建成了苏联东欧的年，原苏联建成了苏联东欧的“友谊友谊(yuy)”输油管道，口径为输油管道，口径为1020mm,长为长为5500km。 1977年，建成了第二条年，建成了第二条“友谊友谊”输油管道，在原苏联境内与输油管道，在原苏联境内

4、与第一条管线平行第一条管线平行(pngxng)，口径为，口径为1220mm,长为长为4412km,经经波兰至东德。两条管线的输量约为波兰至东德。两条管线的输量约为1亿吨亿吨/年。年。 1977年，美国建成了世界上第一条伸入北极的横贯阿拉斯加管道年，美国建成了世界上第一条伸入北极的横贯阿拉斯加管道,口径为口径为1220mm，全长为，全长为1287km，其中，其中900km管道采用架空保温铺设。年输量约为管道采用架空保温铺设。年输量约为1.2亿亿m3，不设加热站，流速达，不设加热站，流速达3m/s，靠摩擦热保持油温不低于，靠摩擦热保持油温不低于60，投资，投资77亿美元。亿美元。 第3页/共95页

5、第三页，共95页。1988年，美国建成了从西部圣巴巴拉至休斯顿的原油年，美国建成了从西部圣巴巴拉至休斯顿的原油(yunyu)管道，管径管道，管径762mm,总长总长2731km，年输油能力约为，年输油能力约为1600万吨。万吨。同时同时(tngsh)，成品油管道也获得了迅速发展。典型的是美国的科罗尼尔成品油管道系统。干线口径为，成品油管道也获得了迅速发展。典型的是美国的科罗尼尔成品油管道系统。干线口径为750、800、900、1000mm,总长为总长为8413km,输油能力为输油能力为1.4亿吨亿吨/年。年。 第4页/共95页第四页，共95页。2、长输管道、长输管道(gundo)的发展趋势的发

6、展趋势 (1) 高压力、大口径高压力、大口径(kujng)的大型输油管道的大型输油管道 (2) 采用高强度、高韧性、可焊性良好采用高强度、高韧性、可焊性良好(lingho)的管材的管材 (4) 采用先进的输油工艺和技术采用先进的输油工艺和技术 (3) 采用新型、高效、露天设备采用新型、高效、露天设备 a. 设计方面，采用航空选线设计方面，采用航空选线. b.采用密闭输送工艺流程，减少油气损耗和采用密闭输送工艺流程，减少油气损耗和 压压 能损耗。能损耗。 c.采用计算机自控、遥控技术。采用计算机自控、遥控技术。 d.用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。 第

7、5页/共95页第五页，共95页。 3、管道、管道(gundo)运输的特点运输的特点 运量大，基建运量大，基建(jjin)费用低（与铁路相比）费用低（与铁路相比） 。 管输适于大量、单向、定点管输适于大量、单向、定点(dn din)的运输，不如铁路的运输，不如铁路、公路运输灵活。、公路运输灵活。 占地少，受地形限制少。占地少，受地形限制少。 运价低，耗能少。运价低，耗能少。 便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。 受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境 的污染小。的污染小。输油管道概况输油管道概况一条一条72

8、0管线的输量约等于一条单线铁路的运量，但造价不如铁路的管线的输量约等于一条单线铁路的运量，但造价不如铁路的1/2。管线埋于地下，基本不受恶劣气候的影响，油气污染和噪声污染都比铁路小得多。管线埋于地下，基本不受恶劣气候的影响，油气污染和噪声污染都比铁路小得多。原苏联管线运价约为铁路的原苏联管线运价约为铁路的1/2，美国约为铁路的，美国约为铁路的1/7-1/10 ，我国目前基本与铁路持平，我国目前基本与铁路持平。管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路的坡度一般不能超过管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路的坡度一般不能超过30度，而管线不受坡度的限制，有利于翻山越岭，取捷径，起终点相同的两地间，管线的长度一般

9、要比铁路短度，而管线不受坡度的限制，有利于翻山越岭，取捷径，起终点相同的两地间，管线的长度一般要比铁路短30%。第6页/共95页第六页，共95页。4、我国输油管道概况、我国输油管道概况(gikung) 1958年以前，我国输油管道还是一个空白。年以前，我国输油管道还是一个空白。1958年，我国修建了第一条长输管道：克拉玛依年，我国修建了第一条长输管道：克拉玛依独山子原油管道。随着我国石油工业的发展，独山子原油管道。随着我国石油工业的发展，20世纪世纪70年代开始兴建大型输油管道，我国管道工业进入第一个发展高潮年代开始兴建大型输油管道，我国管道工业进入第一个发展高潮(gocho),建设的管道主要

10、是原油管道。到目前为止建设的管道主要是原油管道。到目前为止,我国铺设的百公里以上的原油长输管道我国铺设的百公里以上的原油长输管道40余条余条,管径为管径为159720,形成了具有一定规模的原油管网形成了具有一定规模的原油管网(见全国油气管线分布图见全国油气管线分布图)。第7页/共95页第七页，共95页。我国管道工业继第一个发展高潮之后，于我国管道工业继第一个发展高潮之后，于20世纪世纪90年代中期逐渐进入第二个发展高潮，而且目前已经处在发展高潮之中。此次发展高潮以天然气管道和成品油管道建设为主。近几年来，我国已经建成的或正在兴建年代中期逐渐进入第二个发展高潮，而且目前已经处在发展高潮之中。此次

11、发展高潮以天然气管道和成品油管道建设为主。近几年来，我国已经建成的或正在兴建(xngjin)中的管道有，西气东输管道、涩北西宁兰州天然气管道、兰州成都重庆成品油管道、茂名至昆明成品油管道、忠县至武汉天然气管道、宁波上海中的管道有，西气东输管道、涩北西宁兰州天然气管道、兰州成都重庆成品油管道、茂名至昆明成品油管道、忠县至武汉天然气管道、宁波上海南京进口原油管道、环珠江三角洲液化天然气管道、镇海至萧山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然气管道等。正准备兴建南京进口原油管道、环珠江三角洲液化天然气管道、镇海至萧山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然气管道等。正准备兴建(xngjin)的管道还有中俄天

12、然气管道、中俄原油管道，远景规划可能还有吐库曼斯坦至中国的天然气管道、西西伯利亚至中国天然气管道，以及苏里格气田的外输管道等。的管道还有中俄天然气管道、中俄原油管道，远景规划可能还有吐库曼斯坦至中国的天然气管道、西西伯利亚至中国天然气管道，以及苏里格气田的外输管道等。第8页/共95页第八页，共95页。返回返回(fnhu)阿尔善阿尔善-赛汉塔赛汉塔拉原油拉原油(yunyu)管道管道在东北和华北地区，先后建成了庆铁线、铁在东北和华北地区，先后建成了庆铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、抚鞍线和大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了规模较大的东北管网，担负任京线，形成了规模较大的东北

13、管网，担负了大庆油田了大庆油田(d qn yu tin)、辽河油田、辽河油田、华北油田的原油外输任务。华北油田的原油外输任务。在华东华北地区，先后建成了鲁宁线、濮临线、沧临线在华东华北地区，先后建成了鲁宁线、濮临线、沧临线、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、东辛线、临济、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、东辛线、临济线，形成了规模较大的华东原油管网，担负了胜利油田线，形成了规模较大的华东原油管网，担负了胜利油田、中原油田的原油外输任务。另外，已经停止运行的任、中原油田的原油外输任务。另外，已经停止运行的任沧线实际上已将东北和华东两大管网连为一体。沧线实际上已将东北和华东两大管网连为一体。在华中

14、地区，魏荆线担负了河南油田的原油外在华中地区，魏荆线担负了河南油田的原油外输任务。在华南地区，湛茂线担负了茂名石化输任务。在华南地区，湛茂线担负了茂名石化的供油任务。在内蒙境内阿赛线担负了二连油的供油任务。在内蒙境内阿赛线担负了二连油田的原油外输任务。田的原油外输任务。在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原油外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原油外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库鄯线担

15、负了塔里木油田的原油外输任务。四川油田管网四川油田管网马惠宁线马惠宁线花格线花格线魏荆线魏荆线第9页/共95页第九页，共95页。二、二、 输油泵站的工作输油泵站的工作(gngzu)(gngzu)特性特性 1、长输管道、长输管道(gundo)的泵机组类型的泵机组类型 输油泵站的作用输油泵站的作用(zuyng):由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。 不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。第10页

16、/共95页第十页，共95页。 长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他(qt)类型的泵。类型的泵。 离心泵的型式离心泵的型式(xn sh)有两种：有两种： 多级（高压）泵多级（高压）泵:排量较小排量较小,又称为又称为(chn wi)并联泵；并联泵； 单级（低压）泵单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。排量大，扬程低，又称为串联泵。 (1) 长输管道用泵长输管道用泵 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。一般来说，输油泵站上均采用单一的并

17、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。我国试制的串联泵具有排量大、扬程低、效率高的特点。我国试制的KS型串联泵比并联泵效率高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。左右。第11页/共95页第十一页，共95页。 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。如果长距离输油管道是耗能大户

18、，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(rgu)将我国目前输油管道的输油主泵效率由将我国目前输油管道的输油主泵效率由70%左右提高左右提高85%左右，输油电耗将减少左右，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。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。第12页/共95页第十二页，共95页。(2) 原动机原动机 电动机电动机 柴油机柴油机 燃气轮机燃气轮

19、机(rnqlnj) 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(gundo)自控及调节方式等因素决定。分为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的原动机。其缺点是的地区一般均采用电动机作为的原动机。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

20、用电动机要进行经济比较。如不到的地区，是否采用电动机要进行经济比较。如果果(rgu)需要架设长距离输电线路，采用电动机需要架设长距离输电线路，采用电动机是不合适的。是不合适的。与电动机相比，柴油机有许多不足之处：体积与电动机相比，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。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燃

21、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大型油气管线，采用燃气轮机可能是比较好地选择。如前面提到的横贯阿拉斯加管线采地选择。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。用的就是改型后的航空燃气轮机。第13页/共95页第十三页，共95页。2、离心泵

22、的工作、离心泵的工作(gngzu)特性特性 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，扬程(yngchng)是流量的单值函数，一般可用二次抛物线方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。表示。 对于长输管道，常采用对于长输管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中的形式，其中(qzhng)a、b为常数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；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为单泵排量。

23、采用上式描述泵特性，与实测值的最大偏差 2%。第14页/共95页第十四页，共95页。3、改变泵特性、改变泵特性(txng)的的方法方法 改变泵特性改变泵特性(txng)的方法主要有：的方法主要有： (1) 切削切削(qixio)叶轮叶轮 mmqDDbDDaH 2020a,b与叶轮直径与叶轮直径D0 对应的泵特性方程中对应的泵特性方程中的两个常系数的两个常系数mm,0变化前后的叶轮直径变化前后的叶轮直径、式中：式中：DD第15页/共95页第十五页，共95页。(2) 改变改变(gibin)泵的转速泵的转速 mmqnnbnnaH 2020n调速后泵的转速调速后泵的转速(zhun s)，r/min n

24、0调速前泵的转速调速前泵的转速(zhun s)，r/mina,b与转速与转速n0 对应的泵特性方程中的两个常系对应的泵特性方程中的两个常系数数式中：式中：第16页/共95页第十六页，共95页。4、输油泵站的工作、输油泵站的工作(gngzu)特性特性 输油泵站的工作输油泵站的工作(gngzu)特性可用特性可用H=f(Q)表示表示 输油泵的基本输油泵的基本(jbn)组合方式一般有两种：串联和并联组合方式一般有两种：串联和并联 (1) 并联泵站的工作特性并联泵站的工作特性QHc q2 q1第17页/共95页第十七页，共95页。并联并联(bnglin)泵站的特点泵站的特点 ：泵站的流量等于正在泵站的流

25、量等于正在(zhngzi)运行的输油泵的流量之和，每台泵的扬程均等于泵站的扬程。即：运行的输油泵的流量之和，每台泵的扬程均等于泵站的扬程。即： mmcbqaBQAH 22 qQ第18页/共95页第十八页，共95页。设有设有n1台型号台型号(xngho)相同的泵并联，即相同的泵并联，即 1/nQq mmmcQnbanQbaH 22121 A=a bnBm 211注意注意(zh y) ：泵并联运行泵并联运行(ynxng)时，在改变运行时，在改变运行(ynxng)的泵机组数时，要防止电机过载。的泵机组数时，要防止电机过载。则：则：第19页/共95页第十九页，共95页。例如两台泵并联例如两台泵并联(b

26、nglin)时，若一台时，若一台泵停运，由特性曲线知，单泵的排量泵停运，由特性曲线知，单泵的排量qQ/2，排量增加，功率上升，电机有，排量增加，功率上升，电机有可能过载。可能过载。H管路管路单泵单泵并联并联QqQ/2第20页/共95页第二十页，共95页。(2) 串联串联(chunlin)泵站的泵站的工作特性工作特性 Q Hc q2,H2 q1,H1第21页/共95页第二十一页，共95页。 各泵流量各泵流量(liling)相等，相等，q=Q icHH设有设有n2台型号台型号(xngho)相同的泵串联，则：相同的泵串联，则： mcbQnanHnH 2222bnBanA22 ， 泵站扬程泵站扬程(y

27、ngchng)等于各泵扬程等于各泵扬程(yngchng)之和：之和：特点：特点：第22页/共95页第二十二页，共95页。(3) 串、并联泵机组串、并联泵机组(jz)数的确定数的确定 选择选择(xunz)泵机组数的原则主要有四条：泵机组数的原则主要有四条： 满足满足(mnz)输量要求；输量要求；充分利用管路的承压能力；充分利用管路的承压能力；泵在高效区工作；泵在高效区工作；泵的台数符合规范要求（不超过四台）。泵的台数符合规范要求（不超过四台）。第23页/共95页第二十三页，共95页。 并联泵机组并联泵机组(jz)数的确数的确定定qQn 其中其中(qzhng) :Q为任务为任务(rn wu)输量，

28、输量， q为单泵的额定排量为单泵的额定排量 显然显然 不一定是整数不一定是整数 ，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。 n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。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）则要根据管路的允许工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。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）则要根据管路的允许工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。 第24页

29、/共95页第二十四页，共95页。串联串联(chunlin)泵泵 HHn 其中：其中：H 为管路的许用强度为管路的许用强度(qingd)（允许承压能力）（允许承压能力） H 为单泵的额定扬程。为单泵的额定扬程。 一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力(yl)可能超过管子的许用强度，是很危险的。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任务输量确定。可能超过管子的许用强度，是很危险的。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任务输量确定。第25页/共95页第二十五页，

30、共95页。(4) 串、并联组合串、并联组合(zh)形式的确定形式的确定 从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地区和从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地区和下坡段，这种情况下坡段，这种情况(qngkung)下管路特性较陡，所以也可下管路特性较陡，所以也可以说串联泵更适合于管路特性较陡的情况以说串联泵更适合于管路特性较陡的情况(qngkung)。这。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。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一般(ybn)只有只有70%左右，而串

31、联泵的效率可达左右，而串联泵的效率可达90%。串联泵。串联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积大，故泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积大，故泵损失小，效率高。损失小，效率高。第26页/共95页第二十六页，共95页。 Q1 Q2ABC h1h2并联并联串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ平坦平坦(pngtn)地区或下坡段串联泵与并联泵的比较地区或下坡段串联泵与并联泵的比较第27页/共95页第二十七页，共95页。 如图所示，正常运行时，串、并联如图所示，正常运行时，串、并联(bnglin)泵均需两台泵工作，工作点为泵均需两台泵工作，工作点为A ，流量为，流量为Q1

32、。当需将输量降为。当需将输量降为Q2=1/2Q1时，串、并联时，串、并联(bnglin)泵均只开一台泵即可。工作点分别为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。串联泵的节流损失为 ，并联，并联(bnglin)泵的节流损失为泵的节流损失为 ，显然，显然 ，因此采用串联泵较经济，可适应输量的较大变化。，因此采用串联泵较经济，可适应输量的较大变化。1h 2h 12hh 第28页/共95页第二十八页，共95页。 并联泵更适合于地形比较陡、高差比较大的爬坡地区，此时站间管道较短，管路特性较平，泵所提供并联泵更适合于地形比较陡、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

33、提供(tgng)的能量主要用于克服很大的位差静压头。的能量主要用于克服很大的位差静压头。 第29页/共95页第二十九页，共95页。 Q2 Q1ABC h1 h2并联并联串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ上坡段串联上坡段串联(chunlin)泵与并联泵的比较泵与并联泵的比较第30页/共95页第三十页，共95页。如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为Q1，当输量需降为，当输量需降为Q2=1/2Q1时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为 ，而串联泵仍需开两台泵，节流损失为，而串联泵仍需开两台泵，节流损失为 ，显然，显然

34、 。因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能适应。因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能适应(shyng)流量的较大变化。流量的较大变化。1h 2h 12hh 第31页/共95页第三十一页，共95页。 串联泵便于实现自动控制串联泵便于实现自动控制(z dn kn zh)和优化运行。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，东部管线改造目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而我国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

35、送。因此，东部管线改造(gizo)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。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。 A、不存在超载问题、不存在超载问题B、调节方便、调节方便C、流程、流程(lichng)简单简单D、调节方案多、调节方案多第32页/共95页第三十二页，共95页。1、管路、管路(un l)的压降计算的压降计算根据流体力学理论根据流体力学理论(lln)，输油管道的总压降可表示为：，输油管道的总压降可表示为： QjLzzhhH 其中：其中：hL为沿程摩阻为沿程摩阻 h为局部为局部(jb)摩阻摩阻 (zj-zQ) 为

36、计算高程差为计算高程差 三、输油管道的压能损失三、输油管道的压能损失第33页/共95页第三十三页，共95页。2、水力摩阻系数、水力摩阻系数(xsh)的计算的计算 计算长输管道计算长输管道(gundo)的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 。达西公式达西公式(gngsh) ：gVDLhL22 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都是已知的，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 。 第34页/共95页第三十四页，共95页。根据流体力学根据流体力学(l

37、i t l xu)理论理论 Def，Re 其中其中(qzhng)：e为管壁的绝对粗糙度，为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径。为管道内径。 是是Re和和e/D 的二元函数的二元函数(hnsh)，具体的函，具体的函 数关系视流态而定。数关系视流态而定。在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区，因该区的流态不稳定。实在无法避开时，该区的在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区，因该区的流态不稳定。实在无法避开时，该区的按紊流光滑区计算。按紊流光滑区计算。 流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。第35页/共95页第三十五页，共95页。

38、(1) 流态划分流态划分(hu fn)和输油管道的常见流态和输油管道的常见流态 层流：层流：Re2000 过渡流：过渡流：2000Re3000 紊流光滑区：紊流光滑区：3000Re Re1 （简称光滑区）（简称光滑区） 紊流混合摩擦紊流混合摩擦(mc)区：区：Re1Re Re2 （简称粗糙区）（简称粗糙区）我国输油管道工程设计规范规定的流态划分我国输油管道工程设计规范规定的流态划分(hu fn)标准是：标准是：第36页/共95页第三十六页，共95页。其中其中(qzhng)：输油管道中所遇到输油管道中所遇到(y do)的流态一般为：的流态一般为： 热含蜡原油管道：水力光滑区热含蜡原油管道：水力光

39、滑区 小口径轻质成品油管道：混合摩擦小口径轻质成品油管道：混合摩擦(mc)区区 高粘原油和燃料油管道：层流区高粘原油和燃料油管道：层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区。长输管道一般很少工作在粗糙区。7817 .59Re lg765665Re2 De2 第37页/共95页第三十七页，共95页。(2) 管壁管壁(un b)粗糙度的确定粗糙度的确定 管壁管壁(un b)粗糙度粗糙度 ：相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径(ni jn)的比值的比值(e/D或或2e/D)。 绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。紊流各区分界雷诺数紊流

40、各区分界雷诺数Re1、Re2及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关。我国及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关。我国输油管道工程设计规范输油管道工程设计规范中规定的各种管子的绝对粗糙度如下：中规定的各种管子的绝对粗糙度如下： 无缝钢管：无缝钢管：0.06mm直缝钢管：直缝钢管：0.054mm 螺旋焊缝钢管：螺旋焊缝钢管：DN=250350时取时取0.125mm DN400时取时取0.1mm第38页/共95页第三十八页，共95页。(4) 水力水力(shul)摩阻系数的计算摩阻系数的计算 我国常用的各区水力我国常用的各区水力(shul)摩阻系数的计算公式见下表。摩阻系数的计算公式见下表。 流态流态 划分范围划

41、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=7/87 .597/85 .59 lg765665 51.2Relg21 25. 0Re3164. 0 时时当当510Re 11. 14 . 7Re8 . 6lg8 . 11 lg274. 11 第39页/共95页第三十九页，共95页。3、流量压降综合、流量压降综合(zngh)计算公式计算公式列宾宗公列宾宗公式式 (1) 列宾宗公式列宾宗公式(gngsh) LDQvhmmmL 52 mARe DQ4Re 24DQV 代入达西公式代入达西公式、和和把把令令

42、gAmm 248 LDQgAhmmmmmL 52248 整理得整理得即得到即得到(d do)列宾宗公式：列宾宗公式：第40页/共95页第四十页，共95页。 627. 0lg127. 010 de 流态流态Am 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 0.0802A粗糙区粗糙区00.0826不同不同(b tn)流态下的流态下的A、m、值值第41页/共95页第四十一页，共95页。4、管路、管路(un l)的的水力坡降水力坡降 定义：管道单位定义：管道单位(dnwi)长度上的摩阻损失称为水力坡降。用长度上的摩阻损

43、失称为水力坡降。用 i 表示：表示： mmmDQi 52 gVDi212 或或单位单位(dnwi)输量的水力坡降输量的水力坡降:水力坡降与管道长度无关，只随流量、粘度、管径和流态不同而不同。水力坡降与管道长度无关，只随流量、粘度、管径和流态不同而不同。mmDvf 5 mfQi 2Q=1时的水力坡降，即单位流量下，单位管道长度上的摩时的水力坡降，即单位流量下，单位管道长度上的摩阻损失，用阻损失，用f表示表示第42页/共95页第四十二页，共95页。5、管路、管路(un l)工作特性工作特性 定义定义(dngy)： 已定管路（已定管路（D , L , Z 一定）输送某种已定粘度油品时，管路所需压头（

44、即压头损失）和流量的关系一定）输送某种已定粘度油品时，管路所需压头（即压头损失）和流量的关系(gun x)（H-Q关系关系(gun x)）称为管路工作特性。）称为管路工作特性。ZhDLQHmmm 52/ZhfLQm 2第43页/共95页第四十三页，共95页。ZHQ层流区层流区过渡区过渡区紊流区紊流区QLJ输油管道的工作特性曲线输油管道的工作特性曲线第44页/共95页第四十四页，共95页。6、离心泵与管路、离心泵与管路(un l)的联合工的联合工作作 泵站与管路泵站与管路(un l)的工作点的方法有两种，即图解法和解析法。的工作点的方法有两种，即图解法和解析法。 AHHAQAQ管路特性曲线管路特

45、性曲线泵站特性曲线泵站特性曲线图解法：图解法：下面重点讨论下面重点讨论(toln)解析法。解析法。第45页/共95页第四十五页，共95页。(1) (1) 一个一个(y )(y )泵站的管道泵站的管道 1122)(121ZZhhHHLccs 由断面由断面(dun min)1-1(dun min)1-1到到2-22-2列能量方程有：列能量方程有：式中：式中：HS1泵的吸入压力为常数泵的吸入压力为常数(chngsh)。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 第46页/共95页第四十六页，共95页。即：即： ZfLQhBQAHmc

46、ms 221mcsfLBhZAHQ 21mcBQAH 2第47页/共95页第四十七页，共95页。(2) 多泵站与管路的联合多泵站与管路的联合(linh)工作工作 旁接油罐输油方式旁接油罐输油方式(fngsh)（也叫开式流程）（也叫开式流程） Q1 Q2优点优点(yudin)安全可靠，水击危害小，对自动化水平要求不高。安全可靠，水击危害小，对自动化水平要求不高。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 第48页/共95页第四十八页，共95页。工作工作(gngzu)特特点

47、点每个泵站与其相应的站间管路各自每个泵站与其相应的站间管路各自(gz)构成独立的水力系统构成独立的水力系统 上下站输量可以上下站输量可以(ky)不等（由旁接罐调节）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 mjjjcjsjjfLBZhAHQ 2Lj、Zj第第 j 站至第站至第 j 1 站间的计算长度和计算高差站间的计算长度和计算高差Aj、Bj第第 j 站的站特性方程的系数站的站特性方程的系数式中：式中：第49页/共95页第四十九页，共95页。 密闭密闭(mb)输油方式（也叫泵到泵流程）输

48、油方式（也叫泵到泵流程） QQ优点优点(yudin) 全线密闭，中间全线密闭，中间(zhngjin)站不存在蒸发站不存在蒸发损耗；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。第50页/共95页第五十页，共95页。工作工作(gngzu)特点特点 全线全线(qun xin)为一个统一的水力系统，全线为一个统一的水力系统，全线(qun xin)各站流量相同；各站流量相同； 输量由全线所有泵站和全线管路输

49、量由全线所有泵站和全线管路(un l)总特性决定；总特性决定； 设全线有设全线有n个泵站，各站特性相同，则输量为：个泵站，各站特性相同，则输量为：mJcsfLnBnhZHnAQ 21式中：式中： LJ为管道计算长度为管道计算长度 Z为管道计算高程差为管道计算高程差 第51页/共95页第五十一页，共95页。当各站特性当各站特性(txng)不同时，输量计算公式为：不同时，输量计算公式为：mJnjjcsnjjfLBnhZHAQ 2111Aj、Bj为第为第j座泵站特性方程中的两个座泵站特性方程中的两个(lin )系数。系数。第52页/共95页第五十二页，共95页。各站进、出站压力各站进、出站压力(yl

50、)相互影响相互影响 首站：首站： constHs 1ccsdhHHH 111第二站：由站间能量第二站：由站间能量(nngling)平衡方程平衡方程 :12121dsmHHZQfL 12112ZQfLHHmds ccsdhHHH 222第53页/共95页第五十三页，共95页。第第 j 站：站： jmjsjdjZQfLHH 21ccjdjsjhHHH 式中：式中： Lj-1为第为第 j -1 站到第站到第 j 站的管道站的管道(gundo)长度，长度， Zj-1为第为第 j 站与第站与第 j -1站的高程站的高程(gochng)差差 1211 jmjdjsjZQfLHH第54页/共95页第五十四页

51、，共95页。 7、翻越、翻越(fnyu)点和计算长点和计算长度度 HHfFLf第55页/共95页第五十五页，共95页。(1) 翻越翻越(fnyu)点的点的定义定义 如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压头比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高点所需的压头最大，那么此高点就称为如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压头比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高点所需的压头最大，那么此高点就称为(chn wi)翻越点。翻越点。 根据根据(gnj)该定义有：该定义有：QzQFFfZZiLZZiLHH 0)()( FzFLLiZZ上式表明，输量为上式表明，输量为 Q 的液体从翻越

52、点自流到终点还有能量富裕的液体从翻越点自流到终点还有能量富裕。第56页/共95页第五十六页，共95页。由此可给出翻越由此可给出翻越(fnyu)点的另一个定义：点的另一个定义：如果一定如果一定(ydng)输量的液体从某高点自流到终点还输量的液体从某高点自流到终点还有能量富裕，且在所有的高点中该高点的富裕能量有能量富裕，且在所有的高点中该高点的富裕能量最大，则该高点叫做翻越点。最大，则该高点叫做翻越点。(2) 翻越翻越(fnyu)点的点的确定确定 翻越点的确定可用图解法和解析法。翻越点的确定可用图解法和解析法。 图解法图解法 在管道纵断面图右上角作水力坡降线的直角三角形，将水力坡降线向下平移，如果

53、水力坡降线与终点相交之前首先与某高点在管道纵断面图右上角作水力坡降线的直角三角形，将水力坡降线向下平移，如果水力坡降线与终点相交之前首先与某高点F相切，则相切，则F点即为翻越点。点即为翻越点。 第57页/共95页第五十七页，共95页。 FLf i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(suy)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。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。第58页/共95页第五十八页，共95页。 解解 析析 法法 在线路上选若干个高点进行在线路上选若干个高点进行(jnxng

54、)计算，一般选最高点及最高点之计算，一般选最高点及最高点之后的高点进行后的高点进行(jnxng)计算。计算方法有两种：计算。计算方法有两种：A、计算从起点到高点、计算从起点到高点 j 所需的总压头所需的总压头Hj , 并与从起点到并与从起点到终点所需的总压头终点所需的总压头H比较比较(bjio)，如果有若干个高点，如果有若干个高点的的Hj 都大于都大于H，则，则Hj 最大者为翻越点。若所有的最大者为翻越点。若所有的Hj 都小于都小于H，则不存在翻越点。，则不存在翻越点。QjjjZZiLH QzZZiLH 式中：式中：Lj、Zj 分别为高点分别为高点 j 的里程的里程(lchng)和高程。和高程

55、。 第59页/共95页第五十九页，共95页。B、计算、计算(j sun) )()(jZjjLLiZZH 如果有若干个点的如果有若干个点的 Hj 均大于零，则其中最大者为翻越点。若所有均大于零，则其中最大者为翻越点。若所有(suyu)点的点的 Hj 均小于零，则不存在翻越点。均小于零，则不存在翻越点。管线设计和运行时，无论是旁接油罐流程还是密闭流程，翻越点均只有一个管线设计和运行时，无论是旁接油罐流程还是密闭流程，翻越点均只有一个(y )，且确定方法相同。但翻越点会随水力坡降的变化而变化。，且确定方法相同。但翻越点会随水力坡降的变化而变化。第60页/共95页第六十页，共95页。(3) 翻越翻越(

56、fnyu)点后的流动状态点后的流动状态 管道上存在翻越点时，翻越点后的管内液流将有剩余能量。如果不采用措施利用和消耗这部分能量，翻越点后管内将出现不满流。不满流的存在将使管道出现两相流动，而且当流速突然变化时会增大水击压力。对于管道上存在翻越点时，翻越点后的管内液流将有剩余能量。如果不采用措施利用和消耗这部分能量，翻越点后管内将出现不满流。不满流的存在将使管道出现两相流动，而且当流速突然变化时会增大水击压力。对于(duy)顺序输送的管道还会增大混油。顺序输送的管道还会增大混油。措施措施(cush) ：1.在翻越点后采用小管径：使流速增大，这可在翻越点后采用小管径：使流速增大，这可能会产生静电危

57、害，且对清管不利。能会产生静电危害，且对清管不利。 2.在中途或终点设减压站节流在中途或终点设减压站节流。第61页/共95页第六十一页，共95页。(4) 计算长度计算长度 管道起点与翻越管道起点与翻越(fnyu)点之间的距离称为管道的计算长度点之间的距离称为管道的计算长度 管道上存在翻越点时，管线所需的总压头不能按线路管道上存在翻越点时，管线所需的总压头不能按线路(xinl)起、终点计算，而应按起点与翻越点计算。起、终点计算，而应按起点与翻越点计算。 不存在翻越点时，管线不存在翻越点时，管线(gunxin)计算长度等于管线计算长度等于管线(gunxin)全长。全长。 )(QZZZiLH 存在翻

58、越点时，计算长度为起点到翻越点的距离，计算高差为存在翻越点时，计算长度为起点到翻越点的距离，计算高差为翻越点高程与起点高程之差翻越点高程与起点高程之差 )(QfffZZiLHH 第62页/共95页第六十二页，共95页。已知：全线为水力光滑区，油品计算粘度已知：全线为水力光滑区，油品计算粘度=4.210-6m2/s，首站泵站特性方程：首站泵站特性方程：H370.5-3055Q1.75中间中间(zhngjin)站泵站特性方程：站泵站特性方程：H516.7-4250Q1.75 （Q：m3/s）首站进站压力：首站进站压力：s120米油柱，站内局部阻力忽略不计。米油柱，站内局部阻力忽略不计。 测点测点

59、12345里程里程(km) 026556476.4高程高程(m) 0839412264.2第63页/共95页第六十三页，共95页。单位输量的水力坡降：单位输量的水力坡降： 2858. 0311. 0102 . 40246. 075. 425. 06 f按里程按里程(lchng)64km处计算输量：处计算输量： /hm6 .491/sm1365.01000642858.042503055)0122(207 .5165 .3703375.11 Q第64页/共95页第六十四页，共95页。按终点按终点(zhngdin)计算输量：计算输量：/hm4 .475/sm1321. 010004 .762858

60、. 042503055)02 .64(207 .5165 .3703375. 12 Q12QQ ，故，故64km处不是翻越点，管道输量为处不是翻越点，管道输量为475.4m3/h。 方法二：先按终点计算输量，然后方法二：先按终点计算输量，然后(rnhu)计算该输量下的水力计算该输量下的水力坡降，然后坡降，然后(rnhu)分别计算该输量下从起点到分别计算该输量下从起点到64km处和到处和到终点的总压降，判断翻越点，然后终点的总压降，判断翻越点，然后(rnhu)计算管道所达到计算管道所达到的输量。的输量。 第65页/共95页第六十五页，共95页。单位输量的水力坡降：单位输量的水力坡降： 2858.