输油管道设计与管理课件

1、油气管道输送,专 业：油气储运工程 2011级 任课教师：梁光川 彭星煜 辅 导：左 果 二一四年二月,油气管道输送,输油管道设计与管理,国外概况 目前世界上已建成输气干线150万km，并以1.4万km /a的速度增长，现有输气管道主要分布在北美、独联体和欧洲地区，其中美国约46万km，独联体近23万km，分居世界前两位。 20世纪70和80年代是全球输气管道建设的高峰期，输气管道技术在这一时期得到了飞速发展和提高，世界上几条著名的大型输气管道几乎都是这一时期建成的，如横贯地中海的阿意输气管道、美加合建的阿拉斯加公路输气系统、前苏联乌连戈伊中央输气系统等。近10年，随着电子计算机技术的迅速发展

2、和推广应用，新材料、新工艺、新设备、新技术的开发与更新换代，国外长输天然气管道无论是设计、施工、运营管理，还是管材、原动机、储库调峰技术都有了很大发展，特别是大口径、高压干线输气管道的施工、运营管理技术发展更加迅速，有许多好的经验和成熟技术可供我们借鉴。,天然气管道输送概况,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,1.1.9 管道技术的发展趋势，我国的差距和任务 高压、大口径，管道建设向极地和海洋延伸； 采用高强度、韧性及可焊性良好的管材 ； 高度自动化； 不断采用新技术（安全及经济）：设计方面，采用遥感和数据成像技术、GIS、GPS系统，优选线路 ；管道的在线自动检测技术不断改进

3、； 应用现代安全管理体系和安全技术，持续改进管道的安全（风险及完整性管理）； 重视管道建设的前期工作。,输油管道设计与管理,我国输油管道存在的问题,我国管道工业与发达国家相比还存在一定的差距。俄罗斯的管道运价约为铁路的1/21/4，美国约为1/10，而我国与铁路运价差不多，甚至有些管线还高于铁路运价。,原因:一方面是由于我国原油多数为易凝或高粘原油，必须采用加热输送，能耗大；另一方面是我们的管输技术与发达国家相比还比较落后，管理水平较低。,第一章 输油管道概况和勘察设计,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,我国管道技术发展的任务： 针对我国原油的特点，研究管输工艺技术；提高管道

4、的自动化水平；在产量递减的情况下对老管网的改造和运行优化问题；西部地区管道的建设问题；输油管道改造成输气管道等。,输油管道设计与管理,欧洲油气管道,输油管道设计与管理,以乌连戈依气田为起点所形成第一大系统 “乌连戈依-中央输气管道系统”，干线管道总长2104km多公里； 以亚姆堡气田为起点形成另一输气系统。,莫斯科,乌连戈依,亚姆堡,俄罗斯输气管网,输油管道设计与管理,4,5,7,8,9,10,1,3,6,注：十大输气通道分别是：西南-东南；西南-东北；西南部-中西部；西南Pandandle-中西部；西南部-西部部；加拿大-中西部；加拿大-东北部；加拿大-西部；洛基山-西部；洛基山-中西部。资

5、料来源：美国能源信息署。,2,7,天然气干线管道总长超过30104km,输油管道设计与管理,美加联盟(Alliance)输气管道,阿尔伯达省,芝加哥,1）起自加拿大阿尔伯达省，终止于美国芝加哥； 2）干线长2990km；3）设计输量136108m3/a170108m3/a ； 4）全线共设压气站14座；5）管径914mm/1067mm；6）管材X70； 7）设计压力12MPa；8）投产时间2001年。,输油管道设计与管理,英国天然气管网,干线管道长： 0.6104km 输气量： 780108m3/a,返回,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,1.2 输油管道的勘察设计 1.2.

6、1输油管道的建设程序 根据资源条件和国民经济长期规划、地区规划、行业规划的要求，对拟建的输油管道进行可行性研究，并在可行性研究的基础上编制和审定设计任务书。 根据批准的设计任务书，按初步设计（或扩大初步设计）、施工图两个阶段进行设计。初步设计必须有概算，施工图设计必须有预算。 工程完毕，必须进行竣工验收，做出竣工报告（包括竣工图）和竣工决算。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,勘察和设计的关系： 勘察是广义设计工作的一部分，它不仅为设计准备资料，也参与设计方案的确定。勘察与设计两者需密切配合进行。勘察工作必须走在设计的前面（必要时可有合理交叉），及时为设计提供资料。 勘察设计

7、的程序：勘察分为踏勘、初步设计勘察（初测）、施工图勘察（定测）三个阶段。较小的管道或沿线自然条件简单或工期紧迫时也可简化为踏勘与详细勘察两个阶段。设计可分为可行性研究、初步设计（扩大初步设计）、施工图设计三个阶段。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,1.2.2 选线原则 选线是输油管道勘察设计中的一项重要工作。线路的走向、长短和通过的难易程度，对整个输油管道工程的材料消耗、投资和施工都有很大影响。 大型穿（跨）越地点和输油站址的确定是选线中最重要的工作之一。可以认为，一条输油管线路就是起点、终点、输油站址和各穿（跨）越点之间的连线。所以，大型穿（跨）越点和输油站址的选择应服从

8、线路的总走向，在这个前提下，线路的局部走向应服从穿（跨）越点和站址的确定。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,1.2.3 勘察的程序和要求 目的: 通过调查研究，选择一条技术上可行、经济上合理、政策上允许的线路和站址，并为设计提供基础资料。 任务：包括地形测量、水文地质和工程地质勘察 资料收集： （1）地理、气象及水文地质方面； （2）经济建设方面。 步骤：按照踏勘、初步设计勘察、施工图勘察,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,踏勘 踏勘是在正式设计任务书下达之前进行的，是为进行可行性研究或编制方案设计提供资料。分室内和室外两部分进行。要求提交踏勘报告。 初步

9、设计勘察（初测） 它是在设计任务书下达以后，初步设计开始之前，根据踏勘报告选择几个线路方案，加深勘察，为技术经济比较确定最优线路方案提供资料。初步选择首、末站和中间站站址，确定穿（跨）越点。输油管道初步设计勘察可以不写专门的综合报告书，有关内容可编在初步设计的总说明部分。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,施工图勘察（定测） 它是在初步设计批准后，施工图设计前进行。主要是根据批准的初步设计和上级审批意见，对全线进行复查、修改、定线和地形测量，并做工程地质和水文地质勘察，尤其要进行输油站和穿（跨）越点的地形测量和地质勘察，取得有关资料，作为施工设计的依据。 勘察之后应交付综合勘

10、察报告，主要内容包括：带状地形图、管道及穿跨越点的纵断面图、大型油罐罐区工程地质勘察报告以及输油站的地形图等。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,带状地形图,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,带状地形图,线路纵断面图,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,1.2.4 设计阶段及主要内容 可行性研究 可行性研究是分析、评价各种建设方案和生产经营决策的一种科学方法。它要对新建、扩建项目的一些主要问题，如市场需要，资源条件，燃料、动力供应条件，建设规模，以及设备选型等，从技术、经济和工程等方面进行调查研究，分析比较，并对项目建成后可能取得的技术经济效

11、果进行预测。从而提出该项目可否建设和如何进行建设的意见，为项目决策提供可靠的依据。 要求提交可行性研究报告。 根据可行性研究报告及其审批意见编制设计任务书。设计任务书是编制设计文件的主要依据。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,初步设计 初步设计是在工程项目确立后，根据设计任务书的要求，结合实际条件所做的工程具体实施方案。它是安排建设项目和组织工程施工的主要依据。深度应满足项目投资包干、招标承包、材料与设备订货、土地征购和施工准备等要求，并能据以编制施工图和总概算。 初步设计编制的总概算是控制工程项目总投资的主要依据。设计单位应严格保证设计质量，每项设计要作多方案比较，合理地

12、确定设计方案；设计必须有充分和准确可靠的基础资料。,输油管道设计与管理,第一章 输油管道概况和勘察设计,施工图设计 根据批准的初步设计和主要设备订货情况即可进行施工图设计。设计人员应根据初步设计及其审批意见所确定的方案，利用勘察及调研所搜集的资料，遵照有关标准、规范，绘出正确、详细并符合规定的图纸，满足施工、非标准设备制造的需要。,输油管道设计与管理,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,第一部分,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,工艺计算的任务： 就是要妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应之间的平衡。 工艺计算的内容： 包括四大部分：水力计算、强度计算、

13、热力计算、技术经济计算。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,什么是等温输送 ？ 等温输送工艺计算要解决什么问题？,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.1 工艺计算所需原始资料（P45） （1）计算温度 年平均温度 t0cp （2）油品密度,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,(3) 油品的粘度 适用于轻质油的公式 式中 运动粘度， 106m2/s （厘沱）； T绝对温度，K； a，b常数，根据两个不同的温度下的粘度求得。,输油管道设计与管理,（4）输量 Q （5）管材的机械性质及主要设备的规格型号 指所选管材钢号的强度极限和屈服极限，以进行

14、强度计算和校核，从而确定和校核管子的壁厚。 （6）技术经济指标 输油管道的费用主要包括投资K和运行管理费用E。 运行管理费用决定了输油的成本：,第二章 等温输油管道的工艺计算,元/(吨.公里),输油管道设计与管理,（7）线路纵断面图 表示已选定的，经过实际测定的输油管路长度与沿线高程按一定比例画在直角坐标系上的图形。纵断面图反映管道长度与沿线高程之间的一一对应关系，其纵坐标表示输油管线各特征点的高程，其横坐标为管路的实际长度。,第二章 等温输油管道的工艺计算,管段纵断面图,A,B,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.2 输油泵站的工作特性（P23） Hc=f（Q） 2.2.

15、1 离心输油泵的工作特性 （1）固定转速离心泵的工作特性 在恒定转速下，泵的扬程与排量（HQ）的变化关系称为泵的工作特性。另外，泵的工作特性还应包括功率与排量（NQ）特性和效率与排量（Q）特性。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,对固定转速的离心泵机组，可以由实测的几组扬程、排量数据，用最小二乘法回归泵机组的特性方程H=f（Q）。 为便于长输管道的应用，可近似表示为,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,(2)调速泵的工作特性 根据离心泵的相似原理，转速变化后的泵特性可用下式描述,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,(3)叶轮直径变化后的泵特性

16、在一定转速下，采用不同直径的叶轮，可以得到不同的泵特性。根据离心泵的切割定律，叶轮直径变化后的泵特性可用下式表示 叶轮切割量不能太大。否则切割定律失效，切割效率明显下降。（P26，表21）,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,(4)流体粘度对离心泵工作特性的影响 影响趋势 v H Q N h(xu) 换算准则和方法 当运动粘度在20106m2/s以内时，不需要换算; 当运动粘度大于20106m2/s时，泵的效率需要换算; 当运动粘度大于60106m2/s时，各项特性均需换算。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算

17、,(5)离心泵的允许汽蚀余量（NPSHR, h(xu) ） 汽蚀余量与吸上高度 油品蒸汽压的影响 试验表明，离心泵所要求的允许汽蚀余量，不仅决定于泵的结构特征，还和所输液体的组成及热力学性质密切相关。对同一结构的泵，所输液体的蒸气压愈高，泵所要求的允许汽蚀余量愈低。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.2.2 泵站的工作特性 泵站的工作特性 由多台泵机组共同工作的泵站，其工作特性根据机组的组合情况，由各台泵机组的工作特性曲线并联或串联相加而得。 并联机组：由并联泵机组特性并联相加，即同一扬程下，流量相加而得出泵站的特性曲线。 串联机组：同一流量下各串联机组扬程相加得到泵站特

18、性。 既串联又并联：同样根据上述的串并联的方法组合相加而得到泵站的特性曲线。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,泵站的工作特性方程 串联： 如果Ns台相同型号的泵串联: 并联：如果NP台相同型号的泵并联,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3 输油管道的压能损失（管道的工作特性） 压力能的消耗包括两部分: 克服地形高差所需的位能 克服摩阻损失 2.3.1 摩阻损失 摩阻损失包括两部分，一是油流通过直管段所产生的摩阻损失hl，简称沿程摩阻；二是油流通过各种阀件、管件所产生的摩阻损失，简称局部摩阻 。,输油管

19、道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,沿程摩阻 达西公式: 雷诺数： 相对当量粗糙度： e管壁的绝对当量粗糙度 （1）绝对当量粗糙度 指管内壁凸起高度的统计平均值。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,（2）不同流态区水力摩阻系数的计算(P34, 表2-2),粗糙区,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,几点说明： 1）管内壁绝对（当量）粗糙度e 无缝钢管 e= 0.06mm； 螺旋缝钢管 DN250DN350： e= 0.125mm， DN400以上： e= 0.10mm。 直缝钢管 e=0.054mm

20、。 2）临界雷诺数 Re1 由光滑区向混合区过渡的临界雷诺数； Re2 由混合区向粗糙区过渡的临界雷诺数。 3）当2000Re3000 时，按水力光滑区计算,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,（3）沿程摩阻公式分析 列宾宗公式 代入达西公式得 其中,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,不同流态的A、m、 （临界雷诺数近期计算公式）,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,摩阻公式分析： 哪个参数影响最大？,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,热原油管道上最常见的流态是水力光滑区；轻质油管道也多在水力光滑区；输送低粘油品的较小直径管道

21、可能进入混合摩擦区；热重油管道则以层流的情况居多。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,局部摩阻 （1）计算公式 式中管件或阀件的局部阻力系数； V流速，一般取阀件下游管内的平均流速。 管路系统中某些设备（如流量计、加热炉、换热器等）可视为局都阻力源。 （2）长输管道的站场（泵站、计量站、清管站或加热站等）相对于整个管道系统也可视为局部阻力。由于站场局部阻力相对于沿程摩阻较小，工艺计算时可以取一定值。,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,管道的压降计算 对管内径d和管长L一定的某管道，当输送一定量的某油品时，由起点至终点的总压降H可计算如下 2.3.2 管道的工

22、作特性 系指管径、管长一定的某管道，输送性质一定的某种油品时，管道压降H随流量Q变化的关系。 其数学关系式为：,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,管道的工作特性曲线 一条管道（d、L、Z 一定），输送一种油品（一定）时，有一条一定的特性曲线。当d、L、和中有一参数发生变化时，就有另一条特性曲线。 摩阻损失越大，曲线越陡。,图2-8 管道工作特性曲线,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,串连、并联管路的特性曲线,串联管道特性曲线,并联管道特性曲线,输油管道设计与管理,第二章 等温输油管道的工艺计算,2.3.3 水力坡降和水力坡降线 定义：单位长度管道的摩阻损失

23、管道全线压头损失可表示为 令： 式中 f 单位流量下，单位管道长度上的摩阻损失。 全线压头损失为,输油管道设计与管理,（1）副管的水力坡降 副管段： 前后主管段：,第二章 等温输油管道的工艺计算,输油管道设计与管理,（1）副管的水力坡降 如果 df=d，则,第二章 等温输油管道的工艺计算,输油管道设计与管理,（2）变径管的水力坡降 设变径管的水力坡降为 i0，则有 若主管和变径管流态相同，则 同样可写成,第二章 等温输油管道的工艺计算,输油管道设计与管理,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,输油管道设计与管理,水力坡降线的意义