等溫輸油管道的工藝計(jì)算輸油管道工藝計(jì)算目的：2.確定管徑、選泵、確定泵機(jī)組數(shù)、確定泵站數(shù)和加熱站數(shù)及沿線站場位置的最優(yōu)組合方案，并為管道采用的控制和保護(hù)措施提供設(shè)計(jì)參數(shù)。1.妥善解決沿線管內(nèi)流體的能量消耗和能量供應(yīng)這對主要矛盾;什么是等溫輸油管道？輸送輕質(zhì)成品油或低凝點(diǎn)原油的長輸管道，沿線不需要加熱，油品從首站進(jìn)入管道，輸經(jīng)一定距離后，管內(nèi)油溫就會等于管道埋深處的地溫。所謂等溫輸油管道，即指那些在輸送過程中油溫保持不變的管道。這意味著：油溫=地溫=常數(shù)油流與管壁、管壁與環(huán)境之間沒有熱交換。輸油泵站的工作特性在工程實(shí)際中，這個條件一般是達(dá)不到的。所謂等溫，也是一種近似。這是因?yàn)椋?、來油溫度≠地溫;

2、摩擦熱加熱油流;

3、沿線地溫不等于常數(shù)。

在工程實(shí)際中，一般總把那些不建設(shè)專門的加熱設(shè)施的管道統(tǒng)稱為等溫輸油管道。它不考慮熱損失，只考慮泵所提供的能量（壓頭）與消耗在摩阻和高差上的能量（壓頭）相匹配（相平衡）。等溫輸油管道的工藝計(jì)算夏季來油溫度高于地溫，冬季來油溫度低于地溫，但經(jīng)過1-2km后，油溫基本等于地溫，與整條管線相比，該段管線很短。流速不太高時，摩擦升溫很小，且對油流的加熱是均勻的。尤其對于南北走向的管線，但我們可以將其分段，按照分段等溫來考慮。第一節(jié)輸油泵站的工作特性第二節(jié)輸油管道的壓能損失第三節(jié)等溫輸油管道的工藝計(jì)算第五節(jié)等溫輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié)等溫輸油管道的工藝計(jì)算第四節(jié)等溫輸油管道設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較第一節(jié)輸油泵站的工作特性

一、長輸管道的泵機(jī)組類型

輸油泵站的作用:由于離心泵具有排量大、揚(yáng)程高、效率高、流量調(diào)節(jié)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，在長輸管道上得到廣泛應(yīng)用。不斷向油流提供一定的壓力能，以便其能繼續(xù)流動。長距離輸油管道均采用離心泵，很少使用其他類型的泵。離心泵的型式有兩種：多級（高壓）泵:排量較小,又稱為并聯(lián)泵；單級（低壓）泵:排量大，揚(yáng)程低，又稱為串聯(lián)泵。1、長輸管道用泵串聯(lián)泵具有排量大、揚(yáng)程低、效率高的特點(diǎn)。我國20世紀(jì)80年代研制的KS型串聯(lián)泵比并聯(lián)泵效率高10%左右，而國外生產(chǎn)的串聯(lián)泵比國內(nèi)多數(shù)管道采用的并聯(lián)泵效率高出18%左右。一般來說，輸油泵站上均采用單一的并聯(lián)泵或串聯(lián)泵，很少串并聯(lián)泵混合使用，有時可能在大功率并聯(lián)泵或串聯(lián)泵前串聯(lián)低揚(yáng)程大排量的給油泵，以提高主泵的進(jìn)泵壓力。輸油泵站的工作特性長距離輸油管道是耗能大戶，而等溫輸油管道的耗能設(shè)備主要是輸油主泵，因此提高輸油主泵的效率是提高等溫輸油管道經(jīng)濟(jì)效益的主要途徑。如果將輸油管道的輸油主泵效率由70%左右提高85%左右，輸油電耗將減少17%以上。因此，在成品油管道的日常管理中，加強(qiáng)對輸油主泵的維修保養(yǎng)，使其始終處于高效狀態(tài)工作，對提高輸油管道的經(jīng)濟(jì)效益非常重要。輸油泵站的工作特性2、原動機(jī)

⑴電動機(jī)⑵柴油機(jī)⑶燃?xì)廨啓C(jī)輸油泵的原動機(jī)應(yīng)根據(jù)泵的性能參數(shù)、原動機(jī)的特點(diǎn)、能源供應(yīng)情況、管道自控及調(diào)節(jié)方式等因素決定。分為：電動機(jī)具有體積小、重量輕、噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、便于實(shí)現(xiàn)自動控制等優(yōu)點(diǎn)，對于電力供應(yīng)充足的地區(qū)一般均采用電動機(jī)作為原動機(jī)。其缺點(diǎn)是調(diào)速困難，需要專門的調(diào)速裝置。但對于電網(wǎng)覆蓋不到的地區(qū)，是否采用電動機(jī)要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。如果需要架設(shè)長距離輸電線路，采用電動機(jī)是不合適的。與電動機(jī)相比，柴油機(jī)有許多不足之處：體積大、噪音大、運(yùn)行管理不方便、易損件多、維修工作量大、需要解決燃料供應(yīng)問題。其優(yōu)點(diǎn)是可調(diào)速。對于未被電網(wǎng)覆蓋或電力供應(yīng)不足的地區(qū)，采用柴油機(jī)可能更為經(jīng)濟(jì)。燃?xì)廨啓C(jī)單位功率的重量和體積都比柴油機(jī)小得多，可以用油品和天然氣作燃料，不用冷卻水，便于自動控制，運(yùn)行安全可靠，功率大，轉(zhuǎn)速可調(diào)。一些退役的航空發(fā)動機(jī)經(jīng)改型后可用于驅(qū)動離心泵。對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的大型油氣管線，采用燃?xì)廨啓C(jī)可能是比較好的選擇。如前面提到的橫貫阿拉斯加管線采用的就是改型后的航空燃?xì)廨啓C(jī)。

3、泵機(jī)組的輔助系統(tǒng)

⑴電動機(jī)—離心泵機(jī)組的輔助系統(tǒng)

①電動機(jī)和離心泵的軸承潤滑系統(tǒng)大型離心泵有強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)，對于Binham泵，有自潤滑系統(tǒng)（油杯，循環(huán)）②冷卻水系統(tǒng)國外離心泵由于軸承摩擦熱少，不需冷取水，靠風(fēng)冷，先進(jìn)。③漏油及污油回收系統(tǒng)軸與泵盤間隙密封處存在漏油，底下有漏斗接油，漏斗下有管道。⑵柴油機(jī)離心泵機(jī)組的輔助系統(tǒng)①燃料供應(yīng)系統(tǒng)燃料油缸燃料油泵使用前需要過濾②潤滑油系統(tǒng)潤滑油用量大，高溫下會分解，必須經(jīng)常更換③冷卻水系統(tǒng)：循環(huán)水，用量大④壓縮空氣系統(tǒng)：大型柴油機(jī)需用壓縮空氣啟動⑤廢熱利用系統(tǒng)：柴油機(jī)效率40-50%，50-60%轉(zhuǎn)換為熱能由冷卻水帶走，換熱器換熱回收利用。二、離心泵的工作特性

1、離心泵的特性方程對于電動離心泵機(jī)組，目前原動機(jī)普遍采用異步電動機(jī)，轉(zhuǎn)速為常數(shù)。因此H=f(q)，揚(yáng)程是流量的單值函數(shù)，一般可用二次拋物線方程H=a-bq2表示。對于長輸管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中a、b為常數(shù)，可根據(jù)泵特性數(shù)據(jù)由最小二乘法求得；m與流態(tài)有關(guān)；q為單泵排量。采用上式描述泵特性，與實(shí)測值的最大偏差≯2%。2、用最小二乘法回歸泵特性方程這里只介紹用最小二乘法進(jìn)行一元線性回歸的方法。但它并不僅僅適用于一元線性方程，對于那些經(jīng)過變量代換能夠變?yōu)橐辉€性方程的非線性方程，該方法同樣適用。設(shè)有幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，(x1,y1)，(x2,y2)，……(xn,yn)，它們之間的關(guān)系可以用線性方程y=A+Bx表示，由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可能完全落在直線上，故它們之間存在誤差。xi點(diǎn)的實(shí)測值yi與計(jì)算值的偏差為：di=yi-(A+Bxi)。如果把各點(diǎn)的偏差加起來，其大小就能反應(yīng)出該直線與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的逼近程度。但我們不能將各點(diǎn)的偏差直接用求代數(shù)和的方法相加，因?yàn)楦鼽c(diǎn)的偏差有正有負(fù)，求代數(shù)和會正負(fù)抵消，不能反應(yīng)實(shí)際偏差的大小，所以我們?nèi)「鼽c(diǎn)偏差的平方和：我們的目的是要從一組直線中選擇一條到各點(diǎn)偏差的平方和為最小的直線，即確定參數(shù)A、B的值，使S最小。輸油泵站的工作特性由高等數(shù)學(xué)求極值的方法知道，要使S最小，必須使:從而得到輸油泵站的工作特性對于泵特性方程，H=a-bq2-m，令yi=Hi，

帶入上式即可得到系數(shù)a和b

。檢查回歸結(jié)果是否滿意有兩種方法：①求各個點(diǎn)的相對偏差

如果max<2%，則說明結(jié)果滿意，反之，要選用其它方程。用上述方法求出的a、b值是唯一的。輸油泵站的工作特性②求相關(guān)系數(shù)R它表示變量x、y線性相關(guān)的程度，在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布圖上它表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在回歸直線附近的密集程度。若R=0，則說明x、y之間不存在線性關(guān)系.若，說明所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在直線上。一般情況是相關(guān)系數(shù)R的計(jì)算公式為：輸油泵站的工作特性那么R值必須達(dá)到多大才算滿意呢？這與取點(diǎn)有關(guān)，表2-2的數(shù)據(jù)可供參考。輸油泵站的工作特性表2-2相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表點(diǎn)數(shù)及格好點(diǎn)數(shù)及格好30.997170.7540.87440.9500.99080.7070.83450.8780.95990.6660.79860.8110.917100.6320.765輸油泵站的工作特性如果相關(guān)系數(shù)低于表中所列的及格水平，說明不能用線性方程回歸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(或變換后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))，應(yīng)采用其它方程。注意：計(jì)算R時要用變換后的數(shù)據(jù)。對于泵特性方程，計(jì)算R時，式中的xi要用-qi2-m代替，yi用Hi代替。否則計(jì)算結(jié)果不正確，這是因?yàn)镠-q不符和線性關(guān)系，而H-q2-m卻很好地符合線性關(guān)系。輸油泵站的工作特性3、改變泵特性的方法

改變泵特性的方法主要有：

(1)切削葉輪

a、b—與葉輪直徑D0對應(yīng)的泵特性方程中的兩個常系數(shù)（為什么？）(2)改變泵的轉(zhuǎn)速

n－調(diào)速后泵的轉(zhuǎn)速，r/minn0－調(diào)速前泵的轉(zhuǎn)速，r/mina,b－與轉(zhuǎn)速n0對應(yīng)的泵特性方程中的兩個常系數(shù)式中：輸油泵站的工作特性（為什么？）(3)多級泵拆級

多級泵的揚(yáng)程與級數(shù)成正比，拆級后，泵的揚(yáng)程按比例降低。但級數(shù)不能拆得太多，否則，泵的效率會降低。輸油泵站的工作特性(4)進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié)

進(jìn)口負(fù)壓調(diào)節(jié)一般只用于小型離心泵，大型離心泵一般要求正壓進(jìn)泵，不能采用此方法。多數(shù)采用切削葉輪或改變泵的轉(zhuǎn)速（串級調(diào)速和液力藕合器等）。對于多級泵可首先考慮采用拆級的方法改變泵特性。(5)油品粘度對離心泵特性的影響

一般當(dāng)粘度大于60×10-6m2/s時要泵的H-q特性進(jìn)行換算。輸油泵站的工作特性1、進(jìn)口負(fù)壓對離心泵的特性有何影響？思考題3、泵的揚(yáng)程和泵的排出壓力有何不同？2、進(jìn)口負(fù)壓對輸水和輸油時的影響相同嗎？輸油泵站的工作特性三、輸油泵站的工作特性

輸油泵站的工作特性可用H=f(Q)表示輸油泵的基本組合方式一般有兩種：串聯(lián)和并聯(lián)1、并聯(lián)泵站的工作特性QHc

q2

q1并聯(lián)泵站的特點(diǎn)：(1)泵站的流量等于正在運(yùn)行的輸油泵的流量之和；(2)每臺泵的揚(yáng)程均等于泵站的揚(yáng)程。即：輸油泵站的工作特性設(shè)有n1臺型號相同的泵并聯(lián)，即

A=a

注意：泵并聯(lián)運(yùn)行時，在改變運(yùn)行的泵機(jī)組數(shù)時，要防止電機(jī)過載。則：輸油泵站的工作特性輸油泵站的工作特性例如兩臺泵并聯(lián)時，若一臺泵停運(yùn)，由特性曲線知，單泵的排量q>Q/2，排量增加，功率上升，電機(jī)有可能過載。H管路單泵并聯(lián)QqQ/22、串聯(lián)泵站的工作特性

Q

Hc

q2,H2

q1,H1輸油泵站的工作特性①

各泵流量相等，q=Q設(shè)有n2臺型號相同的泵串聯(lián)，則：②泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和：特點(diǎn)：1、兩臺泵串聯(lián)運(yùn)行，若一臺泵停運(yùn)，另一臺泵會不會過載？通過泵與管路聯(lián)合工作的特性曲線圖加以說明。思考題輸油泵站的工作特性2、若泵型號不同，如何求串聯(lián)泵站的工作特性？3.串、并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定

選擇泵機(jī)組數(shù)的原則主要有四條：

①滿足輸量要求；②充分利用管路的承壓能力；③泵在高效區(qū)工作；④泵的臺數(shù)符合規(guī)范要求（一般不超過四臺）。⑴并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)的確定其中:Q為設(shè)計(jì)輸送能力，

q為單泵的額定排量。顯然不一定是整數(shù)，只能取與之相近的整數(shù)，這就是泵機(jī)組數(shù)的化整問題。如果管線的發(fā)展趨勢是輸量增加，則應(yīng)向大化，否則向小化。一般情況下要向大化。由此可見并聯(lián)泵的臺數(shù)主要根據(jù)輸量確定，而泵的級數(shù)（揚(yáng)程）則要根據(jù)管路的設(shè)計(jì)工作壓力確定。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定，泵站至少設(shè)一臺備用泵。⑵串聯(lián)泵式中：[H]為管路的許用強(qiáng)度（或設(shè)計(jì)工作壓力）

H為單泵的額定揚(yáng)程。一般來說，串聯(lián)泵的臺數(shù)應(yīng)向小化，如果向大化，則排出壓力會超過管材的許用強(qiáng)度。而且向大化后，泵站數(shù)將減少，開泵方案少，操作不靈活。串聯(lián)泵的額定排量根據(jù)管線設(shè)計(jì)輸送能力確定。4、串、并聯(lián)組合形式的確定

⑵從管特性和地形方面考慮，對于地形平坦的地區(qū)或下坡段，站間管道較長，管路特性較陡，泵所提供的能量主要用于克服摩阻損失，大幅度調(diào)整輸量時，串聯(lián)泵站節(jié)流損失可能會小一些。這一點(diǎn)可以用如圖所示的特性曲線解釋。⑴從經(jīng)濟(jì)方面考慮，串聯(lián)效率較高，比較經(jīng)濟(jì)。我國并聯(lián)泵的效率一般只有70~80%，而串聯(lián)泵的效率可達(dá)90%。串聯(lián)泵的特點(diǎn)是：揚(yáng)程低、排量大、葉輪直徑小、流通面積大，故泵內(nèi)輪阻損失小，效率高。Q1Q2ABC△h1△h2并聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)單泵串聯(lián)單泵HQ平坦地區(qū)或下坡段串聯(lián)泵與并聯(lián)泵的比較如圖所示,正常運(yùn)行時,串并聯(lián)泵均需兩臺泵工作,工作點(diǎn)為A,流量為Q1。當(dāng)需將輸量降為Q2=1/2Q1時,串并聯(lián)泵均只開一臺泵即可。工作點(diǎn)分別為B、C。串聯(lián)泵的節(jié)流損失為?h1,并聯(lián)泵的節(jié)流損失為?h2,顯然?h2>?h1。輸油泵站的工作特性對于地形比較陡、高差比較大的爬坡地區(qū)，此時站間管道較短，管路特性較平，泵所提供的能量主要用于克服很大的位差靜壓頭，大幅度調(diào)整輸量時，并聯(lián)泵站節(jié)流損失可能會小一些。這一點(diǎn)可以用如圖所示的特性曲線解釋。并聯(lián)Q2Q1ABC△h1△h2串聯(lián)并聯(lián)單泵串聯(lián)單泵HQ上坡段串聯(lián)泵與并聯(lián)泵的比較如圖所示,正常運(yùn)行時,串并聯(lián)泵均需兩臺泵工作,工作點(diǎn)為A,流量為Q1。當(dāng)需將輸量降為Q2=1/2Q1時,并聯(lián)泵只開一臺泵即可,節(jié)流損失為?h1,而串聯(lián)泵仍需開兩臺泵，節(jié)流損失為?h2,顯然?h2>?h1。⑶串聯(lián)泵便于實(shí)現(xiàn)自動控制和優(yōu)化運(yùn)行。目前國內(nèi)管線使用的基本上都是并聯(lián)泵組合形式，而我國東部大部分管線處于平原地帶，高差很小，因而造成節(jié)流損失大，調(diào)節(jié)困難，不易實(shí)現(xiàn)密封輸送。因此，東部管線改造的一個重要任務(wù)是并聯(lián)泵改串聯(lián)泵，進(jìn)而改旁接油罐流程為密閉流程，實(shí)行優(yōu)化運(yùn)行。①不存在超載問題②調(diào)節(jié)方便③流程簡單④調(diào)節(jié)方案多輸油泵站的工作特性兩臺泵串聯(lián)運(yùn)行，若一臺泵停運(yùn)，另一臺泵會不會過載？通過泵與管路聯(lián)合工作的特性曲線圖加以說明。思考題設(shè)對應(yīng)于葉輪直徑D0的泵特性方程為：

H0=a－bq02--m由切割定律知：當(dāng)葉輪直徑為D時，流量q和揚(yáng)程H與H0、q0之間的關(guān)系滿足：設(shè)轉(zhuǎn)速為n0時泵特性方程為：

H0=a－bq02--m由相似定律知：當(dāng)轉(zhuǎn)速為n時，流量q和揚(yáng)程H與H0、q0之間的關(guān)系滿足：一、管路的壓降計(jì)算根據(jù)流體力學(xué)理論，輸油管道的總壓降可表示為：其中：hL為沿程摩阻(最主要的)

hξ為局部摩阻(zj-zQ)為計(jì)算高程差

第二節(jié)輸油管道的壓能損失二、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算

計(jì)算長輸管道的摩阻損失主要是計(jì)算沿程摩阻損失

hL

。達(dá)西公式：對于一條給定的長輸管道，L和D都是已知的，輸量（或流速）也是已知的，現(xiàn)在的問題就是如何計(jì)算水力摩阻系數(shù)λ。根據(jù)流體力學(xué)理論其中：e為管壁的絕對粗糙度，D為管道內(nèi)徑。λ是Re和e/D

的二元函數(shù)，具體的函數(shù)關(guān)系視流態(tài)而定。在解決工程實(shí)際問題時，為了安全，一般盡量避開過渡區(qū)，因該區(qū)的流態(tài)不穩(wěn)定。輸油管道的壓能損失流態(tài)：分為層流和紊流，中間還存在一個過濾區(qū)。1、流態(tài)劃分和輸油管道的常見流態(tài)

層流：Re≤2000

過渡流：2000<Re≤3000

紊流光滑區(qū)：3000<Re≤Re1（簡稱光滑區(qū)）紊流混合摩擦區(qū)：Re1<Re≤Re2（簡稱混摩區(qū)）紊流粗糙區(qū)：Re>Re2（簡稱粗糙區(qū)）我國《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的流態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)是：其中：輸油管道中所遇到的流態(tài)一般為：

熱含蠟原油管道、大直徑輕質(zhì)成品油管道：水力光滑區(qū)小直徑輕質(zhì)成品油管道：混合摩擦區(qū)高粘原油和燃料油管道：層流區(qū)長輸管道一般很少工作在粗糙區(qū)。輸油管道的壓能損失2、管壁粗糙度的確定管壁粗糙度：相對粗糙度：絕對粗糙度與管內(nèi)徑的比值(e/D或2e/D)。絕對粗糙度：管內(nèi)壁面突起高度的統(tǒng)計(jì)平均值。紊流各區(qū)分界雷諾數(shù)Re1、Re2及水力摩阻系數(shù)都與管壁粗糙度有關(guān)。我國《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的各種管子的絕對粗糙度如下：無縫鋼管：0.06mm直縫鋼管：0.054mm

螺旋焊縫鋼管：DN=250～350時取0.125mm

DN>400時取0.1mm2-10.283.紊流區(qū)臨界雷諾數(shù)Re1和Re2的確定紊流區(qū)分為水力光滑區(qū)、混合摩擦區(qū)和完全粗糙區(qū)，劃分的依據(jù)是臨界雷諾數(shù)Re1和Re2。

層流邊界層厚度的表達(dá)式：水力光滑區(qū):混合摩擦區(qū):粗糙區(qū):取λ按紊流光滑區(qū)的Blasius公式計(jì)算：代入邊界層厚度計(jì)算公式，得令則輸油管道的壓能損失取代入邊界層厚度計(jì)算公式，得輸油管道的壓能損失規(guī)范上取，這就是Re1的來歷。(混摩區(qū)與粗糙區(qū)的分界相對粗糙度)(粗糙區(qū)摩阻系數(shù)計(jì)算公式)從而得到：當(dāng)雷諾數(shù)Re處于分界雷諾數(shù)附近時，e的取值相當(dāng)重要，不同的e值可能導(dǎo)致流態(tài)判別的不同。如某條管道Re=5×105，若取e=0.1mm，則Re1=6.7×105，Re<Re1，為水力光滑區(qū)；若取e=0.15mm，則Re1=4.2×105，Re>Re1，為混合摩擦區(qū)。輸油管道的壓能損失有人認(rèn)為上述Re1和Re2的計(jì)算方法適用于口徑較小、粗糙度較大的輸油管道。隨著輸油管道口徑的增大和制管工藝的提高,e變小，再用上面的公式計(jì)算就會與實(shí)際相差較大，這時可以采用下式計(jì)算:該式計(jì)算的Re1值比前面公式小，即紊流光滑區(qū)的范圍縮小了。我國目前采用的計(jì)算公式為輸油管道的壓能損失4、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算

我國輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計(jì)算公式見下表：流態(tài)劃分范圍

λ＝f(Re,ε)層流Re<2000

λ=64/Re紊流水力光滑區(qū)3000<Re<Re1=混合摩擦區(qū)<Re<Re2粗糙區(qū)Re>Re2=普朗特-卡門公式勃拉休斯公式伊薩耶夫公式尼古拉茲公式除了上表中規(guī)定的計(jì)算公式外，還有計(jì)算結(jié)果相近的其他公式，分別是：水力光滑區(qū)的米勒公式：混合摩擦區(qū)的科爾布魯克-懷特公式：混合摩擦區(qū)的阿爾特舒利-卡利聰公式：粗糙區(qū)的謝夫林松公式：由各區(qū)的λ計(jì)算公式可以看出：紊流光滑區(qū):層流邊層厚度δe>3e，λ只與Re有關(guān)，與粗糙度無關(guān)；混合摩擦區(qū)：

0.157e<δe<3e，λ=f(Re,e/D)，λ與Re和粗糙度有關(guān)；完全粗糙區(qū)：層流邊層很薄，粗糙突起幾乎全部暴露于層流邊層之外，λ只與e/D有關(guān)，而與Re無關(guān)，摩阻與流速（流量）的平方成正比，故粗糙區(qū)又叫阻力平方區(qū)。輸油管道的壓能損失三、流量壓降綜合計(jì)算公式—列賓宗公式

1、列賓宗公式代入達(dá)西公式、和把令整理得即得到列賓宗公式：

流態(tài)Amβ層流6414.15紊流水力光滑區(qū)0.31640.250.0246混合摩擦區(qū)

0.1230.0802A粗糙區(qū)λ00.0826λ不同流態(tài)下的A、m、β值輸油管道的壓能損失四、管路的水力坡降

定義：管道單位長度上的摩阻損失稱為水力坡降。用i

表示：或1、等溫輸油管的干線水力坡降水力坡降與管道長度無關(guān)，只隨流量、粘度、管徑和流態(tài)不同而不同。ABChLLiα在計(jì)算和分析中經(jīng)常用到單位輸量(Q=1m3/s)的水力坡降f，即單位流量下、單位管道長度上的摩阻損失：2、副管的水力坡降iiif或i1D、Q、iD、Q1、i1D、Q2、ifD、Q、iLf特點(diǎn)：副管：與主管并聯(lián)相接的管段。1-10.28假設(shè)副管與主管流態(tài)相同，輸油管道的壓能損失由于ω<1，所以只要鋪設(shè)副管總有減阻效果。層流：

光滑區(qū)：

混摩區(qū)：粗糙區(qū)：也就是說，隨Re的升高，鋪副管的減阻效果增強(qiáng)。輸油管道的壓能損失3.變徑管的水力坡降

D，QD0，Q變徑管具有減阻效果；變徑管具有增阻作用。若主管與變徑管流態(tài)相同，則有：變徑管：與主管串聯(lián)相接且直徑與主管不同的管段。五、管路的工作特性

定義：

已定管路（D,L,△Z

一定）輸送某種已定粘度油品時，管路所需總壓頭（即壓頭損失）與流量的關(guān)系（H-Q關(guān)系）稱為管路工作特性。△ZHQ層流區(qū)過渡區(qū)紊流區(qū)QLJ輸油管道的工作特性曲線輸油管道的壓能損失1、如何根據(jù)單根管路的特性曲線作出串、并聯(lián)管路的特性曲線？2、流量Q變化會引起管路特性的變化嗎？為什么？3、什么因素影響特性曲線起點(diǎn)的高低和陡緩？思考題輸油管道的壓能損失六、離心泵與管路的聯(lián)合工作

確定泵站與管路的工作點(diǎn)的方法有兩種，即圖解法和解析法。AHHAQAQ管路總特性曲線泵站總特性曲線圖解法：下面重點(diǎn)討論解析法。1、一個泵站的管道1122由斷面1-1到2-2列能量方程有：式中：HS1－泵的吸入壓力，為常數(shù)。HC

－泵站揚(yáng)程hc

－站內(nèi)損失hL

－沿程摩阻Z2-Z1－起終點(diǎn)計(jì)算高差即：

輸油管道的壓能損失2、多泵站與管路的聯(lián)合工作⑴旁接油罐輸油方式（也叫開式流程）

Q1

Q2①優(yōu)點(diǎn)水擊危害小，對自動化水平要求不高。②缺點(diǎn)●流程和設(shè)備復(fù)雜，固定資產(chǎn)投資大；●油氣損耗嚴(yán)重；●全線難以在最優(yōu)工況下運(yùn)行，能量浪費(fèi)大。③工作特點(diǎn)●每個泵站與其相應(yīng)的站間管路各自構(gòu)成獨(dú)立的水力系統(tǒng);●上下游站輸量可以不等（由旁接罐調(diào)節(jié)）；●各站的進(jìn)出站壓力沒有直接聯(lián)系；●站間輸量的求法與一個泵站的管道相同：Lj、△Zj－第

j

站至第

j＋1站間的計(jì)算長度和計(jì)算高差;Aj、Bj－第

j站的站特性方程的系數(shù)；式中：輸油管道的壓能損失Hsj+1－第j+1站的進(jìn)站壓力。2-10.31⑵密閉輸油方式（也叫泵到泵流程）QQ①優(yōu)點(diǎn)●全線密閉，中間站不存在蒸發(fā)損耗；●流程簡單，固定資產(chǎn)投資??；●可全部利用上站剩余壓頭，便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。②缺點(diǎn)：要求自動化水平高，要有可靠的自動保護(hù)系統(tǒng)。③工作特點(diǎn)●全線為一個統(tǒng)一的水力系統(tǒng)，全線各站流量相同；●輸量由全線所有泵站和全線管路總特性決定；設(shè)全線有n個泵站，各站特性相同，則輸量為：式中：Lj為管道計(jì)算長度△Z為管道計(jì)算高程差輸油管道的壓能損失Hsz

－末站進(jìn)站壓力站的進(jìn)站壓力或翻越點(diǎn)的剩余壓力?！窀髡具M(jìn)、出站壓力相互影響。首站：

第二站：由站間能量平衡方程:輸油管道的壓能損失第

j

站：

式中：Lj-1為第

j-1站到第j

站的管道長度，△Zj-1為第j

站與第

j-1站的高程差。輸油管道的壓能損失或思考題：

2、有一條兩個泵站的密閉輸油管道，在第二泵站后有一分油點(diǎn)，問如何求全線輸量和兩條支線的輸量？Z1站1站2Q，L1Q,L2Q1，L3Q2，L4Z2AZ3Z4BC1、各站站特性不同時，如何計(jì)算密閉輸油的多泵站管道的輸量？由站1至站2列能量方程：提示：由站2至點(diǎn)A列能量方程：由A→B管線可得：①②③④⑤由A→C管線可得：Z1站1站2Q，L1Q,L2Q1，L3Q2，L4Z2AZ3Z4BC由①②

③

④

⑤5個方程可求解5個未知數(shù)。輸油管道的壓能損失一、設(shè)計(jì)參數(shù)1.計(jì)算溫度以管道埋深處全年平均地溫作為計(jì)算溫度。規(guī)范上規(guī)定：對于不加熱管道，取管道埋深處全年最冷月平均地溫作為計(jì)算地溫。2.油品密度

式中：

ρt、ρ20為t℃和20℃時的密度，kg/m3

第三節(jié)等溫輸油管道的工藝計(jì)算823.油品粘度

油品粘度一般用粘溫指數(shù)公式計(jì)算：式中：分別為

t

和t0

溫度下的運(yùn)動粘度u

為粘溫指數(shù)，1/℃單位換算：1cs=10-6m2/s1泊=0.1Pa.s1厘泊=10-3Pa.s=1mPa.s4.計(jì)算流量

設(shè)計(jì)時年輸油時間按350天（8400小時）計(jì)算。等溫輸油管道的工藝計(jì)算1-10-30835.管道縱斷面圖與水力坡降線在直角坐標(biāo)上表示管道長度與沿線高程變化的圖形稱為管道縱斷面圖。(布站時使用)橫坐標(biāo)：表示管道的實(shí)際長度，即管道的里程，常用比例為1:1000、1:2000、1:5000、1:10000、1:100000?？v坐標(biāo)：表示管道的海拔高度，即管道的高程，常用比例為1:200、1:500、1:1000。管道的水力坡降線是管內(nèi)流體的能量壓頭(忽略動能壓頭)沿管道長度的變化曲線。等溫輸油管道的水力坡降線是斜率為i

的直線。將水力坡降線畫在縱斷面圖上可以表示管內(nèi)壓力沿管長的變化情況。84fdeigacbHdx摩阻損失動水壓力LhL，為泵站的出站壓力；，為x段上的摩阻損失；,為x段的高差；，為a點(diǎn)液流的剩余壓能，稱動水壓力。它是管路沿線任一點(diǎn)水力坡降線與縱斷面線之間的垂直距離。在e點(diǎn)，管線內(nèi)的動水壓力為0，需要重新加壓才能以流量Q繼續(xù)向前輸送。

85二、翻越點(diǎn)和計(jì)算長度HHfFLf86根據(jù)能量平衡，將輸量為Q的液體輸送到終點(diǎn)所需能量為：如上圖所示能量H是不能翻越高點(diǎn)F的。只有將壓力提高到Hf，才能以輸量Q翻越此高點(diǎn)。顯然有等溫輸油管道的工藝計(jì)算871、翻越點(diǎn)的定義

如果使一定輸量的液體通過線路上的某高點(diǎn)所需的壓頭比輸送到終點(diǎn)所需的壓頭大，且在所有高點(diǎn)中該高點(diǎn)所需的壓頭最大，那么此高點(diǎn)就稱為翻越點(diǎn)。根據(jù)該定義有：上式表明，輸量為Q

的液體從翻越點(diǎn)自流到終點(diǎn)還有能量富裕。88由此可給出翻越點(diǎn)的另一個定義：如果一定輸量的液體從某高點(diǎn)自流到終點(diǎn)還有能量富裕，且在所有的高點(diǎn)中該高點(diǎn)的富裕能量最大，則該高點(diǎn)叫做翻越點(diǎn)。2、翻越點(diǎn)的確定

翻越點(diǎn)的確定可用圖解法和解析法。⑴圖解法

在管道縱斷面圖右上角作水力坡降線的直角三角形，將水力坡降線向下平移，如果水力坡降線與終點(diǎn)相交之前首先與某高點(diǎn)F相切，則F點(diǎn)即為翻越點(diǎn)。等溫輸油管道的工藝計(jì)算89FLfi由圖可知：水力坡降線不一定先與管路上的最高點(diǎn)相切，所以翻越點(diǎn)不一定是管路上的最高點(diǎn)，而是靠近線路終點(diǎn)的某個高點(diǎn)。等溫輸油管道的工藝計(jì)算在管道縱斷面圖右上角作水力坡降線的直角三角形，將水力坡降線向下平移，如果水力坡降線與終點(diǎn)相交之前首先與某高點(diǎn)F相切，則F點(diǎn)即為翻越點(diǎn)。⑵解析法

在線路上選若干個高點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，一般選最高點(diǎn)及最高點(diǎn)之后的高點(diǎn)(為什么？)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法有兩種：①計(jì)算從起點(diǎn)到高點(diǎn)j所需的總壓頭Hj,并與從起點(diǎn)到終點(diǎn)所需的總壓頭H比較，如果有若干個高點(diǎn)的Hj都大于H，則Hj最大者為翻越點(diǎn)。若所有的Hj都小于H，則不存在翻越點(diǎn)。式中：Lj、Zj

分別為高點(diǎn)

j

的里程和高程。91②計(jì)算如果有若干個點(diǎn)的△Hj

均大于零，則其中最大者為翻越點(diǎn)。若所有點(diǎn)的△Hj均小于零，則不存在翻越點(diǎn)。管線設(shè)計(jì)和運(yùn)行時，無論是旁接油罐流程還是密閉流程，翻越點(diǎn)均只有一個，且確定方法相同。但翻越點(diǎn)會隨水力坡降的變化而變化。等溫輸油管道的工藝計(jì)算92思考題如果線路上存在翻越點(diǎn)，但設(shè)計(jì)中沒有考慮，管線的輸量是否為零？注意：翻閱點(diǎn)處的動水壓力要大于等于0.2MPa?。?33、翻越點(diǎn)后的流動狀態(tài)

管道上存在翻越點(diǎn)時，翻越點(diǎn)后的管內(nèi)液流將有剩余能量。如果不采用措施利用和消耗這部分能量，翻越點(diǎn)后管內(nèi)將出現(xiàn)不滿流。不滿流的存在將使管道出現(xiàn)兩相流動，而且當(dāng)流速突然變化時會增大水擊壓力。對于順序輸送的管道還會增大混油。措施：(1)在翻越點(diǎn)后采用小管徑：使流速增大，消耗掉多余的能量，這可能會產(chǎn)生靜電危害，且對清管不利。(2)在中途或終點(diǎn)設(shè)減壓站節(jié)流。也可采用透平發(fā)電機(jī)回收這部分能量。944、計(jì)算長度

管道起點(diǎn)與翻越點(diǎn)之間的距離稱為管道的計(jì)算長度。管道上存在翻越點(diǎn)時，管線所需的總壓頭不能按線路起、終點(diǎn)計(jì)算，而應(yīng)按起點(diǎn)與翻越點(diǎn)計(jì)算。⑴不存在翻越點(diǎn)時，管線計(jì)算長度等于管線全長。⑵存在翻越點(diǎn)時，計(jì)算長度為起點(diǎn)到翻越點(diǎn)的距離，計(jì)算高差為翻越點(diǎn)高程與起點(diǎn)高程之差95例題：某φ325×7的等溫輸油管，管路縱斷面數(shù)據(jù)見下表。全線設(shè)有兩座泵站，以“從泵到泵”方式工作。試計(jì)算該管線的輸量為多少？已知：全線為水力光滑區(qū)，油品計(jì)算粘度ν=4.2×10-6m2/s，首站泵站特性方程：H＝370.5-3055Q1.75中間站泵站特性方程：H＝516.7-4250Q1.75（Q：m3/s）首站進(jìn)站壓力：Ｈs1＝20米油柱，站內(nèi)局部阻力忽略不計(jì)。測點(diǎn)12345里程(km)

026556476.4高程(m)

0839412264.296解：方法一：根據(jù)縱斷面數(shù)據(jù)，只有64km處可能為翻越點(diǎn)，為此，分別按64km和終點(diǎn)計(jì)算輸量，其中最小者即為管道應(yīng)達(dá)到的輸量(為什么？)。單位輸量的水力坡降：按里程64km處計(jì)算輸量：97按終點(diǎn)計(jì)算輸量：，故64km處不是翻越點(diǎn)，管道輸量為475.4m3/h。方法二：先按終點(diǎn)計(jì)算輸量，計(jì)算該輸量下的水力坡降，然后分別計(jì)算該輸量下從起點(diǎn)到64km處和到終點(diǎn)的總壓降，判斷翻越點(diǎn)，然后計(jì)算管道所達(dá)到的輸量。98單位輸量的水力坡降：按終點(diǎn)計(jì)算輸量：水力坡降：從起點(diǎn)到64km處的總壓降：99從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總壓降：故64km處不是翻越點(diǎn)，線路上不存在翻越點(diǎn)，Q0=475.4m3/h即為管道的輸量。思考題：試比較兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。100三、泵站數(shù)的確定

原則：

要充分利用管道的強(qiáng)度，并使泵在高效區(qū)工作。將計(jì)算輸量為Q

的油品從起點(diǎn)輸送到終點(diǎn)所需壓頭為：式中：L為計(jì)算長度，△Z為計(jì)算高程差。首先選擇泵的型號、組合方式和串并聯(lián)泵機(jī)組數(shù)，確定泵站特性，101設(shè)全線站特性相同，計(jì)算輸量下的揚(yáng)程Hc，則全線所需泵站數(shù)為：其中hc為站內(nèi)損失。如果考慮首站給油泵的揚(yáng)程Hs1和管道終點(diǎn)或翻越點(diǎn)處所需的余壓Hsz，則全線所需泵站數(shù)為：一般來說按照上式計(jì)算的n不是整數(shù)，還應(yīng)把計(jì)算得到的n值化整。等溫輸油管道的工藝計(jì)算1021、n

化為較大整數(shù)

對應(yīng)于計(jì)算值n

的工作點(diǎn)流量為Q0(即計(jì)算輸量），當(dāng)n

化為較大整數(shù)時，工作點(diǎn)流量為Qb,顯然Qb

>Q0，這時管道的輸送能力大于計(jì)算輸量，泵站投資增加。如果想按計(jì)算輸量（即規(guī)定輸送能力）工作，可以采取更換小直徑葉輪、開小泵（串聯(lián)泵）、拆級（并聯(lián)泵）或大小輸量交替運(yùn)行等措施。一般來說，計(jì)算的n

值接近于較大整數(shù)或希望管道具有一定輸送能力裕量時，將n

化為較大整數(shù)。2-11.41032、n化為較小整數(shù)

當(dāng)計(jì)算的n值接近于較小整數(shù)且輸送能力降低不大時，將n值化為較小整數(shù)。此時，流量減小，泵機(jī)組的原動機(jī)功率也相應(yīng)減小，不會造成過載，但要注意使泵機(jī)組在高效區(qū)內(nèi)工作。如果必須滿足規(guī)定的輸送能力，可以采用兩種措施：(1)在管道上設(shè)置副管（等徑）或變徑管（一般不能用）副管或變徑管的長度x

計(jì)算如下：對于副管，長度x1

由下式計(jì)算：104同理可得變徑管長度為：式中：等溫輸油管道的工藝計(jì)算105(2)提高每座泵站的揚(yáng)程副管或變徑管的建設(shè)費(fèi)用較大，生產(chǎn)管理不方便，對于熱輸管道還存在散熱損失大的缺點(diǎn)，很少被用作補(bǔ)償輸送能力的措施。如果管道強(qiáng)度條件允許，提高泵站揚(yáng)程是個較好的方法。等溫輸油管道的工藝計(jì)算106四、泵站的布置確定泵站位置的步驟是：①先在室內(nèi)用作圖法在線路縱斷面上初步確定站址或可能的布置區(qū)；②進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，與當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)方面協(xié)商后，最后決定站址；③核算站址調(diào)整后是否滿足水力要求。1、布站作圖法

根據(jù)化整后的泵站數(shù)和管路實(shí)際情況，重新計(jì)算管道系統(tǒng)的工作點(diǎn)、水力坡降和每個泵站在工作點(diǎn)輸量下的揚(yáng)程：107式中：

Hs1首站進(jìn)泵壓力，當(dāng)有給油泵時即為給油泵揚(yáng)程Hsz

終點(diǎn)的余壓，當(dāng)存在翻越點(diǎn)時，為翻越點(diǎn)處的動水壓力為了保證正常輸送，線路最高點(diǎn)、翻越點(diǎn)或線路終點(diǎn)的動水壓力應(yīng)保持不低于0.2MPa。等溫輸油管道的工藝計(jì)算108

⑴無副管或變徑管時的布站作圖法

aHd1Hc-hcb1”bb’b1b”a’HsmaxHsmin由首站位置a點(diǎn)向上作垂線aa’,使aa’按縱斷面圖縱向比例所取長度等于首站的出站壓頭，aa’=Hd1=Hs1+Hc-hc，自a’點(diǎn)向右作水力坡降線，與縱斷面線交于b點(diǎn)。如果輸油管道為旁接油罐流程，b點(diǎn)即為第二泵站的位置。在該點(diǎn)處，動水壓力為零。用同樣的方法可求出第三泵站位置。如果管道為密閉輸送，由于密閉輸送所使用的輸油主泵要求有一定的進(jìn)泵壓頭，因此第二站的位置不能定在b點(diǎn)，而應(yīng)向左移動，以保留必要的剩余壓頭。一般來說，輸油泵有一個進(jìn)口壓力范圍限制Hsmin≤Hs≤Hsmax,也就是有一個布站范圍，稱為泵站的可能布置區(qū)，如圖中陰影部分所示。b’b”即為泵站的可能布置區(qū)，一般取Hs

=30～80m液柱。泵站可布置在b1

點(diǎn)。

從b1點(diǎn)向上作垂線b1b1”，取b1’b1”=Hc-hc由b1”向右作水力坡降線，同樣的方法可確定第三站及以后各站的位置。由圖可知，不論第二站布置于何處，均不影響第三站的位置。b1’109⑵有副管或變徑管時的泵站布置

①

旁接油罐輸送時的泵站布置abdcxx1x2x-x11、如果第一站間不設(shè)副管，第二站的位置就在b點(diǎn)；2、如果把全部副管長度x全鋪設(shè)在第一站間，則第二泵站的位置在c點(diǎn)；3、bc段即為第二站的可能布置區(qū)；4、如果第二泵站設(shè)于d點(diǎn)，則第一站必須鋪設(shè)x1長度的副管；5、從d點(diǎn)開始同理可找出第三泵站的可能布置區(qū)，但其范圍取決于剩余的副管長度x-x1，依次類推，直到副管使用完畢，則其后的泵站就不再有可能布置區(qū)，只能為一個點(diǎn)。110②密閉輸送管道的泵站布置a’ab’bxHsmaxHsmin如圖所示，ab為旁接油罐時的泵站可能布置區(qū)，a’b’為泵到泵流程時的泵站可能布置區(qū)，顯然a’b’要比ab大些。111五、泵站及管道工作情況的校核1、進(jìn)出站壓力的校核⑴一年中最高和最低油溫時的進(jìn)出站壓力⑵幾種油品順序輸送時，輸送粘度最大的油品和粘度最小的油品時進(jìn)出站壓力的變化情況油溫高時，油流的粘度小，水力坡降線及管道特性曲線都較平緩；反之，粘度大，水力坡降線和管道特性曲線都較陡。故進(jìn)出站壓力會隨季節(jié)而變化。112用解析法求某站進(jìn)站壓力隨油品粘度的變化關(guān)系

12cc+1nZcZc+1Lc-1，△Zc,1Lc，△Zc+1,1設(shè)某條輸油管道有n

座泵站，站特性相同，均為由首站至c+1站入口列能量平衡方程：113由全線能量平衡方程得：式中:L、△Z分別為計(jì)算長度和計(jì)算高差Hsz

為翻越點(diǎn)或終點(diǎn)所要求的剩余壓頭將Q2-m

代入上式，整理后得到12cc+1nZcZc+1Lc-1，△Zc,1Lc，△Zc+1,1式中：首站到c+1站間c

個站間的平均站間距首站到終點(diǎn)或翻越點(diǎn)的平均站間距單位流量的水力坡降，討論：由上式可知，油品粘度變化只引起f的變化，故由于粘度變化而引起的第c+1站的進(jìn)站壓力的變化取決于分式值的變化。115(2)若分式值,分式值(3)若分式值↓，分式值(1)若,分式值=1，油品粘度變化不影響第c+1站的進(jìn)站壓力；分式的數(shù)值變化討論：116等溫輸油管道的工藝計(jì)算i1i2

a’a

a”

b’b

b”i在布置泵站時，應(yīng)考慮粘度變化對可能布置區(qū)的影響。例如對于的情況，考慮冬夏季兩種極端情況：1、冬季ν

大,i

線陡，ν↑Hs,c+1↓，水力坡降線如圖中i1

所示，泵站的可能布置區(qū)為a’b’；2、夏季ν↓Hs,c+1↑，水力坡降如圖中i2所示，可能布置區(qū)為a”b”，3、綜合兩種極端情況，泵站的可能布置區(qū)應(yīng)為[a’,b’]與[a”,b”]的交集a”b’，顯然a”b’小于按年平均地溫布站時的可能布置區(qū)ab。由此可見，考慮粘度變化對進(jìn)站壓力的影響后，泵站的可能布置區(qū)縮小了。2、動、靜水壓力的校核⑴動水壓力的校核校核動水壓力，就是檢查管道的剩余壓力是否在管道操作壓力的允許值范圍內(nèi)，即最低動水壓力（一般為高點(diǎn)壓力）應(yīng)高于0.2MPa，最高動水壓力應(yīng)在管道強(qiáng)度的允許范圍內(nèi)。動水壓力是指油流沿管道流動過程中各點(diǎn)的剩余壓力。在縱斷面圖上，是管道縱斷面線與水力坡降線之間的垂直距離。對于局部動水壓力超壓，大都采用增大壁厚，提高承壓能力的方法；如果超壓的距離比較長，可采用設(shè)減壓站減壓的方法（這會增大管線的摩阻損失，使能耗增加）。但到底采用哪種方法，需要通過經(jīng)濟(jì)比較確定。118⑵靜水壓力的校核靜水壓力：指油流停止流動后，由地形高差引起的靜液柱壓力。翻越點(diǎn)后的管段或線路中途高峰后的峽谷地帶，停輸后的靜水壓力有可能大于管道允許的工作壓力。動水壓力靜水壓力對于這種超壓情況，是采用增加壁厚還是采用設(shè)減壓站的方法解決，需要通過經(jīng)濟(jì)比較確定。119某條管線有n座泵站，管線中間有一高點(diǎn)，應(yīng)在高點(diǎn)前還是高點(diǎn)后檢查靜水壓力？為什么？思考題1-11.4120長輸管道建設(shè)中，任何技術(shù)方案（包括管道設(shè)計(jì)、不同的技術(shù)措施等）都必須經(jīng)過詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。輸油管道在設(shè)計(jì)中會遇到各種各樣的方案對比問題，其中最主要的也是直接關(guān)系到輸油管道總投資和安全經(jīng)濟(jì)輸油的是管道的總體方案?？傮w方案的主要內(nèi)容之一是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的所輸油品的性質(zhì)和輸量，確定出管道的直徑、工作壓力和泵站數(shù)。為了完成某一給定的輸油任務(wù)，有若干方案可供選擇。可采用口徑大泵站數(shù)少的方案，也可以采用口徑小泵站數(shù)多的方案。前者初始投資大，但年運(yùn)行費(fèi)用小；后者初始投資小，而年運(yùn)行費(fèi)用大。何者為最優(yōu)方案，這就需要根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的基本原理，結(jié)合管道所處的經(jīng)濟(jì)環(huán)境進(jìn)行分析、評價(jià)和決策，確定出最終方案。方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和綜合評價(jià)決策最佳方案是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，在這里只能作簡單介紹。

第四節(jié)等溫輸油管道設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較

等溫輸油管道設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較在進(jìn)行方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時，通常是根據(jù)規(guī)定的輸量，按照經(jīng)濟(jì)流速取定幾種管徑方案進(jìn)行水力計(jì)算，求出各方案所需的泵站數(shù)，然后計(jì)算出各管徑方案所對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對比，確定出經(jīng)濟(jì)方案。一、經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)的選擇對一項(xiàng)管道工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)，評價(jià)指標(biāo)很多，較常用的有內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值、費(fèi)用現(xiàn)值、投資回收期和輸油成本等，在進(jìn)行方案比較時，多用費(fèi)用現(xiàn)值。這里重點(diǎn)介紹用費(fèi)用現(xiàn)值的計(jì)算方法，其他的評價(jià)指標(biāo)將在儲運(yùn)工程經(jīng)濟(jì)中介紹。等溫輸油管道設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)比較費(fèi)用現(xiàn)值(presentvalueofcost)比較法簡稱現(xiàn)值比較法。使用該方法時，先計(jì)算各管徑方案的費(fèi)用現(xiàn)值（PC），然后進(jìn)行對比，以費(fèi)用現(xiàn)值最低的方案為優(yōu)。費(fèi)用現(xiàn)值的表達(dá)式為：式中：I──年全部投資(包括固定資產(chǎn)投資和流動資金)；

C'──年經(jīng)營成本；

SV

──計(jì)算期末回收的固定資產(chǎn)余值，一般取0；

W──計(jì)算期末回收的流動資金；

N──計(jì)算期；

i──石油行業(yè)財(cái)務(wù)基準(zhǔn)收益率iC。資金具有時間價(jià)值，不同時期的費(fèi)用不能直接相加，但可以將它們折算為現(xiàn)值，以費(fèi)用現(xiàn)值作為比較標(biāo)準(zhǔn)二、影響費(fèi)用現(xiàn)值的因素對于一條新設(shè)計(jì)的管道，當(dāng)線路起、終點(diǎn)及線路走向、所輸油品及輸量已定（即ΔZ、L、Q、ν已定）時，影響費(fèi)用現(xiàn)值的因素為管材（[σ]）、管徑D、管壁厚度（δ）及主要設(shè)備型號（Hc）等。這些因素不是互相獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系、互相影響的，它們必須滿足：在上面兩式中：ΔZ、L、Q、ν、HS1、hc、ρ已定，β和m為參數(shù)，未知數(shù)有n、Hc、D、δ、[σ]。這五個未知數(shù)將影響管道的投資和能耗費(fèi)用，因而會影響方案的經(jīng)濟(jì)性（費(fèi)用現(xiàn)值）。在五個未知數(shù)中，先看管材的許用應(yīng)力[σ]。目前我國可供長輸管道選擇的管材不多，一般采用16Mn合金鋼或API5L、6L、X60、X70鋼管，因而在經(jīng)濟(jì)比較中可以認(rèn)為是定值，即按管材一定考慮。其余還有四個未知數(shù)，它們由上面兩個方程聯(lián)系起來，所以獨(dú)立變量最多只有兩個。由第二式知，管材一定時，Hc是D、δ的函數(shù)，而由第一式知，n是D、Hc的函數(shù)，所以可選δ、D為獨(dú)立變量（決策變量），Hc、n為相關(guān)變量，這樣我們只需分析D和δ對費(fèi)用現(xiàn)值的影響。對于長輸管道，靠增加壁厚提高工作壓力一般是不經(jīng)濟(jì)的。而且對于一定直徑的鋼管，其壁厚可供選擇的范圍也不大，一般只有二三種，因此影響最大的因素是管徑D。三、費(fèi)用現(xiàn)值與管徑的關(guān)系根據(jù)費(fèi)用現(xiàn)值的計(jì)算公式，費(fèi)用現(xiàn)值與投資和經(jīng)營成本有關(guān)，而經(jīng)營成本主要取決于動力費(fèi)。投資主要是線路投資和泵站投資，線路投資隨管徑的增大而增大，而泵站投資隨管徑的增大而減?。ㄈ鐖D所示），故存在一個投資最小的管徑，動力費(fèi)用隨管徑的增大而減小，因而費(fèi)用現(xiàn)值必然存在極小點(diǎn)，即存在使費(fèi)用現(xiàn)值最小的管徑D，也就是說必然存在最經(jīng)濟(jì)的管徑方案。費(fèi)用管徑投資費(fèi)用現(xiàn)值經(jīng)營成本最優(yōu)管徑四、經(jīng)濟(jì)流速與經(jīng)濟(jì)輸量由上面的分析可知：對于一個輸量，必存在著一個最優(yōu)管徑，換句話說，對于一個管徑必存在一個經(jīng)濟(jì)流量或經(jīng)濟(jì)流速。根據(jù)大量的計(jì)算結(jié)果及設(shè)計(jì)、運(yùn)行實(shí)踐，可總結(jié)出不同油品的經(jīng)濟(jì)流速。由于各國國情不同，其設(shè)備、材料價(jià)格、工程費(fèi)用、燃料及動力價(jià)格也不同，因而各國的經(jīng)濟(jì)流速也不同。動力價(jià)格低的國家經(jīng)濟(jì)流速高。我國原油管道（Dg300~700）的經(jīng)濟(jì)流速為1.5～2.0m/s，成品油管道一般為2m/s左右。各種直徑輸油管道的經(jīng)濟(jì)輸量見下表。成品油管道原油管道管徑mm壓力MPa輸量萬噸/年管徑mm壓力MPa輸量萬噸/年2198.8～9.870～905295.4～6.4600～8002737.3～8.3130～1606305.1～6.11000～12003256.5～7.3180～2307204.9～5.91400～18003775.4～6.4250～3208204.7～5.72200～26004265.4～6.4350～4809204.5～5.53200～36005295.4～6.4650～85010204.5～5.54200～500012204.3～5.37000～7800不同直徑輸油管道的經(jīng)濟(jì)輸量及工作壓力范圍五、經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)方案的確定1、根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速初選管徑2、根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果在管徑系列中選擇2個相鄰的管徑，分別作方案設(shè)計(jì)計(jì)算，分別求出對應(yīng)的費(fèi)用現(xiàn)值。3、比較兩個管徑方案的費(fèi)用現(xiàn)值，若小管徑的費(fèi)用現(xiàn)值小，則應(yīng)向管徑減小的方向計(jì)算，直到費(fèi)用現(xiàn)值增大為止；若大管徑的費(fèi)用現(xiàn)值小，則應(yīng)向管徑增大的方向計(jì)算，直到費(fèi)用現(xiàn)值增大為止。4、根據(jù)實(shí)際情況確定推薦管徑方案。主要考慮設(shè)備、管材的來源，輸量和粘度的變化趨勢等。六、設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和原始資料的收集(1)輸油量（包括分油量或加油量）；(2)管道起終點(diǎn)，分油或加油點(diǎn)；(3)可供選擇的管材規(guī)格；(4)可供選擇的輸油泵、原動機(jī)型號和性能；(5)所輸油品物性；(6)線路縱斷面數(shù)據(jù)、沿線氣象及地溫資料。2、設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟①選擇泵機(jī)組型號及組合方式，根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速初選2個管徑；②由泵站工作壓力確定管材及壁厚、管內(nèi)徑；③計(jì)算設(shè)計(jì)輸油能力下的水力坡降，判斷翻越點(diǎn)，確定計(jì)算長度；④計(jì)算全線所需壓頭，選泵，確定泵站數(shù)；⑤計(jì)算對應(yīng)管徑方案的費(fèi)用現(xiàn)值；⑥判斷是否得到最優(yōu)管徑方案，若已得到，轉(zhuǎn)⑦；否則，根據(jù)費(fèi)用現(xiàn)值隨管徑的變化趨勢選擇下一個應(yīng)計(jì)算的管徑方案，轉(zhuǎn)②；⑦按所選方案的管徑、泵機(jī)組型號及組合、泵站數(shù)等，計(jì)算工作點(diǎn)參數(shù)（流量、泵站揚(yáng)程、水力坡降）；⑧在縱斷面圖上布置泵站；⑨泵站及管道系統(tǒng)各種工況的校核和調(diào)整。第五節(jié)等溫輸油管道運(yùn)行工況分析與調(diào)節(jié)一、工況變化原因及運(yùn)行工況分析方法

“從泵到泵”運(yùn)行的等溫輸油管道，有許多因素可以引起運(yùn)行工況的變化，可將其分為正常工況變化和事故工況變化。1、正常工況變化

⑴季節(jié)變化、油品性質(zhì)變化引起的全線工況變化，如油品的ρ、ν變化；⑵由于供銷的需要，有計(jì)劃地調(diào)整輸量、間歇分油或收油導(dǎo)致的工況變化。1332、事故工況變化

⑴電力供應(yīng)中斷導(dǎo)致某中間站停運(yùn)或機(jī)泵故障使某臺泵機(jī)組停運(yùn)；⑵閥門誤開關(guān)或管道某處發(fā)生堵塞；⑶管道某處發(fā)生泄漏。正常工況變化的特點(diǎn)是工況變化是預(yù)先知道的，是可以預(yù)先人為控制的；事故工況變化的特點(diǎn)是突發(fā)性的，是不可預(yù)知的，因此具有更大的危害性。134不論是正常工況變化還是事故工況變化，都會引起運(yùn)行參數(shù)的變化。這些參數(shù)主要包括輸量，各站的進(jìn)出站壓力及泵效等。嚴(yán)重時，會使某些參數(shù)超出允許范圍。為了維持輸送，必須對各站進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了對各站進(jìn)行正確無誤的調(diào)節(jié)，事先必須知道工況變化時各種參數(shù)的變化趨勢。因此，掌握輸油管運(yùn)行工況的分析方法，對于管理好一條輸油管道是十分重要的。1353、運(yùn)行工況的分析方法

突然發(fā)生工況變化時（如某中間站停運(yùn)或有計(jì)劃地調(diào)整輸量而啟、停泵），在較短時間內(nèi)全線運(yùn)行參數(shù)劇烈變化，屬于不穩(wěn)定流動。我們這里不討論不穩(wěn)定流動工況，只討論變化前后的穩(wěn)定工況。為此，我們假設(shè)在各種工況變化的情況下，經(jīng)過一段時間后，全線將轉(zhuǎn)入新的穩(wěn)定工況。運(yùn)行分析的出發(fā)點(diǎn)是能量供求平衡。分析方法有圖解法和解析法，我們重點(diǎn)討論解析法。下面主要討論從泵到泵運(yùn)行方式的工況變化，對于旁接油罐方式，由于各個站間自成水力系統(tǒng)，比較簡單，大家可以自己分析。136二、某中間泵站停運(yùn)時的工況變化

Lc-1，△ZcLc，△Zc+11c-1cc+1nLc-2,△Zc-1L，△Z設(shè)有一條密閉輸送的長輸管道，長度為L，有n座泵站，正常工況下輸量為Q，各站的站特性相同，Hc=A-BQ2-m，假設(shè)中間第c

站停運(yùn)。1371、輸量變化

c

站停運(yùn)前全線能量平衡方程：

c

站停運(yùn)后全線能量平衡方程：

：兩式相減得：即：1382、c站前面各站進(jìn)出站壓力的變化先來討論c站前面一站即c-1站的情況。為此，從首站進(jìn)口到c-1站進(jìn)口列能量平衡方程：

c

站停運(yùn)前：c

站停運(yùn)后：

兩式相減得：

由上式可知：即

139

結(jié)論：

①c站停運(yùn)后，其前面一站(c-1站)的進(jìn)站壓力上升。停運(yùn)站愈靠近末站(c

越大)，其前面一站的進(jìn)站壓力變化愈大。②利用同樣的方法，我們可以得出結(jié)論：c

站停運(yùn)后，其前面各站的進(jìn)站壓力均上升。距停運(yùn)站越遠(yuǎn)，變化幅度越小。③出站壓力的變化即停運(yùn)站前面各站的出站壓力均升高，距停運(yùn)站越遠(yuǎn)，變化幅度越小。1403、c

站后面各站進(jìn)出站壓力的變化先來討論c站后面一站即c+1站的情況。為此，從c+1站入口到末站入口列能量平衡方程：c站停運(yùn)前：

c站停運(yùn)后：

兩式相減得：

141分析：

①由上式知：,即c

站后面一站的進(jìn)站壓力下降，且停運(yùn)站愈靠近首站(c越小)，其后面一站的進(jìn)站壓力變化愈大。②c站停運(yùn)后，c站后面各站的進(jìn)站壓力均下降，且距停運(yùn)站愈遠(yuǎn)，其變化幅度愈小。③出站壓力的變化即停運(yùn)站后面一站的出站壓力下降。同理可得出停運(yùn)站后各站的出站壓力均下降，且變化趨勢與進(jìn)站壓力相同。142此處如果c+1站的出站壓力用進(jìn)站壓力和泵站揚(yáng)程表示，將無法分析其變化趨勢。這是因?yàn)椋?434、全線水力坡降線的變化①某站停運(yùn)后，輸量下降，因而水力坡降變小，水力坡降線變平，但停運(yùn)站前后水力坡降仍然相同，即水力坡降線平行。②停運(yùn)站前各站的進(jìn)出站壓力升高，因而停運(yùn)站前各站的水力坡降線的起點(diǎn)和終點(diǎn)均比原來高(且出站壓力升高幅度比進(jìn)站壓力大)，且距停運(yùn)站越近，高得越多。③停運(yùn)站后各站的進(jìn)出站壓力下降，因此停運(yùn)站后各站間的水力坡降線的起點(diǎn)和終點(diǎn)均比原來低(且出站壓力下降幅度比進(jìn)站壓力小)

，且距停運(yùn)站越近，低得越多。根據(jù)輸量變化和各站進(jìn)出站壓力的變化趨勢可以畫出沿線各站的水力坡降線的變化情況。作圖時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1441455、圖解法分析工況的變化

①首先作出全線泵站的總特性曲線和整條管線的總管路特性曲線，其交點(diǎn)即為正常工況下的工作點(diǎn)。②分別作出每個站的特性曲線及相應(yīng)站間的管特性曲線。③將首站進(jìn)站壓力曲線與泵站特性曲線迭加得到首站的出站壓力曲線。由首站的出站壓力曲線減去第1站間的管特性曲線，得到第2站的進(jìn)站壓力曲線。由工作點(diǎn)輸量及第2站的進(jìn)站壓力曲線可求得第2站的進(jìn)站壓力。④用同樣的方法可以求得其它各站的進(jìn)出站壓力。最后一站的出站壓力曲線與站間管路曲線的交點(diǎn)必為工作點(diǎn)流量。146⑤利用上述同樣的方法，作出站停運(yùn)后的總泵站特性和總管特性及各站的特性及相應(yīng)的站間管特性曲線。根據(jù)總特性曲線求得c站停運(yùn)后的工作點(diǎn)流量。根據(jù)各自的進(jìn)、出站壓力曲線和工作點(diǎn)流量可求出各站的進(jìn)出站壓力，從而得到其變化規(guī)律。注意：由于c站停運(yùn)，第c-1站對應(yīng)的管特性應(yīng)為第c-1站間和第c站間管道的串聯(lián)相加。利用圖解法分析工況變化要求作圖準(zhǔn)確，否則可能得到錯誤的結(jié)論。147思考題：①如何從能量供需平衡的角度解釋停運(yùn)站前后各站進(jìn)站壓力的變化趨勢？②某長輸管道，由于閥門開關(guān)失誤，造成第c站和第c+1站之間發(fā)生堵塞，試分析堵點(diǎn)前后各站進(jìn)出站壓力的變化，并說明如何根據(jù)參數(shù)的變化確定堵塞點(diǎn)的位置？148

三、干線漏油后的工況變化

1cc+1c+2nQ*Q*-qqLcL-Lc設(shè)某條長輸管道有n座泵站，在c+1站進(jìn)口處發(fā)生漏油，漏油量為q，漏油前全線輸量為Q，漏油后漏點(diǎn)前輸量為Q*，漏點(diǎn)后輸量為

Q*-q。1491、輸量變化漏油前全線能量平衡方程為：漏油后分段寫出能量平衡方程：①首站至漏點(diǎn)：漏點(diǎn)至末站：整理后得到：150上面兩式相加并整理得：②由式①②兩式得：根據(jù)式上式，必有③151上述結(jié)論證明如下：③式右端可改寫為：故③式可改寫為：所以只有第一種情況成立，即。也就是說管道漏油后，漏點(diǎn)前的輸量大于正常工況下的輸量，漏點(diǎn)后的輸量小于正常工況下的輸量。1522、漏點(diǎn)前各站進(jìn)出站壓力的變化先來看漏點(diǎn)前面一站即c站的情況。為此，我們列首站入口至c

站入口的能量平衡方程：漏油前：

漏油后：

兩式相減得：

153也就是說漏點(diǎn)前面一站的進(jìn)站壓力下降。又由此我們可以得出結(jié)論：漏油后，漏點(diǎn)前面各站的進(jìn)出站壓力均下降，且距漏點(diǎn)越遠(yuǎn)的站變化幅度越小。漏點(diǎn)距首站越遠(yuǎn)，漏點(diǎn)前面一站的進(jìn)出站壓力變化愈大。即：也就是說漏點(diǎn)前面一站的出站壓力也下降。1543、漏點(diǎn)后各站進(jìn)出站壓力的變化利用上述同樣的方法可以得到漏點(diǎn)后面一站即c+1站的情況（分別列出漏油前后c+1站入口至終點(diǎn)的能量平衡方程，然后整理得）：即155由此可知：

漏點(diǎn)后面各站的進(jìn)出站壓力均下降，且漏點(diǎn)距首站愈近，其后面一站的變化幅度愈大。總之，管道漏油后，漏點(diǎn)前的流量增大，漏點(diǎn)后流量減小，全線各站進(jìn)出站壓力均下降，且距漏點(diǎn)越近的站進(jìn)出站壓力下降幅度愈大。漏點(diǎn)距首站愈遠(yuǎn)，漏點(diǎn)前一站的壓力變化愈大，反之漏點(diǎn)后面一站的進(jìn)出站壓力變化愈大。根據(jù)進(jìn)出站壓力的變化可確定泄漏點(diǎn)的位置。但這種方法只能確定較大的泄漏量，因?yàn)樾⌒孤┝恳鸬膲毫ψ兓幻黠@，儀表無法檢測。

156漏油后全線工況變化（即水力坡降線變化）情況如下圖所示（注意漏點(diǎn)前后的水力坡降不同）。157四、輸油管道的調(diào)節(jié)

輸油管道的調(diào)節(jié)就是通過改變管道的能量供應(yīng)或改變管道的能量消耗，使之在給定的輸量條件下，達(dá)到新的能量供需平衡，保持管道系統(tǒng)不間斷、經(jīng)濟(jì)地輸油。1、調(diào)節(jié)的分類

管道的調(diào)節(jié)就是人為地對輸油工況加以控制。從廣義上說，調(diào)節(jié)分為輸量調(diào)節(jié)和穩(wěn)