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第二章原油管道输送技术,油气管输工艺,第一节原油管道输送基础第二节等温输油管道工艺计算第三节热油管道输送第四节易凝高粘原油管道输送第五节输油站及其主要设施第六节输油管道工况分析第七节输油管道的运行管理,一、长距离原油管道的组成二、原油管道输送工艺（重点）,油气管输工艺,第一节原油管道输送基础,一、长距离原油管道的组成,一、长距离原油管道的组成,一、长距离原油管道的组成,二、原油管道输送工艺,二、原油管道输送工艺,1、常温输送和加热输送油品从首站进入管道，输送一段距离后，管内油温就会等于管道埋深处的地温，故称为常温输送（也称等温输送）。原油的凝点（即反常点）是衡量可否常温输送的依据；凝点是指在规定的冷却条件下一切液态流体停止流动的最高温度。,汽、煤、柴油等成品油及低凝点、低黏度轻质原油可直接进行常温输送。,等温输送,二、原油管道输送工艺,1、常温输送和加热输送将原油加热、加压后进入管道，通过提高原油输送温度使油品黏度降低，减少管路摩擦阻力损失，或使管内最低油温维持在凝点以上，保证安全输送。原油加热输送管道存在两方面的能力损失摩擦阻力损失和热损失，故需要在沿线设置泵站和热站,我国生产的原油绝大部分为高凝点、高黏度和高含蜡原油（俗称“三高”原油），故国内原油管道大都是热油管道。,加热输送,二、原油管道输送工艺,2、开式输送和密闭输送,工作特点,二、原油管道输送工艺,①旁接油罐,从罐到罐油品全部通过各中间站的油罐，蒸发损耗大,①旁接油罐,优点,,安全可靠，水击危害小，对自动化水平要求不高。,二、原油管道输送工艺,二、原油管道输送工艺,密闭输油方式（也叫泵到泵流程）,②密闭输油方式（也叫泵到泵流程）,②密闭输油方式（也叫泵到泵流程）,二、原油管道输送工艺,现代的管线均为密闭输送方式,作业,结合所学专业知识，查阅相关文献资料，谈谈自己对油气储运发展趋势的认识（不少于500字）,第二节等温输油管道工艺计算,第二节等温输油管道工艺计算,一、等温输油管道工作特性1、输油管道摩阻损失长输管道的摩阻损失根据产生原因可分为两部分一是油品流过直管段所产生的摩阻损失，称为沿程摩阻二是油品流过管件、阀件、设备所产生的摩阻损失，称为局部摩阻,（1）沿程摩阻损失的计算,达西公式列宾宗公式,,,（1）沿程摩阻损失的计算,达西公式,λ-----水力摩阻系数L----管道长度d----管内径ω－在流动截面上原油的平均流速g---重力加速度v---输送温度下原油的运动黏度Q---管路中原油的体积流量e---管壁的绝对粗糙度Re雷诺数ε---管壁相对当量粗糙度,Re3000,紊流紊流流态又可分为水力光滑区、混合摩擦区和粗糙区3000Re2时，粗糙区（管壁粗糙突起几乎全部暴露在层流边层之外）,,管路中流态划分,（1）沿程摩阻损失的计算,列宾宗公式,各流态区的A，m，β值及沿程摩阻计算式见表2-1（P14,（2）局部摩阻损失的计算,ξ---管件或阀件的局部摩阻系数LD---管件或阀件的当量长度,管件或阀件的当量长度指与流体通过该管件或阀体产生的摩阻损失相同的同径直管段长度。,2、管道的工作特性,（1）管道特性方程管道的压降由三部分组成用于克服地形高差所需的位能、管路沿程摩阻和局部摩阻。,长距离输油管道沿线的局部摩阻损失不大，一般只占沿程摩阻损失的1左右。,（2）管道特性曲线,管线特性曲线表征管线所需压头H与流量q的关系，特性曲线曲率的急缓反映管线水力摩阻的大小。,一条管道输送一种油品，其特性曲线是唯一的。任一参数（d，L，v）发生变化时，特性曲线相应变化。,对于前后不同变径管，其总管道特性曲线为前后两段管道特性曲线串联相加对于平行管段，其总管道特性曲线由主、副两管段特性曲线并联相加,（2）管道特性曲线,串联管路,并联管路,二、输油泵站工作特性,1、离心输油泵的工作特性在恒定转速下，泵的扬程与排量H-Q）的变化关系称为泵的工作特性,转速液体黏度汽蚀进口负压,二、输油泵站工作特性,（1）转速对泵特性的影响,n0,n-----调节前后的泵转速a，b-----对应n0转速下泵特性方程中的两个系数,转速对泵特性的变化可用下式表示,二、输油泵站工作特性,离心泵调速措施通常有两类一类是调节原动机的转速，如燃气轮机、柴油机都具有调速功能，电动机可采用变频方法调速。另一类是通过安装在原动机和离心泵之间的调速器（如液力耦合器等）改变泵的转速。,（2）流体黏度对泵特性的影响泵样本上给出的离心泵特性是输送20℃清水的特性。离心泵输送黏度比水大的液体如原油、润滑油及其他石油产品时，由于液体黏度增加，流动状态变化，使液体流经泵时的流动摩擦阻力损失增大，与输送清水时的额定工况相比，泵的杨程、流量和效率将降低，轴功率增加。同时，流体黏度增加，还会使泵的吸入特性变坏，增大其允许汽蚀余量。,二、输油泵站工作特性,泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）（NetPositiveSuctionHead）表示,（3）汽蚀对泵性能的影响当离心泵叶轮进口处某点的压力降低到输送温度下液体的汽化压力时，就有一部分液体汽化，生成气泡，气泡被液流带到压力较高的区域时迅速凝结。在凝结过程中，气泡周围的液体就以高速向气泡中心运动，从而产生严重的水击现象。水击的地方产生非常巨大的瞬时压力（可达几十个MPa），如气泡紧贴在叶轮或其他部分的金属表面上，这里就会受到冲击，同时由于氧的析出和伴随气泡凝结过程所产生的局部高压和高温，使叶轮表面受到化学腐蚀。这种液体的汽化、凝结、水击和腐蚀的综合就称为汽蚀现象。,二、输油泵站工作特性,二、输油泵站工作特性,汽蚀现象-----水泵的扬程、功率以及效率曲线迅速下降,（3）汽蚀对泵性能的影响,（4）进口负压对离心泵特性的影响有自吸能力的离心泵输送热原油或轻石油产品时，如保持泵进口在一定的负压下运行，泵的Q-H特性曲线会相应降低，可作为调节泵特性措施之一。,二、输油泵站工作特性,外压降低，特性曲线降低我国的某些油库和炼厂就是用进口阀节流来降低泵的排量的。,（1）多台泵串联的泵站特性离心泵串联组合的特点是通过每台泵的排量相同，均等于泵站的排量；泵站的扬程等于各泵扬程之和。串联泵站适用于管线输送距离长而高度相对低的场合。,2、泵站的工作特性,（2）多台泵并联的泵站特性离心泵并联组合的特点是每台泵提供的扬程相同，均应等于泵站扬程，泵站排量为每台泵的排量之和。并联泵站适用于管线的输送高度高而距离较短的场合。,2、泵站的工作特性,泵站-管道系统的工作点就是指在压力供需平衡条件下，管道流量与泵进出战压力等参数之间的关系。图解法解析法,三、泵站-管道系统工作点,三、泵站-管道系统工作点,1、图解法常用作泵站特性曲线和管道特性曲线，求二者交点的方法，来确定泵站的排量和进、出站压力.,曲线C为泵站出站压头随排量的变化曲线G为管道特性曲线。二者的交点A称为系统的工作点，即泵站的排量为QA，出站压头为HA,2、解析法通过列出泵站的压力供应特性方程和管道的压力消耗特性方程，根据压头供需平衡的原则来求解。,三、泵站-管道系统工作点,假设一条管道有N座泵站，且泵站特性相同，全线管径相同，无分支，首站进站压头和各站内摩阻均为常量，可写出全线的压力供需平衡关系式如下,三、泵站-管道系统工作点,Q---全线工作流量N---全线泵站数f----单位流量的水力坡降Hsl----管道首站进站压头Ht---管道终点剩余压头L----管道总长度ZQ,ZZ----管道起、终点高程Hm---每个泵站的站内损失,解析法,管道首站进站压头泵站扬程水力坡降克服地形高差所需位能泵站站内损失终点剩余压头,工艺计算主要解决的问题是1）确定经济上最为合理的主要参数，包括管径、管壁厚度、泵站进出口压力和泵站数；2）当管道长度、管径、泵机组的型号、泵站数和工作条件已选定时，在管道沿线布置输油泵站、确定站址；3）对已经投产运行的管道，估算及校核不同工况下的操作压力和实际输油量，用以指导输油管道的优化运行。,四、等温输油管道工艺计算,1、工艺计算所需的原始资料,（1）计算流量,（2）管道埋深处的年平均地温,G---年任务质量输量Q---体积流量,1、工艺计算所需的原始资料,（3）油品的密度,（4）油品黏度,（5）管材及工作压力,ξ-----温度系数,Vt，V0----温度为t，t0时油品的运动黏度u----黏温指数,1、工艺计算所需的原始资料,（6）经济流速,根据大量经济计算及运行实践可知，输油管道经济流速的变化范围一般为1.0-2.0m/s。在设备、材料、动力价格等经济参数一定的情况下，经济流速大小取决于管径和油品的黏度。一般管径增大，经济流速提高；油品黏度越大，经济流速降低。我国目前对DN300-700mm的含蜡原油管道，设计时一般取经济流速为1.5-2.0m/s，成品油管道经济流速在2.0m/s左右。,1、工艺计算所需的原始资料,（7）管道纵断面图,按适当比例，在直角坐标系中，用来表示管道长度与沿线高程关系的图形。横坐标表示管道的实际长度，常用的比例为110000到1100000；纵坐标表示线路的海拔高程，比例为1500到11000.应该指出，纵断面图的起伏情况与管道的实际地形并不相同。,2、管道的水力坡降线,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。,管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用i表示,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。,1翻越点的定义,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，那么此高点就称为翻越点。,3、翻越点及计算长度,另一种表述如果一定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最大，则该高点叫做翻越点。,2翻越点的确定,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，如果水力坡降线与终点相交之前首先与某高点F相切，则F点即为翻越点。,,,3、翻越点及计算长度,Lf,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，而是靠近线路终点某个高点。,3、翻越点及计算长度,4、泵站数的确定,全线N个泵站提供的总杨程必然与管道全线消耗的总能量平衡。,HC---任务流量下泵站的扬程，m；hm----泵站站内损失，m；H---任务流量下管道所需总压头，m；Hsz-----末站剩余压力，m,1、等温输油管道设计计算所需基本数据及原始资料1）输量（含沿线分油和加油量）2）管道起终点，分油或加油点，及管道纵断面图；3）可供选择的管材规格；4）可供选择的泵、原动机型号及性能；5）所输油品的物性；6）沿线气象及地温资料；7）主要技术经济指标每公里管道的投资，每公里管道的钢材消耗量，输油成本，燃油费，电费，人工费等。,七、输油管道设计,2、设计计算的基本步骤1）计算年平均地温；2）计算年平均地温下的油品密度、黏度；3）计算体积流量；4）根据经济流速，初定管径，并按钢管规格，初选3-4种相邻的管径，按3-4种方案分别计算；5）初定工作压力；6）按任务流量和初定工作压力、选择泵机组型号及组合方式；7）建立泵站的特性方程，计算任务流量下的泵站压头,七、输油管道设计,2、设计计算的基本步骤8）根据P对选定的三种管子进行强度计算，确定管材、管壁厚度和管内径；9）计算任务流量下的水力坡降，判断翻越点，确定管道计算长度；10）计算全线所需压头，确定泵站数；11）根据技术经济指标，计算基建投资及输油管道运行成本费用；12）综合比较净现值，内部收益率等经济指标，考虑管道的发展情况，选取出最优方案；13）按所选方案的管径、泵级机组型号及组合、泵站数等，计算管道工作点流量、泵站、杨程等；14）在纵断面图上布置泵站；15）进行泵站及管道各种工况校核和调整。,七、输油管道设计,