输油管道设计与管理(2010级第4次课)-3学时.ppt

1、第二章 等温输油管道的工艺计算,上次课总结复习 泵站的特性方程 输油管道的压能损失 水力坡降和水力坡降线 副管的水力坡降 变径管的水力坡降,第二章 等温输油管道的工艺计算,（3）水力坡降线 (P46) 在纵断面图上，管道的水力坡降线是管内流体的能量压头（忽略动能压头）沿管道长度的变化曲线。 等温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，水力坡降线的斜率就会改变，但仍为直线。 怎么作水力坡降线？ 副管与变径管的水力坡降线,水力坡降线的意义与作法,Hx,c,a,b,e,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3.4 泵站-管道系统的工作点 (P

2、41) （阐述泵-管道系统工作的特点） 泵站-管道系统的工作点是指在压力供需平衡条件下，管道流量与泵站进、出站压力等参数之间的关系。 在设计和生产管理工作中，常用作泵站特性曲线和管道特性（应包括剩余压力）曲线，求二者交点的方法，来确定泵站的排量和进、出站压力。,图2-10 泵站与管道的工作点,Q1,Q2,为了保证输油管道安全经济地工作，工作点必须在泵站特性曲线的最高效率区内，工作压力要在管道强度允许范围内，工作流量要满足输送任务的要求。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（1）旁接油罐输送工艺 特点： 1）各泵站的排量在短时间内可能不相等； 2）各泵站的进出口压力在短时间内相互没有直接影响。 (

3、各泵进口的压力均决定于本站旁接油罐的液面高度及油罐到泵的吸入管道的摩阻。),（a）“从罐到罐”；（b）“旁接油罐” （c）“从泵到泵”,第二章 等温输油管道的工艺计算,由于旁接油罐的存在，将长输管道分成了若干个独立的水力系统，即每一个泵站各与由其供应能量的站间管道构成一个水力系统。该泵站的工作特性曲线与这一站间管道特性曲线的交点即为这一系统的工作点。 因为全线各泵站都是为了完成同一个输油任务，且旁接油罐的容量有限，各站间的输量偏差和持续时间受到限制。因此各站的平均输量必须一致，故全线的输量就受输量最小的站间控制。 如果各站装置相同的泵机组，为了保持各站都在额定流量范围工作，各站的工作扬程也必须

4、接近。只有各站工作点基本一致，各站均衡地分担全线的能量消耗，才能充分发挥各站的效能，达到全线协调经济地工作。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（2）泵到泵输送工艺 “从泵到泵”方式输油时，上站来的输油干管直接与下站泵机组的吸入管相连，类似一个泵站上的多台泵串联，整个管道形成一个密闭的连续的水力系统。 特点： 1）各站的输油量必然相等； 2）各站的进出口压力相互直接影响。 泵到泵输送工艺全线组成一个统一的水力系统，每个泵站的工况（排量与压力）决定于全线总的能量供应与能量消耗。,泵到泵密闭输送工作点,H,H,Q,Q,CZ,GZ,第二章 等温输油管道的工艺计算,（3）两种输送工艺的比较 “旁接油罐”

5、流程 优点：便于手动调节，对自动化要求不高。 缺点：增加了投资，有油品的损耗，罐内油品占用流动资金，各站相对独立，不便于实现全线自动化和统一管理。 “从泵到泵”流程 优点：有利于全线实现统一管理。 缺点：需要对管道系统采取相应可靠的控制和保护措施，对自动化程度要求高。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（4）管道系统工作点的公式法求解（泵到泵） 根据压头供需平衡的原则，特性方程求解工作点。对于由N座特性相同的泵站组成的等直径输油管道，全线的压头供需平衡式为 由此求出工作点流量，并根据压力供需平衡确定各站的进出站压头,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3.5 翻越点及计算长度 (P47),图2-

6、15 翻越点与计算长度,第二章 等温输油管道的工艺计算,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Hf。液流不仅可从高峰自流到终点，而且还有剩余能量。 如不采取其它措施以利用或消耗这部分剩余能量，则在高峰以后的管段内将发生不满流。线路上的这种高峰就称为翻越点。,第二章 等温输油管道的工艺计算,图2-16 翻越点后的流动状态,计算长度 若线路上存在翻越点时，管道输送所需要的起点压力不能按起终点高程差及全长来计算，而应按起点与翻越点的高程差及距离来计算。对翻越点以后，可按充分利用位差的原则来选择管径。起点与翻越点之间的距离即称为管道的计算长度。,第二章 等温输油管道的工艺计算,翻越点

7、的判断 在纵断面图上作水力坡降线来判断和确定翻越点。 翻越点不一定是管道沿线的最高点，往往是接近末端的某高点。 有无翻越点，不仅与地形起伏的情况有关，还决定于水力坡降的大小。水力坡降愈小，愈易出现翻越点。因此，在管道输量逐年增大的情况下，常可能在输送初期有翻越点，而在输量接近满载时，就没有翻越点了。,图2-15 翻越点与计算长度,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.4 泵站的布置 2.4.1泵站数的确定 理论泵站数N 根据任务流量，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Hc。 管路全线消耗的压力能为 N个泵站提供的总扬程与总能量消耗相等，有 得到理论泵站数：,第二章 等温输油管道

8、的工艺计算,泵站数的化整 向小方向化整： N1N 副管 变径管,向大方向化整 N2N 变径管长度,第二章 等温输油管道的工艺计算,泵站数化整图解,NHC,N2H/C,N1H/C,CN,CN1,CN2,GN2,GN1,GN,Q2,Q1,Q,第二章 等温输油管道的工艺计算,注意事项 1）对“旁接油罐”流程泵站数的确定与“泵到泵”流程方法一样，但全线工作输量将受到输量最小站的控制； 2）泵站数化整时流量的改变会造成原动机功率的变化。流量减少功率减小，流量增大，功率增大，需要校核； 3）粘度变化会引起泵站数的计算结果发生变化； 4）输送温度的变化会引起泵站数计算结果的变化。,第二章 等温输油管道的工艺

9、计算,2.4.2泵站的布置 站址的确定一方面要满足水力条件的要求，另一方面又必须考虑工程实践上的许多要求。 设计时一般都是先根据水力条件在纵断面图上布置泵站，然后到现场勘察，与各有关方面协商，根据实际情况确定站址。最后再进行水力核算，作适当调整。 泵站布置就是在纵断面图上根据水力条件初定站址。,第二章 等温输油管道的工艺计算,（1）布置泵站的基本方法 1）按选定的比例作管道的纵断面图； 2）求工作点流量和各泵站扬程； 3）根据“工作点”流量计算水力坡降； 4）在起点作垂线AO，AO=Hd1； 5）从O点作水力坡降线，其与纵断面图的交点为B；,6）对“旁接油罐”方式，在B点设置第二站，其它各站依

10、次类推； 7）对“泵到泵”方式，要求离心泵进口有一定压力，按照最高和最低压力要求确定第二站的可能布置区并布站。其他各站依次类推。,布置泵站,O,B,O/,O/,C /,C,D,E,第二章 等温输油管道的工艺计算,（2）敷设副管的输油管道泵站布置,敷设副管（或变径管）的目的，在于泵站数化小后，仍然保证按任务流量输油，因此就要按照任务流量来确定Hc和i。计算i和从泵站特性曲线上确定Hc时，同样要考虑干线的局部摩阻和泵站的站内摩阻。 站间铺设副管后，扩大了下游泵站的可能布置区。 副管敷设在进站前管道上好。,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.5 泵站及管道工作情况的校核 2.5.1进出站压力校核 在

11、密闭输送管道的设计中，泵站站址确定以后，进出站压力的校核主要考虑两种情况： （l）一年中最高和最低油温时的进出站压力。对于埋地等温输送管道，一年中最高和最低油温也就是夏、冬季时的最高和最低地温。油温高时，油流的粘度小，水力坡降线及管道特性曲线都较平缓；反之，粘度大，水力坡降线及管道特性曲线都较陡。故进出站压力会随季节而变化。 （2）几种油品顺序输送时，输送粘度最大的油品和粘度最小的油品时进出站压力的变化情况。,第二章 等温输油管道的工艺计算,校核方法： 图解法：如图所示三个泵站的输油管道，实线是管道按平均粘度确定的水力坡降线，而虚线是最大粘度时管道的水力坡降线。 解析法：,首站到c+1站管道的

12、能量平衡式 根据全线压降平衡可得（没有考虑终点剩余压头）,第二章 等温输油管道的工艺计算,首站至c1站C个站间的平均站间距； 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， 。 油品粘度的变化只引起 f 的变化，故第c1站进站压力Hs（c+1）的变化决定以下分式的变化。,第二章 等温输油管道的工艺计算,若 随着油品粘度的增加，分式之值增大，故Hs（c+1）减小； 若 随着油品粘度的增加，分母之值增大，故Hs（c+1）增加； 若 随着油品粘度的变化不影响Hs（c+1）。,第二章 等温输油管道的工艺计算,1）分析粘度变化对进出站压力的影响； 2）分析粘度变化对泵站可能布置区的影响，

13、总体上讲，粘度变化使泵站的可能布置区缩小了。,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.5.2 动、静水压头的校核 （1）动水压头的校核 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。动水压力的大小不仅取决于地形的起伏变化，而且与管道的水力坡降和泵站的运行情况有关。 校核动水压力，就是检查管道的剩余压力是否在管道操作压力的允许值范围内。即最低动水压力（一般为高点压力）应高于0.2MPa，最高动水压力应在管道强度的允许值范围内。,对于最高动水压力的校核要注意以下几点： 校核动水压力应根据管道可能承受压力的最不利条件进行。比如压力越站或者分

14、期分批建设管道的水力越站问题。设计时：应按照二期的泵站间距来校核动水压力；不同站间，承压要求不同，应分别校核；考虑高差时也应按照越站来校核。,地形起伏剧烈，落差大的地区，动水压力可能超过最大允许工作压力，需设置减压站。 当局部管道的动水压力超过管道强度的允许值时，大都采取增加壁厚，提高承压能力的方法。对于动水压力超限的管道，是采取增加壁厚，还是设减压站，需要进行技术经济比较。,第二章 等温输油管道的工艺计算,1 2 3 4 5,二期工程,一期工程,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.5.2 动、静水压头的校核 （2）静水压头的校核 静水压力指油流停止流动后，由地形高差产生的静液柱压力。翻越点后

15、的管段或线路中途高峰后的峡谷地带，停输后的静水压力有可能大于管道允许的工作压力。,管道停站后，在静水压力作用下，高点后的管内液体会继续向着终点站流动，可能造成高点后一定长度的管道压力处于液体的饱和蒸气压。这种情况，可用高点下游阀门控制停输后的管内压力，以避免发生此种现象。,（3）管道大落差段的设计 管道大落差带来的问题 下坡段低点动、静水压力超高。 管道下坡段的高处可能出现不满流，造成液柱分离，形成气体段塞（气袋），管道发生振动，离心泵发生气蚀甚至断流，损坏站内设备。 气袋降低压力波的传递速度，使水击分析和控制变得复杂，水击压力增加使气袋破灭，上下游液柱高速相遇，产生巨大的压力而使管道超限，威

16、胁管道安全。,第二章 等温输油管道的工艺计算,解决管道大落差的方法 按“等强度”原则，采用变壁厚管道设计，在低点处增加壁厚保证管道安全； 采用变径管设计，在下坡段采用较小管径，加大沿程摩阻，降低低点处的动水压力，并减少管材的用量，降低工程投资。 在地势陡峭的地区采用隧道敷设以降低下坡段的高差，同时缩短线路，降低投资及动力费用。 设置减压站，运行时减压阀节流降低动水压力，停输时关闭减压阀隔断静压。,第二章 等温输油管道的工艺计算,我国输油管道的大落差情况和解决方法 库鄯线 兰成渝成品油管道,第二章 等温输油管道的工艺计算,库鄯线减压站的设计,第二章 等温输油管道的工艺计算,第二章 等温输油管道的

17、工艺计算,库尔勒鄯善输油管道,805.3,线路全长：475km； 管径：610mm； 设计输量：500104t/a1000104t/a； 管道设计院与意大利斯南普及提公司合作设计。,第二章 等温输油管道的工艺计算,1、除了粘度变化造成输油工况变化外，还有些什么原因会导致工况变化？,2、工况的变化过程,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.6 等温输油管道运行工况分析与调节 2.6.1中间站停运工况分析,N 个泵站,第二章 等温输油管道的工艺计算,提问：流量会怎么变？,Q Q*,第二章 等温输油管道的工艺计算,（1）停运站前各站,结论： 中间站停运，停运站前各个站停运前后进出站压力均增加，离停运站越远，这种变化越小。,（2）停运站后各站 思路：由第c+1站进口至末站油罐液面的能量平衡式求得。,第二章 等温输油管道的工艺计算,结论： 中间站停运，停运站后各个站停运前后进出站压力均降低，离停运站越远，这种变化越小。,（3）总结 中间站停运，全线流量减少。停运站前各站进出口压力均增加；停运站后各站进出口压力均降低，离停运站越远，这种变化越小。,第二章 等温输油管道的工艺计算,i*,i,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.6.2漏油工况分析 流量的变化（Q