輸油管道設計與管理1

輸油管道輸送工藝技術

石油大學儲運工程系安家榮管道是石油生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，是石油工業(yè)的動脈。在石油的生產(chǎn)過程中，自始至終都離不開管道。我們可以把石油的生產(chǎn)過程簡單的表示為：用戶煉油廠礦場油庫轉油站聯(lián)合站計量站油井礦場油氣集輸系統(tǒng)長輸管道原油管道成品油管道一、輸油管道概況1、輸油管道的發(fā)展歷史1879年，在美國的賓夕法尼亞鋪設了一條口徑為150mm，長為17.4km的輸油管道。1886年，美國又鋪設了一條口徑為200mm，長為139km的輸油管道。管道工業(yè)有著悠久的歷史。中國是最早使用管道輸送流體的國家。早在公元前的秦漢時代，就有人用打通了節(jié)的竹子連接起來輸送鹵水，隨后又用于輸送天然氣?，F(xiàn)代管道始于19世紀中葉，1859年，美國賓夕法尼亞打出了第一口油井，所生產(chǎn)的原油起初用馬車拉運，從而導致了嚴重的交通擁擠。直到1865年，才建造了第一條用于輸送原油的管道。直徑為50mm，長為10km，輸量為2.8m3/h,用往復泵驅動。

1920年前，管道均采用絲扣連接，因此管徑較小。1920年，在管道鋪設中開始采用氣焊，隨后又被電焊所取代。金屬焊接工藝的發(fā)展和完善促進了大口徑、長距離管道的發(fā)展，同時也促進了新管材的使用。但真正具有現(xiàn)代規(guī)模的長輸管道始于第二次世界大戰(zhàn)。當時由于戰(zhàn)爭的需要，美國急需將西南部油田生產(chǎn)的油運往東海岸，但由于戰(zhàn)爭，海上運輸常常被封鎖而中斷，這就促使美國鋪設了兩條輸油管道。一條是原油管道，口徑為600mm，長度為2158km，輸量為47700m3/d(1500萬噸/年)，由德克薩斯到賓夕法尼亞。另一條為成品油管道，口徑為500mm，包括支線全長為2745km，輸量為3760m3/d(1300萬噸/年)，由德克薩斯到新澤西，同時還鋪設了一條輸氣管道，口徑為600mm，長為2035km，由西南部到東海岸。從60年代起，輸油管道向大口徑、長距離的方向發(fā)展，并出現(xiàn)許多跨國管線。較著名的有：1964年，原蘇聯(lián)建成了蘇聯(lián)－東歐的“友誼”輸油管道，口徑為1020mm,長為5500km。

1977年，建成了第二條“友誼”輸油管道，在原蘇聯(lián)境內(nèi)與第一條管線平行，口徑為1220mm,長為4412km,經(jīng)波蘭至東德。兩條管線的輸量約為1億噸/年。

1977年，美國建成了世界上第一條伸入北極的橫貫阿拉斯加管道,口徑為1220mm，全長為1287km，其中900km管道采用架空保溫鋪設。年輸量約為1.2億m3，不設加熱站，流速達3m/s，靠摩擦熱保持油溫不低于60℃，投資77億美元。1988年，美國建成了從西部圣巴巴拉至休斯頓的原油管道，管徑762mm,總長2731km，年輸油能力約為1600萬噸。同時，成品油管道也獲得了迅速發(fā)展。典型的是美國的科羅尼爾成品油管道系統(tǒng)。干線口徑為750、800、900、1000mm,總長為8413km,輸油能力為1.4億噸/年。2、長輸管道的發(fā)展趨勢(1)高壓力、大口徑的大型輸油管道(2)采用高強度、高韌性、可焊性良好的管材

(4)采用先進的輸油工藝和技術

(3)采用新型、高效、露天設備

a.設計方面，采用航空選線.b.采用密閉輸送工藝流程，減少油氣損耗和壓能損耗。

c.采用計算機自控、遙控技術。

d.用化學藥劑（減阻劑、降凝劑）降低能耗。

3、管道運輸?shù)奶攸c①運量大，基建費用低（與鐵路相比）。⑥管輸適于大量、單向、定點的運輸，不如鐵路、公路運輸靈活。⑤占地少，受地形限制少。④運價低，耗能少。③便于管理，易于實現(xiàn)集中控制，勞動生產(chǎn)率高。②受外界限制少，可長期穩(wěn)定連續(xù)運行，對環(huán)境的污染小。輸油管道概況一條720管線的輸量約等于一條單線鐵路的運量，但造價不如鐵路的1/2。管線埋于地下，基本不受惡劣氣候的影響，油氣污染和噪聲污染都比鐵路小得多。原蘇聯(lián)管線運價約為鐵路的1/2，美國約為鐵路的1/7-1/10，我國目前基本與鐵路持平。管線埋于地下，地面仍可耕種。鐵路的坡度一般不能超過30度，而管線不受坡度的限制，有利于翻山越嶺，取捷徑，起終點相同的兩地間，管線的長度一般要比鐵路短30%。4、我國輸油管道概況1958年以前，我國輸油管道還是一個空白。1958年，我國修建了第一條長輸管道：克拉瑪依—獨山子原油管道。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，20世紀70年代開始興建大型輸油管道，我國管道工業(yè)進入第一個發(fā)展高潮,建設的管道主要是原油管道。到目前為止,我國鋪設的百公里以上的原油長輸管道40余條,管徑為159～720,形成了具有一定規(guī)模的原油管網(wǎng)(見全國油氣管線分布圖)。我國管道工業(yè)繼第一個發(fā)展高潮之后，于20世紀90年代中期逐漸進入第二個發(fā)展高潮，而且目前已經(jīng)處在發(fā)展高潮之中。此次發(fā)展高潮以天然氣管道和成品油管道建設為主。近幾年來，我國已經(jīng)建成的或正在興建中的管道有，西氣東輸管道、澀北西寧蘭州天然氣管道、蘭州成都重慶成品油管道、茂名至昆明成品油管道、忠縣至武漢天然氣管道、寧波上?！暇┻M口原油管道、環(huán)珠江三角洲液化天然氣管道、鎮(zhèn)海至蕭山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然氣管道等。正準備興建的管道還有中俄天然氣管道、中俄原油管道，遠景規(guī)劃可能還有吐庫曼斯坦至中國的天然氣管道、西西伯利亞至中國天然氣管道，以及蘇里格氣田的外輸管道等。返回阿爾善-賽漢塔拉原油管道在東北和華北地區(qū)，先后建成了慶鐵線、鐵大線、鐵秦線、秦京線、鐵扶線、撫鞍線和任京線，形成了規(guī)模較大的東北管網(wǎng)，擔負了大慶油田、遼河油田、華北油田的原油外輸任務。在華東華北地區(qū)，先后建成了魯寧線、濮臨線、滄臨線、中洛線、東臨線、東黃線、東黃復線、東辛線、臨濟線，形成了規(guī)模較大的華東原油管網(wǎng)，擔負了勝利油田、中原油田的原油外輸任務。另外，已經(jīng)停止運行的任滄線實際上已將東北和華東兩大管網(wǎng)連為一體。在華中地區(qū)，魏荊線擔負了河南油田的原油外輸任務。在華南地區(qū)，湛茂線擔負了茂名石化的供油任務。在內(nèi)蒙境內(nèi)阿賽線擔負了二連油田的原油外輸任務。在西北地區(qū)，克獨線、克烏線擔負了克拉瑪依油田的原油外輸任務；花格線擔負了青海油田的原油外輸任務；馬惠寧線、靖咸線擔負了長慶油田的原油外輸任務；庫鄯線擔負了塔里木油田的原油外輸任務。四川油田管網(wǎng)馬惠寧線花格線魏荊線二、輸油泵站的工作特性1、長輸管道的泵機組類型

輸油泵站的作用:由于離心泵具有排量大、揚程高、效率高、流量調(diào)節(jié)方便、運行可靠等優(yōu)點，在長輸管道上得到廣泛應用。

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，揚程低，又稱為串聯(lián)泵。

(1)長輸管道用泵一般來說，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)低揚程大排量的給油泵，以提高主泵的進泵壓力。

串聯(lián)泵具有排量大、揚程低、效率高的特點。我國試制的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。長距離輸油管道是耗能大戶，而等溫輸油管道的耗能設備主要是輸油主泵，因此提高輸油主泵的效率是提高等溫輸油管道經(jīng)濟效益的主要途徑。如果將我國目前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20%以上。因此，在成品油管道的日常管理中，加強對輸油主泵的維修保養(yǎng)，使其始終處于高效狀態(tài)，對提高輸油管道的經(jīng)濟效益非常重要。(2)原動機

⑴

電動機

⑵

柴油機

⑶

燃氣輪機

輸油泵的原動機應根據(jù)泵的性能參數(shù)、原動機的特點、能源供應情況、管道自控及調(diào)節(jié)方式等因素決定。分為：電動機具有體積小、重量輕、噪音低、運行平穩(wěn)可靠、便于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，對于電力供應充足的地區(qū)一般均采用電動機作為的原動機。其缺點是調(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)，是否采用電動機要進行經(jīng)濟比較。如果需要架設長距離輸電線路，采用電動機是不合適的。與電動機相比，柴油機有許多不足之處：體積大、噪音大、運行管理不方便、易損件多、維修工作量大、需要解決燃料供應問題。其優(yōu)點是可調(diào)速。對于未被電網(wǎng)覆蓋或電力供應不足的地區(qū)，采用柴油機可能更為經(jīng)濟。燃氣輪機單位功率的重量和體積都比柴油機小得多，可以用油品和天然氣作燃料，不用冷卻水，便于自動控制，運行安全可靠，功率大，轉速可調(diào)。一些退役的航空發(fā)動機經(jīng)改型后可用于驅動離心泵。對于偏遠地區(qū)的大型油氣管線，采用燃氣輪機可能是比較好地選擇。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氣輪機。2、離心泵的工作特性

對于電動離心泵機組，目前原動機普遍采用異步電動機，轉速為常數(shù)。因此H=f(q)，揚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;q為單泵排量。采用上式描述泵特性，與實測值的最大偏差≯2%。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

對應的泵特性方程中的兩個常系數(shù)(2)改變泵的轉速

n－調(diào)速后泵的轉速，r/minn0－調(diào)速前泵的轉速，r/mina,b－與轉速n0

對應的泵特性方程中的兩個常系數(shù)式中：4、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：泵站的流量等于正在運行的輸油泵的流量之和，每臺泵的揚程均等于泵站的揚程。即：設有n1臺型號相同的泵并聯(lián)，即

A=a

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

Q

Hc

q2,H2

q1,H1①

各泵流量相等，q=Q設有n2臺型號相同的泵串聯(lián)，則：②泵站揚程等于各泵揚程之和：特點：(3)串、并聯(lián)泵機組數(shù)的確定

選擇泵機組數(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（不超過四臺）。①并聯(lián)泵機組數(shù)的確定其中:Q為任務輸量，

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)（揚程）則要根據(jù)管路的允許工作壓力確定。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定，泵站至少設一臺備用泵。②串聯(lián)泵其中：[H]為管路的許用強度（允許承壓能力）

H為單泵的額定揚程。一般來說，串聯(lián)泵的應向小化，如果向大化，則排出壓力可能超過管子的許用強度，是很危險的。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)管線任務輸量確定。(4)串、并聯(lián)組合形式的確定

②

從管特性和地形方面考慮，串聯(lián)泵更適合于地形平坦的地區(qū)和下坡段，這種情況下管路特性較陡，所以也可以說串聯(lián)泵更適合于管路特性較陡的情況。這一點可以用如圖所示的特性曲線解釋。

①從經(jīng)濟方面考慮，串聯(lián)效率較高，比較經(jīng)濟。我國并聯(lián)泵的效率一般只有70%左右，而串聯(lián)泵的效率可達90%。串聯(lián)泵的特點是：揚程低、排量大、葉輪直徑小、流通面積大，故泵損失小，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，正常運行時，串、并聯(lián)泵均需兩臺泵工作，工作點為A，流量為Q1。當需將輸量降為Q2=1/2Q1時，串、并聯(lián)泵均只開一臺泵即可。工作點分別為B、C。串聯(lián)泵的節(jié)流損失為，并聯(lián)泵的節(jié)流損失為，顯然，因此采用串聯(lián)泵較經(jīng)濟，可適應輸量的較大變化。并聯(lián)泵更適合于地形比較陡、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。

Q2Q1ABC△h1△h2并聯(lián)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，正常運行時兩臺泵運行，輸量為Q1，當輸量需降為Q2=1/2Q1時，并聯(lián)泵只開一臺泵即可，節(jié)流損失為，而串聯(lián)泵仍需開兩臺泵，節(jié)流損失為，顯然。因此，對于管路特性較平（地形較陡）的情況，并聯(lián)泵更能適應流量的較大變化。③

串聯(lián)泵便于實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化運行。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，不易實現(xiàn)密封輸送。因此，東部管線改造的一個重要任務是并聯(lián)泵改串聯(lián)泵，進而改旁接油罐流程為密閉流程，實行優(yōu)化運行。A、不存在超載問題B、調(diào)節(jié)方便C、流程簡單D、調(diào)節(jié)方案多1、管路的壓降計算根據(jù)流體力學理論，輸油管道的總壓降可表示為：其中：hL為沿程摩阻

hξ為局部摩阻(zj-zQ)為計算高程差三、輸油管道的壓能損失2、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。實在無法避開時，該區(qū)的λ按紊流光滑區(qū)計算。

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《輸油管道工程設計規(guī)范》規(guī)定的流態(tài)劃分標準是：其中：輸油管道中所遇到的流態(tài)一般為：

熱含蠟原油管道：水力光滑區(qū)小口徑輕質成品油管道：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)。(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。我國《輸油管道工程設計規(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0.125mm

DN>400時取0.1mm(4)水力摩阻系數(shù)的計算

我國常用的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計算公式見下表。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=3、流量壓降綜合計算公式—列賓宗公式

(1)列賓宗公式

代入達西公式、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4、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：

或單位輸量的水力坡降:水力坡降與管道長度無關，只隨流量、粘度、管徑和流態(tài)不同而不同。Q=1時的水力坡降，即單位流量下，單位管道長度上的摩阻損失，用f表示5、管路工作特性

定義：

已定管路（D,L,△Z

一定）輸送某種已定粘度油品時，管路所需壓頭（即壓頭損失）和流量的關系（H-Q關系）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6、離心泵與管路的聯(lián)合工作

泵站與管路的工作點的方法有兩種，即圖解法和解析法。

AHHAQAQ管路特性曲線泵站特性曲線圖解法：下面重點討論解析法。(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

－泵站揚程

hc

－站內(nèi)損失

hL

－沿程摩阻

Z2-Z1－起終點計算高差

即：

(2)多泵站與管路的聯(lián)合工作①旁接油罐輸油方式（也叫開式流程）

Q1

Q2優(yōu)點安全可靠，水擊危害小，對自動化水平要求不高。缺點●流程和設備復雜，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

工作特點●每個泵站與其相應的站間管路各自構成獨立的水力系統(tǒng)

●上下站輸量可以不等（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：②密閉輸油方式（也叫泵到泵流程）QQ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。

缺點：要求自動化水平高，要有可靠的自動保護系統(tǒng)。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

當各站特性不同時，輸量計算公式為：Aj、Bj為第j座泵站特性方程中的兩個系數(shù)。●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: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

7、翻越點和計算長度

HHfFLf(1)翻越點的定義

如果使一定數(shù)量的液體通過線路上的某高點所需的壓頭比輸送到終點所需的壓頭大，且在所有高點中該高點所需的壓頭最大，那么此高點就稱為翻越點。

根據(jù)該定義有：上式表明，輸量為Q

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

翻越點的確定可用圖解法和解析法。

①

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相交之前首先與某高點F相切，則F點即為翻越點。

FLfi由圖可知：水力坡降線不一定先與管路上的最高點相切，所以翻越點不一定是管路上的最高點，而是靠近線路終點的某個高點。②

解析法

在線路上選若干個高點進行計算，一般選最高點及最高點之后的高點進行計算。計算方法有兩種：A、計算從起點到高點j所需的總壓頭Hj

,并與從起點到終點所需的總壓頭H比較，如果有若干個高點的Hj

都大于H，則Hj

最大者為翻越點。若所有的Hj

都小于H，則不存在翻越點。式中：Lj、Zj

分別為高點

j

的里程和高程。

B、計算如果有若干個點的△Hj

均大于零，則其中最大者為翻越點。若所有點的△Hj

均小于零，則不存在翻越點。管線設計和運行時，無論是旁接油罐流程還是密閉流程，翻越點均只有一個，且確定方法相同。但翻越點會隨水力坡降的變化而變化。(3)翻越點后的流動狀態(tài)

管道上存在翻越點時，翻越點后的管內(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.在翻越點后采用小管徑：使流速增大，這可能會產(chǎn)生靜電危害，且對清管不利。

2.在中途或終點設減壓站節(jié)流。(4)計算長度

管道起點與翻越點之間的距離稱為管道的計算長度

管道上存在翻越點時，管線所需的總壓頭不能按線路起、終點計算，而應按起點與翻越點計算。

①

不存在翻越點時，管線計算長度等于管線全長。

②存在翻越點時，計算長度為起點到翻越點的距離，計算高差為翻越點高程與起點高程之差

例題：某φ325×7的等溫輸油管，原設計為一個泵站。管路縱斷面數(shù)據(jù)見下表。全線設有兩座泵站，以“從泵到泵”方式工作。試計算該管線的輸量為多少？

已知：全線為水力光滑區(qū)，油品計算粘度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）首站進站壓力：Ｈs1＝20米油柱，站內(nèi)局部阻力忽略不計。測點12345里程(km)

026556476.4高程(m)

0839412264.2解：方法一：根據(jù)縱斷面數(shù)據(jù)，只有64km處可能為翻越點，為此，分別按64km和終點分別計算輸量，其中最小者即為管道應達到的輸量。單位輸量的水力坡降：按里程64km處計算輸量：按終點計算輸量：，故64km處不是翻越點，管道輸量為475.4m3/h。方法二：先按終點計算輸量，然后計算該輸量下的水力坡降，然后分別計算該輸量下從起點到64km處和到終點的總壓降，判斷翻越點，然后計算管道所達到的輸量。單位輸量的水力坡降：按終點計算輸量：水力坡降：從起點到64km處的總壓降：從起點到終點的總壓降：故64km處不是翻越點，線路上不存在翻越點，Q0=475.4m3/h即為管道的輸量。四、等溫輸油管道運行工況分析與調(diào)節(jié)1、工況變化原因及運行工況分析方法“從泵到泵”運行的等溫輸油管道，有許多因素可以引起運行工況的變化，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

①

季節(jié)變化、油品性質變化引起的全線工況變化，如油品的ρ、ν變化；

②

由于供銷的需要，有計劃地調(diào)整輸量、間歇分油或收油導致的工況變化。

(2)事故工況變化

①

電力供應中斷導致某中間站停運或機泵故障使某臺泵機組停運；

②

閥門誤開關或管道某處堵塞；

③

管道某處漏油。

不論是正常工況變化還是事故工況變化，都會引起運行參數(shù)的變化。這些參數(shù)主要包括輸量，各站的進出站壓力及泵效等。嚴重時，會使某些參數(shù)超出允許范圍。為了維持輸送，必須對各站進行調(diào)節(jié)。為了對各站進行正確無誤的調(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。

(3)運行工況的分析方法

突然發(fā)生工況變化時（如某中間站停運或有計化地調(diào)整輸量而啟、停泵），在較短時間內(nèi)全線運行參數(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，我們假設在各種工況變化的情況下，經(jīng)過一段時間后，全線將轉入新的穩(wěn)定工況。

運行分析的出發(fā)點是能量供求平衡。

2、某中間泵站停運時的工況變化

Lc-1，△ZcLc，△Zc+11c-1cc+1nLc-2,△Zc-1L，△Z設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，假設中間第c

站停運。(1)輸量變化

c

站停運前輸量：

c

站停運后輸量變?yōu)椋河捎?/p>

c站停運，全線泵站所提供的總能量減小，所以輸量減下，即：

(2)c站前面各站進出站壓力的變化

列首站入口到c-1站進口的能量平衡方程：

c

站停運前：c站停運后：

兩式相減得：

由上式可知：

即

結論：

①c站停運后，其前面一站(c-1站)的進站壓力上升。停運站愈靠近末站(c

越大)，其前面一站的進站壓力變化愈大。②

利用同樣的方法，我們可以得出結論：c

站停運后，其前面各站的進站壓力均上升。距停運站越遠，變化幅度越小。

③

出站壓力的變化

即停運站前各站的出站壓力均升高，距停運站越遠，變化幅度越小。

(3)c

站后面各站進出站壓力的變化

列c+1站入口到末站入口的能量平衡方程：

c站停運前：

c站停運后：

兩式相減得：

分析：

①

由上式知：,即c

站后面一站的進站壓力下降，且停運站愈靠近首站(c越小)，其后面一站的進站壓力變化愈大。

②c站停運后，c站后面各站的進站壓力均下降，且距停運站愈遠，其變化幅度愈小。

③

出站壓力的變化

即停運站后面一站的出站壓力下降。同理可得出停運站后各站的出站壓力均下降，且變化趨勢與進站壓力相同。

3、干線漏油后的工況變化

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

Q*-q。(1)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：

漏點至末站：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③(2)漏點前各站進出站壓力的變化

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：

也就是說漏點前各站的進站壓力下降。

又

結論：

漏油后，漏點前各站的進出站壓力均下降，且距漏點越遠的站變化幅度越小。漏點距首站越遠，漏點前面一站的進出站壓力變化愈大。即：(3)漏點后各站進出站壓力的變化

利用上述同樣的方法可以得到（分別列出漏油前后c+1站入口至終點的能量平衡方程，然后整理得）：

即

由此可知：

漏點后各站的進出站壓力均下降，且漏點距首站愈近，其后面一站的變化幅度愈大。總之，管道漏油后，漏點前的流量增大，漏點后流量減小，全線各站進出站壓力均下降，且距漏點越近的站進出站壓力下降幅度愈大。漏點距首站愈遠，漏點前一站的壓力變化愈大，反之漏點后面一站的進出站壓力變化愈大。根據(jù)進出站壓力的變化即可確定泄漏點的位置。但這種方法只能確定較大的泄漏量，因為小漏點引起的壓力變化不明顯，儀表無法檢測。

4、輸油管道的調(diào)節(jié)

輸油管道的調(diào)節(jié)是通過改變管道的能量供應或改變管道的能量消耗，使之在給定的輸量條件下，達到新的能量供需平衡，保持管道系統(tǒng)不間斷、經(jīng)濟地輸油。(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)定性調(diào)節(jié)兩種情況。

①輸量調(diào)節(jié)

首站從油田的收油是不均衡的，一年之內(nèi)各季不均衡，甚至各個月份也有差別；末站向外轉油受運輸條件或煉廠生產(chǎn)情況的影響，有時出路不暢。這些來油和轉油的不均衡必然使管道的輸量相應變化，這些輸量的改變要靠調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

旁接油罐輸送的管道要求各泵站的排量接近一致。否則旁接油罐容納不了過大的輸差量。而要保持各站排量一致也要對全線進行調(diào)節(jié)。

②穩(wěn)定性調(diào)節(jié)（即自動調(diào)節(jié)）

密閉輸送的管道為了維持輸油泵的正常工作和管道的安全運行，要求中間站的入口壓力不能過低，出口壓力不能過高。輸送工況不穩(wěn)定表現(xiàn)在泵站進出口壓力的波動。當壓力波動超出規(guī)定值時，就要對管線進行調(diào)節(jié)。工況不穩(wěn)定不包括前面所說的調(diào)節(jié)輸量的情況，因調(diào)節(jié)輸量產(chǎn)生的大幅度工況變化是由計劃產(chǎn)生的，并通過調(diào)整各泵站的輸油泵機組工作狀況加以實現(xiàn)；也不包括由于某個泵站突然中斷運行或管道閥門誤動作突然關閉造成的突發(fā)性壓力波動，這種突發(fā)性壓力波動叫水擊，對水擊另行采取保護措施，不是調(diào)節(jié)解決的問題。

造成壓力不穩(wěn)定的原因有：各泵站泵機組運轉臺數(shù)或運轉泵性能變動；泵站輸油泵因調(diào)速使其工況變化；所輸油品種類改變或因溫度改變造成油品粘度變化；管道因結垢、氣袋或其它原因造成一定程度的阻塞等。

這些不穩(wěn)定工況都發(fā)生在密閉輸送管道上，旁接油罐管道因旁接管的緩沖，進出站壓力不會有大的波動，只要保持各站輸量接近一致即可。

(2)輸量調(diào)節(jié)方法