中國石油大學(xué)華東輸油管道設(shè)計與管理儲運課件.ppt

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一、管路的壓降計算,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)的計算,計算長輸管道的摩阻損失主要是計算沿程摩阻損失hL。,達西公式：,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：2000Re2（簡稱粗糙區(qū)）,我國《輸油管道工程設(shè)計規(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0.125mmDN>400時取0.1mm,,,,2-10.28,3.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公式計算：,代入邊界層厚度計算公式，得,令,則,,,輸油管道的壓能損失,取,代入邊界層厚度計算公式，得,,,輸油管道的壓能損失,(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=5105，若取e=0.1mm，則Re1=6.7105，ReRe1，為混合摩擦區(qū)。,,,輸油管道的壓能損失,有人認為上述Re1和Re2的計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，再用上面的公式計算就會與實際相差較大，這時可以采用下式計算:,該式計算的Re1值比前面公式小，即紊流光滑區(qū)的范圍縮小了。,,我國目前采用的計算公式為,,,輸油管道的壓能損失,4、水力摩阻系數(shù)的計算,,,我國輸油管道工程設(shè)計規(guī)范規(guī)定的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計算公式見下表：,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)定的計算公式外，還有計算結(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、流量壓降綜合計算公式—列賓宗公式,1、列賓宗公式,令,整理得,即得到列賓宗公式：,,,,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。,在計算和分析中經(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,,,特點：,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)：,,,輸油管道的壓能損失,3.變徑管的水力坡降,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。,,,,,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的方法有兩種，即圖解法和解析法。,,,圖解法：,下面重點討論解析法。,1、一個泵站的管道,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－泵站揚程,hc－站內(nèi)損失,hL－沿程摩阻,Z2-Z1－起終點計算高差,,,,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）,,①優(yōu)點,,水擊危害小，對自動化水平要求不高。,②缺點,●流程和設(shè)備復(fù)雜，固定資產(chǎn)投資大；,●油氣損耗嚴重；,●全線難以在最優(yōu)工況下運行，能量浪費大。,,,③工作特點,●每個泵站與其相應(yīng)的站間管路各自構(gòu)成獨立的水力系統(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站間的計算長度和計算高差;,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站的進站壓力。,2-10.31,⑵密閉輸油方式（也叫泵到泵流程）,①優(yōu)點,●全線密閉，中間站不存在蒸發(fā)損耗；,●流程簡單，固定資產(chǎn)投資小；,●可全部利用上站剩余壓頭，便于實現(xiàn)優(yōu)化運行。,②缺點：,要求自動化水平高，要有可靠的自動保護系統(tǒng)。,,,③工作特點,●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為管道計算長度,△Z為管道計算高程差,,,輸油管道的壓能損失,Hsz－末站進站壓力站的進站壓力或翻越點的剩余壓力。,●各站進、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，問如何求全線輸量和兩條支線的輸量？,,,1、各站站特性不同時，如何計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A列能量方程：,由A→B管線可得：,①,②,③,④,⑤,,,由A→C管線可得：,由①②③④⑤5個方程可求解5個未知數(shù)。,,輸油管道的壓能損失,