输油管道工艺技术

1、1.冬季热油管道运行困难，而夏季时会好些，为什么？2. 存在入口节流时，油温测定点应设在节流前还是节流后？3. 不满负荷输送与不满管一样么？4. 如何实现安全经济输送？阿尔善阿尔善-赛汉赛汉塔拉原油管道塔拉原油管道在东北和华北地区，先后建成了庆铁在东北和华北地区，先后建成了庆铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了规模较线、抚鞍线和任京线，形成了规模较大的东北管网，担负了大庆油田、辽大的东北管网，担负了大庆油田、辽河油田、华北油田的原油外输任务。河油田、华北油田的原油外输任务。在华东华北地区，先后建成了鲁宁线、濮临线、在华东华北地区，先后建成

2、了鲁宁线、濮临线、沧临线、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、沧临线、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、东辛线、临济线，形成了规模较大的华东原油东辛线、临济线，形成了规模较大的华东原油管网，担负了胜利油田、中原油田的原油外输管网，担负了胜利油田、中原油田的原油外输任务。另外，已经停止运行的任沧线实际上已任务。另外，已经停止运行的任沧线实际上已将东北和华东两大管网连为一体。将东北和华东两大管网连为一体。在华中地区，魏荆线担负了河南油田的原在华中地区，魏荆线担负了河南油田的原油外输任务。在华南地区，湛茂线担负了油外输任务。在华南地区，湛茂线担负了茂名石化的供油任务。在内蒙境内阿赛线茂名石化的供油任务

3、。在内蒙境内阿赛线担负了二连油田的原油外输任务。担负了二连油田的原油外输任务。在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉玛依油田的原油外输任务；花格线担负了玛依油田的原油外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。四川油田管网四川油田管网马惠宁马惠宁线线花格花格线线魏荆线魏荆线输油管道工艺计算输油管道工艺计算目的目的： 2.确定管径、选泵、确定泵机组数、确定泵站数和加热确定

4、管径、选泵、确定泵机组数、确定泵站数和加热站数及沿线站场位置的最优组合方案，并为管道采用站数及沿线站场位置的最优组合方案，并为管道采用的控制和保护措施提供设计参数。的控制和保护措施提供设计参数。1.妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应这对妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应这对主要矛盾主要矛盾;第一章第一章 等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算什么叫等温输油管道什么叫等温输油管道 ？所谓等温输油管道，即指那些在输送过程中油温所谓等温输油管道，即指那些在输送过程中油温保持不变的管道。这意味着：油温保持不变的管道。这意味着：油温=地温地温=常数。常数。油流与管壁、管壁与环境之间没有

5、热交换。油流与管壁、管壁与环境之间没有热交换。 在工程实际中，这个条件一般是达不到的。所谓等温，在工程实际中，这个条件一般是达不到的。所谓等温，也是一种近似。这是因为：也是一种近似。这是因为：1、来油温度、来油温度地温。地温。 2、摩擦热加热油流。、摩擦热加热油流。 3、沿线地温不等于常数。、沿线地温不等于常数。 在工程实际中，一般总把那些不建设专门的加热设施的管在工程实际中，一般总把那些不建设专门的加热设施的管道统称为等温输油管道。它不考虑热损失，只考虑泵所提供的道统称为等温输油管道。它不考虑热损失，只考虑泵所提供的能量（压头）与消耗在摩阻和高差上的能量（压头）相匹配能量（压头）与消耗在摩阻

6、和高差上的能量（压头）相匹配（相平衡）。（相平衡）。 等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算夏季来油温度低于地温，冬季来夏季来油温度低于地温，冬季来油温度高于地温，但经过油温度高于地温，但经过1-2km后，油温基本等于地温，与整条后，油温基本等于地温，与整条管线相比，该段管线很短。管线相比，该段管线很短。流速不太高时，摩擦升流速不太高时，摩擦升温很小，且对油流的加温很小，且对油流的加热是均匀的。热是均匀的。尤其对于南北走向的管线，尤其对于南北走向的管线，但我们可以将其分段，按但我们可以将其分段，按照分段等温来考虑。照分段等温来考虑。 第一节第一节 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 第

7、二节第二节 输油管道的压能损失输油管道的压能损失 第三节第三节 等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算等温输油管道的工艺计算第一节第一节 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 一、长输管道的泵机组类型一、长输管道的泵机组类型 输油泵站的作用输油泵站的作用:不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用便、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。 长距离输油管道均采用离心泵，很少使用

8、其他类型的泵。长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。 离心泵的型式有两种：离心泵的型式有两种： 1.多级（高压）泵多级（高压）泵:排量较小排量较小,又称为并联泵；又称为并联泵； 2.单级（低压）泵单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。排量大，扬程低，又称为串联泵。 1、长输管道用泵长输管道用泵一般来说，输油泵站上均采用一般来说，输油泵站上均采用单一的并联泵单一的并联泵或或串联泵串联泵，很少串，很少串并联泵混合使用，有时可能在大功率并联泵或串联泵前串联低并联泵混合使用，有时可能在大功率并联泵或串联泵前串联低扬程大排量的扬程大排量的给油泵给油泵，以提高主泵的进泵压力。，以提高主

9、泵的进泵压力。 2、原动机、原动机 电动机电动机 柴油机柴油机 燃气轮机燃气轮机 输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为 ：电动机具有体积小、重量轻、噪音低、运行电动机具有体积小、重量轻、噪音低、运行平稳可靠、便于实现自动控制等优点，对于平稳可靠、便于实现自动控制等优点，对于电力供应充足的地区一般均采用电动机作为电力供应充足的地区一般均采用电动机作为原动机。其缺点是调速困难，需要专门的调原动机。其缺点是调速困难，需要专门的调速装置。但对于电网

10、覆盖不到的地区，是否速装置。但对于电网覆盖不到的地区，是否采用电动机要进行经济比较。如果需要架设采用电动机要进行经济比较。如果需要架设长距离输电线路，采用电动机是不合适的。长距离输电线路，采用电动机是不合适的。与电动机相比，柴油机有许多不足之处：与电动机相比，柴油机有许多不足之处：体积大、噪音大、运行管理不方便、易体积大、噪音大、运行管理不方便、易损件多、维修工作量大、需要解决燃料损件多、维修工作量大、需要解决燃料供应问题。其优点是可调速。对于未被供应问题。其优点是可调速。对于未被电网覆盖或电力供应不足的地区，采用电网覆盖或电力供应不足的地区，采用柴油机可能更为经济。柴油机可能更为经济。燃气轮

11、机单位功率的重量和体积都比柴油燃气轮机单位功率的重量和体积都比柴油机小得多，可以用油品和天然气作燃料，机小得多，可以用油品和天然气作燃料，不用冷却水，便于自动控制，运行安全可不用冷却水，便于自动控制，运行安全可靠，功率大，转速可调。一些退役的航空靠，功率大，转速可调。一些退役的航空发动机经改型后可用于驱动离心泵。对于发动机经改型后可用于驱动离心泵。对于偏远地区的大型油气管线，采用燃气轮机偏远地区的大型油气管线，采用燃气轮机可能是比较好的选择。如前面提到的横贯可能是比较好的选择。如前面提到的横贯阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃气轮机。气轮机。二、离心泵的工

12、作特性二、离心泵的工作特性 1、离心泵的特性方程、离心泵的特性方程 对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机，对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机，转速为常数。因此转速为常数。因此H=f(q)，扬程是流量的单值函数，一般扬程是流量的单值函数，一般可用二次抛物线方程表示。可用二次抛物线方程表示。 对于长输管道，常采用对于长输管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中的形式，其中a、b为常为常数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；m与流态有关；与流态有关；q为单泵排量。采用上式描述泵特性，与实测值的最大偏为单泵排量。采用上式描述泵特性，与实

13、测值的最大偏差差 2%。3、改变泵特性的方法、改变泵特性的方法 改变泵特性的方法主要有：改变泵特性的方法主要有： 1.切削叶轮切削叶轮 mmqDDbDDaH 2020a,b与叶轮直径与叶轮直径D0 对应的泵特性方程中对应的泵特性方程中的两个常系数的两个常系数mm,0变化前后的叶轮直径、式中：DD2.改变泵的转速改变泵的转速 mmqnnbnnaH 2020n调速后泵的转速，调速后泵的转速，r/min n0调速前泵的转速，调速前泵的转速，r/mina,b与转速与转速n0 对应的泵特性方程中的两个对应的泵特性方程中的两个常系数常系数式中：式中：输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性3.进口负压调节进口

14、负压调节 进口负压调节一般只用于小型离心泵，大型离心泵一般要求进口负压调节一般只用于小型离心泵，大型离心泵一般要求正压进泵，不能采用此方法。多数采用切削叶轮和改变泵的正压进泵，不能采用此方法。多数采用切削叶轮和改变泵的转速（串级调速和液力藕合器等）。另外对于多级泵还可用转速（串级调速和液力藕合器等）。另外对于多级泵还可用拆级的方法改变泵特性。拆级的方法改变泵特性。4.油品粘度对离心泵特性的影响油品粘度对离心泵特性的影响 一般当粘度大于一般当粘度大于6010-6m2/s时要进行泵特性的换算。时要进行泵特性的换算。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性1、进口负压对离心泵的特性有何影响？、进口负压对

15、离心泵的特性有何影响？3、泵的扬程和泵的排出压力有何不同？、泵的扬程和泵的排出压力有何不同？2、进口负压对输水和输油时的影响相同吗？、进口负压对输水和输油时的影响相同吗？输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性三、输油泵站的工作特性三、输油泵站的工作特性 输油泵站的工作特性可用输油泵站的工作特性可用H=f(Q)表示表示 输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联 1、并联泵站的工作特性、并联泵站的工作特性QHc q2 q1并联泵站的特点并联泵站的特点 ：泵站的流量等于正在运行的输油泵的流量之和，每台泵的泵站的流量等于正在运行的输油泵的流量之和，每台泵的扬程

16、均等于泵站的扬程。即：扬程均等于泵站的扬程。即： mmcbqaBQAH 22输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 qQ设有设有n1台型号相同的泵并联，即台型号相同的泵并联，即 1/nQq mmmcQnbanQbaH 22121 A=a bnBm 211注意注意 ：泵并联运行时，在改变运行的泵机组数时，要防止电泵并联运行时，在改变运行的泵机组数时，要防止电机过载。机过载。则：则：输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性例如两台泵并联时，若一台泵停运，由例如两台泵并联时，若一台泵停运，由特性曲线知，单泵的排量特性曲线知，单泵的排量qQ/2，排量排量增加，功率上升，电

17、机有可能过载。增加，功率上升，电机有可能过载。H管路管路单泵单泵并联并联QqQ/22、串联泵站的工作特性、串联泵站的工作特性 Q Hc q2,H2 q1,H1输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 各泵流量相等，各泵流量相等，q=Q icHH设有设有n2台型号相同的泵串联，则：台型号相同的泵串联，则： mcbQnanHnH 2222bnBanA22 ， 泵站扬程等于各泵扬程之和：泵站扬程等于各泵扬程之和：特点：特点：1、两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会、两台泵串联运行，若一台泵停运，另一台泵会不会过载？通过泵与管路联合工作的特性曲线不会过载？通过泵与管路联合工作的特性曲线图加以说明。图加

18、以说明。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性2、若泵型号不同，如何求泵站的工作特性？、若泵型号不同，如何求泵站的工作特性？3.串、并联泵机组数的确定串、并联泵机组数的确定 选择泵机组数的原则主要有四条：选择泵机组数的原则主要有四条： 满足输量要求；满足输量要求；充分利用管路的承压能力；充分利用管路的承压能力；泵在高效区工作；泵在高效区工作；泵的台数符合规范要求（不超过四台）。泵的台数符合规范要求（不超过四台）。 并联泵机组数的确定并联泵机组数的确定qQn 其其中中 :Q为设计输送能力，为设计输送能力， q为单泵的额定排量为单泵的额定排量 。显然显然 不一定是整数不一定是整数 ，只能取与之相近的

19、整数，这就是泵机，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。组数的化整问题。 n如果管线的发展趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。如果管线的发展趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。一般情况下要向大化。一般情况下要向大化。 由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬程）则要根据管路的设计工作压力确定。另外根据规范规定，程）则要根据管路的设计工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。泵站至少设一台备用泵。 串联泵串联泵 HHn 其中：其中：H 为管路的许用强度（或设计工作压力）为管路的许用强度（或设计工作压力）

20、 H 为单泵的额定扬程。为单泵的额定扬程。 一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力可一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力可能超过管子的许用强度，是很危险的。而且向大化后，泵站能超过管子的许用强度，是很危险的。而且向大化后，泵站数将减少，开泵方案少，操作不灵活。串联泵的额定排量根数将减少，开泵方案少，操作不灵活。串联泵的额定排量根据管线设计输送能力确定。据管线设计输送能力确定。4.串、并联组合形式的确定串、并联组合形式的确定 从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地区和下坡段，这种情况下管路特性较陡，所以也可以

21、说串区和下坡段，这种情况下管路特性较陡，所以也可以说串联泵更适合于管路特性较陡的情况。这一点可以用如图所联泵更适合于管路特性较陡的情况。这一点可以用如图所示的特性曲线解释。示的特性曲线解释。 从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵的效率一般只有的效率一般只有70%左右，而串联泵的效率可达左右，而串联泵的效率可达90%。串。串联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积大，故泵损失小，效率高。大，故泵损失小，效率高。 Q1 Q2ABC h1h2并联并联串联串联并联单泵并联单泵串联

22、单泵串联单泵HQ平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较如图所示如图所示, 正常运行时正常运行时, 串并联泵均需两台泵工作串并联泵均需两台泵工作, 工作点为工作点为A, 流量流量为为Q1。当需将输量降为当需将输量降为Q2=1/2Q1时时, 串并联泵均只开一台泵即可。工串并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为作点分别为B、C。串联泵的节流损失为串联泵的节流损失为h1, 并联泵的节流损失为并联泵的节流损失为h2, 显然显然h2h1, 因此采用串联泵较经济，可适应输量的较大变化。因此采用串联泵较经济，可适应输量的较大变化。输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性并联泵更适合

23、于地形比较陡、高差比较大的爬坡地区，此时并联泵更适合于地形比较陡、高差比较大的爬坡地区，此时站间管道较短，管路特性较平，泵所提供的能量主要用于克站间管道较短，管路特性较平，泵所提供的能量主要用于克服很大的位差静压头。服很大的位差静压头。 并联并联 Q2 Q1ABC h1 h2串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ上坡段串联泵与并联泵的比较上坡段串联泵与并联泵的比较如图所示如图所示, 正常运行时正常运行时, 串并联泵均需两台泵工作串并联泵均需两台泵工作, 工作点为工作点为A, 流量流量为为Q1。当需将输量降为当需将输量降为Q2=1/2Q1时时, 并联泵只开一台泵即可并联泵只开一台泵即可,节

24、流损节流损失为失为h1, 而串联泵仍需开两台泵，节流损失为而串联泵仍需开两台泵，节流损失为h2, 显然显然h2h1, 因因此，对于管路特性较平（高差较大）的情况，并联泵更能适应流量此，对于管路特性较平（高差较大）的情况，并联泵更能适应流量的较大变化。的较大变化。 串联泵便于实现自动控制和优化运行。串联泵便于实现自动控制和优化运行。国内早期管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而我国国内早期管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而我国大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损失大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改造大，调节困难，不易

25、实现密封输送。因此，东部管线改造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流程的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流程为密闭流程，实行优化运行。为密闭流程，实行优化运行。 不存在超载问题不存在超载问题调节方便调节方便流程简单流程简单调节方案多调节方案多输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性一、管路的压降计算一、管路的压降计算根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为： QjLzzhhH 其中：其中：hL为沿程摩阻为沿程摩阻 h为局部摩阻为局部摩阻 (zj-zQ) 为计算高程差为计算高程差 第二节第二节 输油管道的压能损失输油管道的压能损失

26、二、水力摩阻系数的计算二、水力摩阻系数的计算 计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 。达西公式达西公式 ：gVDLhL22 对于一条给定的长输管道，对于一条给定的长输管道，L和和D都是已知的，输量（或都是已知的，输量（或流速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻流速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数系数 。 1、流态划分和输油管道的常见流态、流态划分和输油管道的常见流态 层流：层流：Re 2000 过渡流：过渡流：2000 Re3000 紊流光滑区：紊流光滑区：3000ReRe1 （简称光滑区）简称光滑区） 紊流混合

27、摩擦区：紊流混合摩擦区：Re1Re2 （简称粗糙区）简称粗糙区）流态划分标准是：流态划分标准是：其中：其中：输油管道中所遇到的流态一般为：输油管道中所遇到的流态一般为： 热含蜡原油管道、大直径轻质成品油管道：热含蜡原油管道、大直径轻质成品油管道：水力光滑区水力光滑区 小直径轻质成品油管道：小直径轻质成品油管道：混合摩擦区混合摩擦区 高粘原油和燃料油管道：高粘原油和燃料油管道：层流区层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区。长输管道一般很少工作在粗糙区。7817 .59Re lg765665Re2 De2 输油管道的压能损失输油管道的压能损失2、管壁粗糙度的确定、管壁粗糙度的确定 管壁粗糙度管壁粗糙

28、度 ：1.相对粗糙度相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值：绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或或2e/D)。 2.绝对粗糙度绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。：管内壁面突起高度的统计平均值。紊流各区分界雷诺数紊流各区分界雷诺数Re1、Re2及水力摩阻系数都与管壁粗糙及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关。我国输油管道工程设计规范中规定的各种管子度有关。我国输油管道工程设计规范中规定的各种管子的绝对粗糙度如下：的绝对粗糙度如下： 无缝钢管：无缝钢管：0.06mm直缝钢管：直缝钢管：0.054mm 螺旋焊缝钢管：螺旋焊缝钢管：DN=250350时取时取0.125mm DN400时取时取0.1mm3

29、、水力摩阻系数的计算、水力摩阻系数的计算 我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。 流态流态 划分范围划分范围 f(Re,) 层流层流 Re2000 =64/Re紊紊流流水力光滑区水力光滑区 3000ReRe1=混合摩擦区混合摩擦区 ReRe2=7/87 .597/87 .59 lg765665 51.2Relg21 25. 0Re3164. 0 时时当当510Re 11.14 .7Re8 .6lg8 .11 lg274. 11 由各区的由各区的计算公式可以看出：计算公式可以看出：紊流光滑区紊流光滑区: 层流边层厚度层流边层厚度ee，只与只与Re

30、有关，与粗糙度有关，与粗糙度无关；无关； 混合摩擦区：混合摩擦区： ee，=f(Re,e/D)，与与Re和粗糙度有关；和粗糙度有关；完全粗糙度区完全粗糙度区： 层流边层很薄，粗糙突起几乎全部暴露于层层流边层很薄，粗糙突起几乎全部暴露于层流边层之外，流边层之外，只与只与e/D有关，而与有关，而与Re无关，无关，摩阻与流速（流量）的平方成正比，故粗糙摩阻与流速（流量）的平方成正比，故粗糙区又叫阻力平方区。区又叫阻力平方区。输油管道的压能损失输油管道的压能损失三、流量压降综合计算公式三、流量压降综合计算公式列宾宗公式列宾宗公式 1、列宾宗公式、列宾宗公式 LDQvhmmmL 52 mARe DQ4R

31、e 24DQV 代入达西公式代入达西公式、和和把把令令gAmm 248 LDQgAhmmmmmL 52248 整理得整理得即得到列宾宗公式：即得到列宾宗公式： 627. 0lg127. 010 de 流态流态Am 层流层流 64 1 4.15紊紊流流水力光滑区水力光滑区 0.3164 0.25 0.0246混合摩擦区混合摩擦区 0.123 0.0802A粗糙区粗糙区00.0826不同流态下的不同流态下的A、m、值值输油管道的压能损失输油管道的压能损失四、管路的水力坡降四、管路的水力坡降 定义：定义：管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用用 i 表示：表示

32、： mmmDQi 52 gVDi212 或或1、等温输油管的干线水力坡降、等温输油管的干线水力坡降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。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。ABC hLLimmDvf 5 mfQi 2在计算和分析中经常用到单位输量在计算和分析中经常用到单位输量(Q=1)的的水力坡降水力坡降f，即单位流量下、单位管道长度，即单位流量下、单位管道长度上的摩阻损失：上的摩阻损失：2、副管的水力坡降、副管的水力坡降 iiif 或或 i1D、Q、iD、Q1、i1D、Q2、ifD、Q、iLf21QQQ fii 1特点：特点：11)2(252

33、11 mmmfmfDDQQiiiimfQQiiii 211假设副管与主管流态相同，则有假设副管与主管流态相同，则有mfmmmmmDQDQ522521即fii 11252QDDQmmf 从从而而得得125211QDDQQQmmf 输油管道的压能损失输油管道的压能损失由于由于 10.0高蜡原油特点高蜡原油特点对管道输送的影响对管道输送的影响低温流变性差低温流变性差温度较低时为非牛顿流体，表观粘度大，温度较低时为非牛顿流体，表观粘度大，常温输送摩阻损失很大，经济性差。常温输送摩阻损失很大，经济性差。凝点高，一般在环境温度下就失去流动性，凝点高，一般在环境温度下就失去流动性，无法常温输送。无法常温输送

34、。停输后再启动问题。停输后再启动问题。结蜡结蜡流通截面减少，摩阻增大，管道输送能力流通截面减少，摩阻增大，管道输送能力降低；存在蜡堵的风险。降低；存在蜡堵的风险。加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算稠油的特点稠油的特点胶质、沥青质含量高，凝固点低，通常低于胶质、沥青质含量高，凝固点低，通常低于0；牛顿流体，粘度很大，常温输送摩阻非常高，经济性牛顿流体，粘度很大，常温输送摩阻非常高，经济性差差。 加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算对于上述易凝高粘原油，不能直接采用等温输送。对于上述易凝高粘原油，不能直接采用等温输送。加热输送是目前常用的方法：提高油品温度以降低加热输送是目前常用

35、的方法：提高油品温度以降低其粘度，减少摩阻损失，借消耗热能来节约动能。其粘度，减少摩阻损失，借消耗热能来节约动能。第一节第一节 热油管道的温降计算热油管道的温降计算 第二节第二节 热油管道的摩阻计算热油管道的摩阻计算第三节第三节 确定和布置加热站、泵站确定和布置加热站、泵站本章主要内容本章主要内容一、加热输送的特点一、加热输送的特点什么是热油管道？什么是热油管道？在输送过程中沿线油温高于地温的输油管道。在输送过程中沿线油温高于地温的输油管道。一般来说，其沿线的油温不仅高于地温而且还高于一般来说，其沿线的油温不仅高于地温而且还高于油品的凝点。油品的凝点。 第一节第一节 热油管道的温降计算热油管道

36、的温降计算与等温管相比，热油管道的特点是：与等温管相比，热油管道的特点是： 沿程的能量损失包括热能损失和压能损失两部分。沿程的能量损失包括热能损失和压能损失两部分。 热能损失和压能损失互相联系，且热能损失起主导作用热能损失和压能损失互相联系，且热能损失起主导作用。设计热油管道时，要先进行热力计算，然后进行水力设计热油管道时，要先进行热力计算，然后进行水力计算。这是因为摩祖损失的大小取决于油品的粘度，计算。这是因为摩祖损失的大小取决于油品的粘度，而油品的粘度则取决于输送温度的高低。而油品的粘度则取决于输送温度的高低。 沿程油温不同，油流粘度不同，沿程水力坡降不是常数沿程油温不同，油流粘度不同，沿

37、程水力坡降不是常数，iconst。一个加热站间，距加热站越远，油温越低，粘一个加热站间，距加热站越远，油温越低，粘度越大度越大 ，水力坡降越大。，水力坡降越大。 加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算温降曲线的特点：由图可知：温降曲线的特点：由图可知： 温降曲线为一指数曲线，渐近温降曲线为一指数曲线，渐近线为线为 T=T0在两个加热站之间的管路上，各在两个加热站之间的管路上，各处的温度梯度不同，加热站出口处的温度梯度不同，加热站出口处，油温高，油流与周围介质的处，油温高，油流与周围介质的温差大，温差大，温降快，曲线陡。温降快，曲线陡。随油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温度的提随

38、油流的前进，温降变慢，曲线变平。因此随出站温度的提高，下一站的进站油温高，下一站的进站油温 TZ 变化较小。变化较小。T0TLdLTRT0二、热油管道沿程温降计算二、热油管道沿程温降计算 aLRLebTTbTT 00)(2. 温度参数的确定温度参数的确定 加热站出站油温的选择加热站出站油温的选择考虑到原油中难免含水，加热温度一般不超过考虑到原油中难免含水，加热温度一般不超过100。如原油加热后进泵，则其加热温度不应高于初馏点，以如原油加热后进泵，则其加热温度不应高于初馏点，以免影响泵的吸入。免影响泵的吸入。 加热站进站油温的选择加热站进站油温的选择加热站进站油温主要取决于经济比较，故其经济进站

39、温加热站进站油温主要取决于经济比较，故其经济进站温度常略高于凝点。另外还必须考虑管道的停输温降和再度常略高于凝点。另外还必须考虑管道的停输温降和再启动问题。启动问题。 周围介质温度周围介质温度 T0 的确定的确定对于架空管道对于架空管道，T0 就是周围大气的温度。就是周围大气的温度。对于埋地管道，对于埋地管道，T0 则取管道埋深处的土壤自然温度。则取管道埋深处的土壤自然温度。设计热油管道时设计热油管道时, T0一般取管道中心埋深处的最低月平一般取管道中心埋深处的最低月平均地温，均地温，运行时按当时的实际地温进行校核。运行时按当时的实际地温进行校核。加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算3

40、. 轴向温降公式的应用轴向温降公式的应用 设计时确定加热站间距设计时确定加热站间距(加热站数加热站数)设计时，设计时，L、D、G、K、C、T已定已定, 按上述原则选定按上述原则选定TR和和 TZ ，则加热站间距为则加热站间距为:bTTbTTDKGCLZRR 00ln 全线所需加热站数全线所需加热站数: RRLLn ,化整化整nR设计的加热站间距为设计的加热站间距为: RRnLL ,然后重新计算然后重新计算TR。 运行中计算沿程温降运行中计算沿程温降, 特别是计算为保持要求的终点温特别是计算为保持要求的终点温度度 TZ 所必须的加热站出口温度所必须的加热站出口温度 TR 。 校核站间允许的最小输

41、量校核站间允许的最小输量Gmin bTTbTTCDLKGZRR00ln加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算最小输量最小输量Gmin minmaxZZRRTTTT 、当当及站间其它热力参数即及站间其它热力参数即T0、D、K、LR一定时，对应于一定时，对应于TRmax、Tzmin的输量即为该热力的输量即为该热力条件下允许的最小输量条件下允许的最小输量:bTTbTTCDLKGZRR 0min0maxminln 加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算 运行中反算总传热系数运行中反算总传热系数 K 值值 bTTbTTDLGCKZRR 00ln 由于温降公式是按照稳定工况导出的，因此反算由于

42、温降公式是按照稳定工况导出的，因此反算K值时，值时，应取水力和热力参数比较稳定情况下的数据。如果输量应取水力和热力参数比较稳定情况下的数据。如果输量波动较大，油温不稳定或有自然现象影响波动较大，油温不稳定或有自然现象影响(如冷空气前后如冷空气前后,大雨前后等大雨前后等)，管线的传热相当不稳定，按稳定传热公式，管线的传热相当不稳定，按稳定传热公式反算出来的反算出来的K值误差较大。当然生产管线的参数波动总是值误差较大。当然生产管线的参数波动总是存在的存在的, 只能相对而言。只能相对而言。加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算反算反算K值的目的值的目的: 积累运行资料积累运行资料,为以后设计新

43、管线提供选择为以后设计新管线提供选择K值的依据值的依据. 通过通过K值的变化值的变化,了解沿线散热及结蜡情况了解沿线散热及结蜡情况,帮助指导生产。帮助指导生产。若若K，如果此时如果此时Q，H，则说明管壁结蜡可能较则说明管壁结蜡可能较严重，应采取清蜡措施。严重，应采取清蜡措施。 若若K，则可能是地下水位上升，或管道覆土被破坏、，则可能是地下水位上升，或管道覆土被破坏、保温层进水等。保温层进水等。 :则油流经过泵的升温为则油流经过泵的升温为 11 CgHT加热输送管道的工艺计算加热输送管道的工艺计算4、油流过泵的温升、油流过泵的温升例如例如: 对于扬程为对于扬程为500m, p=70%的离心泵，原

44、油经泵的离心泵，原油经泵的温升约为的温升约为1。 阀门节流引起的温升可按摩阻引起温升同样的方法计算：阀门节流引起的温升可按摩阻引起温升同样的方法计算： CgT/节节节节 三、热力计算所需的主要物性参数三、热力计算所需的主要物性参数1、比热容、比热容我国含蜡原油的比热容随温度的变化趋势均可用下图所我国含蜡原油的比热容随温度的变化趋势均可用下图所示的曲线描述，示的曲线描述，2.导热系数导热系数液态石油产品的导热系数随温度而变化，可按下式计算液态石油产品的导热系数随温度而变化，可按下式计算 1543/1054. 01137. 0dTy 式中：式中： y油品在油品在 T 时的导热系数，时的导热系数，w

45、/m；T 油温，油温，；d415油品在油品在15的相对密度。的相对密度。3.粘度粘度粘温指数关系式粘温指数关系式 2121TTue 式中：式中： 1、2温度温度 T1、T2 时油品的运动粘度时油品的运动粘度u 粘温指数粘温指数该式适用于低粘度的成品油及部分重燃料油，不适用于该式适用于低粘度的成品油及部分重燃料油，不适用于含蜡原油。不同的油品有不同的含蜡原油。不同的油品有不同的 u 值，一般规律是低粘值，一般规律是低粘度的油度的油u 值小，约在值小，约在0.010.03之间；高粘度的油之间；高粘度的油u值大，值大，约在约在0.060.10之间之间3035404550101001000 管流 实验

46、装置旋转 粘度计温度 ()(mPas) s90 s70 s40 gs90.98 gs66.93 gs43.92)20(20 TT 20001315. 0825. 1 式中：式中： T、 20为为T和和20时的密度。时的密度。 4.油品密度油品密度四、热油管道的总传热系数四、热油管道的总传热系数K 管道总传热系数管道总传热系数K系指油流与周围介质温差系指油流与周围介质温差1时，单位时时，单位时间内通过管道单位面积所传递的热量。它表示了油流向周间内通过管道单位面积所传递的热量。它表示了油流向周围介质散热的强弱围介质散热的强弱 。以埋地管道为例，管道散热的传热过程由三部分组成：即以埋地管道为例，管道

47、散热的传热过程由三部分组成：即油流至管壁的放热，钢管壁、防腐绝缘层或保温层的热传油流至管壁的放热，钢管壁、防腐绝缘层或保温层的热传导和管外壁至周围土壤的传热（包括土壤的导热和土壤对导和管外壁至周围土壤的传热（包括土壤的导热和土壤对大气和地下水的放热）。大气和地下水的放热）。传热学上常用单位管长上的传热系数传热学上常用单位管长上的传热系数KL 。KL与与K的关系的关系为：为： KL =K D，w/m。它表示油流与周围介质温差为它表示油流与周围介质温差为1时，单位时间内每米管时，单位时间内每米管长所传递的热量。它等于单位管长长所传递的热量。它等于单位管长 RL 热阻的倒数。热阻的倒数。加热输送管道

48、的工艺计算加热输送管道的工艺计算埋地管道总传热系数K的选用东北华北地区： 43)/(Dht8 . 125. 1 720K管道w/m2.32)/(Dht1 . 24 . 1 720K管道w/m2.6 . 28 . 1 529K管道w/m2.（参阅教材第七章相关内容）（参阅教材第七章相关内容）一、输油站工艺流程一、输油站工艺流程输油站的工艺流程，是指油品在站内的流动过程，实际输油站的工艺流程，是指油品在站内的流动过程，实际上就是站内管道、管件、阀门所组成的，并与其它输油上就是站内管道、管件、阀门所组成的，并与其它输油设备（包括泵机组、加热炉和油罐）相连的输油管道系设备（包括泵机组、加热炉和油罐）相

49、连的输油管道系统。该系统决定了油品在站内可能流动的方向、输油站统。该系统决定了油品在站内可能流动的方向、输油站的性质和所承担的任务。的性质和所承担的任务。 1、工艺流程设计原则、工艺流程设计原则第四节第四节 热泵站的几个问题热泵站的几个问题 (1) 工艺流程要满足各输油生产环节的需要。工艺流程要满足各输油生产环节的需要。输油管建成后，存在三个生产环节：试运投产、正输油管建成后，存在三个生产环节：试运投产、正常输油和停输再启动。常输油和停输再启动。(2) 中间输油泵站的工艺流程要和采用的输送方式中间输油泵站的工艺流程要和采用的输送方式(开式、开式、闭式闭式)相适应；相适应；(4) 经济、节约；经

50、济、节约；(5) 能促使采用最新科学技术成就，不断提高输油水平。能促使采用最新科学技术成就，不断提高输油水平。2、输油站主要流程及其应用范围、输油站主要流程及其应用范围(3) 便于事故处理和检修；便于事故处理和检修；(1) 来油与计量流程来油与计量流程来油来油流量计流量计阀组阀组罐罐该流程仅存在于首、末站，用于与该流程仅存在于首、末站，用于与 外系统的油品交接计量。外系统的油品交接计量。(2) 站内循环流程站内循环流程 罐罐泵泵炉炉阀组阀组罐罐应用范围：应用范围： 管道投产时作站内联合试运；管道投产时作站内联合试运；输油干管发生故障或检修，防止站内系统的管道或设备凝油；输油干管发生故障或检修，

51、防止站内系统的管道或设备凝油；下站罐位超高或发生冒罐事故，本站罐位超低或发生抽空现象；下站罐位超高或发生冒罐事故，本站罐位超低或发生抽空现象； 本站出站压力紧急超压；本站出站压力紧急超压； 作为流程切换时的过渡流程。作为流程切换时的过渡流程。(3) 正输流程正输流程 先泵后炉流程：先泵后炉流程： 罐罐阀组阀组泵泵炉炉阀组阀组下站下站(首站首站) 上站来油上站来油阀组阀组泵泵炉炉阀组阀组下站下站(中间站中间站)先炉后泵流程先炉后泵流程： 罐罐给油泵给油泵阀组阀组炉炉泵泵阀组阀组下站下站(首站首站) 上站来油上站来油阀组阀组炉炉泵泵阀组阀组下站下站(中间站中间站)用于管线的正常输油。用于管线的正常

52、输油。 应用范围：应用范围： 因各种原因使停输时间过长，需反输活动管线。因各种原因使停输时间过长，需反输活动管线。 管道输量太低，必须正反输交替运行。管道输量太低，必须正反输交替运行。 清管器在进站管段受阻需进行反冲。清管器在进站管段受阻需进行反冲。 投产前管子预热。投产前管子预热。 先泵后炉流程：先泵后炉流程：下站来油下站来油阀组阀组泵泵炉炉阀组阀组上站上站 先炉后泵流程先炉后泵流程：下站来油下站来油阀组阀组炉炉泵泵阀组阀组上站上站(4) 反输流程反输流程 上站来油上站来油阀组阀组炉炉阀组阀组下站下站应用范围：应用范围： 输量较小；输量较小； 输油机组发生故障不能加压；输油机组发生故障不能加

53、压； 供电系统发生故障或计划检修；供电系统发生故障或计划检修； 站内低压系统的管道或设备检修；站内低压系统的管道或设备检修； 作为流程切换时的过渡流程；作为流程切换时的过渡流程； 冷却水系统中断，使输油泵机组润滑得不到保证。冷却水系统中断，使输油泵机组润滑得不到保证。(5) 压力越压力越站站流程流程 上站来油上站来油阀组阀组下站下站应用范围：应用范围：加热炉管破裂着火，无法切断油源加热炉管破裂着火，无法切断油源;加热炉看火间着火，无法进入处理加热炉看火间着火，无法进入处理;非全越站不能进行站内管道、设备施工检修或事故处理。非全越站不能进行站内管道、设备施工检修或事故处理。(6) 全越全越站站流

54、程流程上站来油上站来油阀组阀组泵泵阀组阀组下站下站应用范围：应用范围： 停炉检修；停炉检修； 地温高，输量大，热损失小，可不加热；地温高，输量大，热损失小，可不加热； 加热炉系统发生故障，但可以断油源。加热炉系统发生故障，但可以断油源。(7) 热力越站流程热力越站流程(8) 收发清管器流程收发清管器流程发送清管器：发送清管器： 罐罐(或上站或上站)阀组阀组泵泵炉炉阀组阀组发送筒发送筒下站下站 罐罐(或上站或上站)阀组阀组炉炉泵泵阀组阀组发送筒发送筒下站下站接收清管器：接收清管器： 上站上站接收筒接收筒阀组阀组泵泵炉炉阀组阀组下站下站 上站上站接收筒接收筒阀组阀组炉炉泵泵阀组阀组下站下站该流程只

55、有在清管时才使用。该流程只有在清管时才使用。以上几个工艺流程并非每一个生产过程都使用，也不以上几个工艺流程并非每一个生产过程都使用，也不是每个站都具备，要根据各条管线及输油站的具体情是每个站都具备，要根据各条管线及输油站的具体情况选择。况选择。 二、热泵站上先泵后炉流程的缺点二、热泵站上先泵后炉流程的缺点热泵站上，站内流程可以是热泵站上，站内流程可以是“先泵后炉先泵后炉”也可以是也可以是“先炉先炉后泵后泵”流程。我国流程。我国70年代建设的管道大多采用先泵后炉流年代建设的管道大多采用先泵后炉流程。程。“先泵后炉先泵后炉”流程存在以下缺点：流程存在以下缺点：1、进泵油温低，泵效低、进泵油温低，泵

56、效低 进泵油温即为上站来油的进站油温，是站间最低温度。进泵油温即为上站来油的进站油温，是站间最低温度。由于原油粘度高，使泵效下降。如任丘原油由于原油粘度高，使泵效下降。如任丘原油60时粘度时粘度为为34m2/s，40时为时为80m2/s，泵效下降，泵效下降0.8，大庆原油，大庆原油，油温从油温从60降到降到30，泵效降低，泵效降低1.8。站内管线常年在低温下运行，又无法在站内清管，结蜡站内管线常年在低温下运行，又无法在站内清管，结蜡层较厚，流通面积减小，使站内阻力增加，造成电能的层较厚，流通面积减小，使站内阻力增加，造成电能的极大浪费。如一条年输量极大浪费。如一条年输量2000万吨的管线，若一

57、个站的万吨的管线，若一个站的站内损失增加站内损失增加10m油柱，则一个站全年多耗电约油柱，则一个站全年多耗电约80万度。万度。2、站内油温低，管内结蜡严重，站内阻力大、站内油温低，管内结蜡严重，站内阻力大3、加热炉承受高压，投资大，危险性大、加热炉承受高压，投资大，危险性大 加热炉内压力为泵的出口压力，高达加热炉内压力为泵的出口压力，高达6.0MPa，炉管及，炉管及附件都处于高压下工作，钢材耗量大，投资增加，加热附件都处于高压下工作，钢材耗量大，投资增加，加热炉在高压下工作，易出事故，且难以处理，严重时可能炉在高压下工作，易出事故，且难以处理，严重时可能引起加热炉爆炸。引起加热炉爆炸。我国过去

58、建设的管道采用先泵后炉的流程，是与旁接罐流我国过去建设的管道采用先泵后炉的流程，是与旁接罐流程分不开的。在旁接罐流程下，若采用先炉后泵，则进站程分不开的。在旁接罐流程下，若采用先炉后泵，则进站压力较低，加热炉受上一站的控制。目前我国有些管线已压力较低，加热炉受上一站的控制。目前我国有些管线已经将先泵后炉的流程改为先炉后泵流程。新设计的管线，经将先泵后炉的流程改为先炉后泵流程。新设计的管线，不论是采用不论是采用“泵到泵泵到泵”输送还是采用输送还是采用“旁接罐旁接罐”输送，都输送，都应设计为先炉后泵流程，但进站压力一定要满足加热炉工应设计为先炉后泵流程，但进站压力一定要满足加热炉工作压力的需要。作

59、压力的需要。三、直接加热和间接加热三、直接加热和间接加热加热输送是目前输送含蜡多、粘度大、凝点高的原油的普遍方加热输送是目前输送含蜡多、粘度大、凝点高的原油的普遍方法。对原油的加热主要有两种方式：直接加热和间接加热。法。对原油的加热主要有两种方式：直接加热和间接加热。 1、直接加热、直接加热 即原油直接在即原油直接在管管式加热炉内加热，炉膛四周并列排有炉管，式加热炉内加热，炉膛四周并列排有炉管，原油从管内流过，被火焰和烟气直接加热。原油从管内流过，被火焰和烟气直接加热。 加热炉直接加热油品，设备简单，投资省，占地少，但热加热炉直接加热油品，设备简单，投资省，占地少，但热效率低且不安全。加热炉炉

60、膛温度高达效率低且不安全。加热炉炉膛温度高达700-800以上，以上，若管内原油流速过低或偏流，在某个部位就可能发生过热、若管内原油流速过低或偏流，在某个部位就可能发生过热、结焦，从而使局部过热更严重，容易引起烧穿炉管事故，结焦，从而使局部过热更严重，容易引起烧穿炉管事故，运行时要求炉内保持一定的流速，但流速大又会使炉内的运行时要求炉内保持一定的流速，但流速大又会使炉内的压降增大，一般压降增大，一般炉内压降炉内压降都在都在0.1MPa左右。左右。我国过去所建管线使用的加热炉多为方箱式加热炉，我国过去所建管线使用的加热炉多为方箱式加热炉，炉炉膛大、热惯性大，升温降温都需要较长的时间，一膛大、热惯