等温输油管道大作业

等温输油管道大作业内容：拟建一条长690公里，年输量为600万吨的轻质油管线。已知原始资料：①管路埋深1.5米处的月平均地温：月份123456789101112地温℃6.355.910.314.917.419.821.120.818.313.58.6②油品密度ρ20=867.5kg/m3③油品的粘温特性：温度（℃）510152025粘度（10-6米2/秒）30.222.618.815.813.5④可选用的离心泵型号规格：(P24)或按照最新的泵机组样本进行选择(网上搜索或图书馆查阅相关手册)。⑤首站进口压头取ΔH1=45m，站内摩阻取15m。⑥管材选用见P64和附录一、附录二。⑦线路高程：桩号1234567891011里程（km）019124190290335438484554635696高程（km）51760874559640751353635331717设计要求：（提示：先采用手算，步骤熟悉后再采用电算。作业本中要体现手算过程。）1）合理选择泵型号和泵站的组合方式，并查有关资料作所选型号的泵在输此油品时特性数据的换算；2）选取合适的管径，计算壁厚并取整，然后计算管道的承压能力和对应的允许最大出站压头；3）取管道的当量绝对粗糙度e=0.03mm，计算所需的泵站数；4）将计算的泵站数取大化整，然后提出三项经济可行的措施使输量保持不变，并对每种措施作相应的计算（双号学生选作）。5）将计算的泵站数取小化整，分别计算所需副管的长度（管径与主管相同）、大一个等级的变径管长度、大两个等级的变径管长度，并进行管材耗量的比较（单号学生选作）6）校核:夏季高温时和冬季低温时各站的进、出站压力,并调整站址；7）设副管敷设在首站出口位置，求第一站间动水压头Hx的表达式，并检查全线动水压头和静水压头；8）求管道系统的最大和最小输量及相应的电机的总输出功率已知参数：管长，年输量20℃时油品密度：基本量求解：根据已知12个月平均温度求得年平均温度：已知夏季最高温度：；冬季最低温度：A.计算油品密度根据公式：其中，年平均温度下，油品密度：2）夏季最高温度下，油品密度：3）冬季最低温度下，油品密度：B.计算油品体积流量考虑到管道维修及事故等因素，年输时间按350d（8400h）计算：年平均温度下，油品体积流量：夏季最高温度下，油品体积流量：冬季最低温度下，油品体积流量：C.计算油品粘度根据已给温度与油品粘度的各个离散点，采用Excel进行数据拟合，拟合曲线如下：并得到温度与油品粘度的关系式：，年平均温度下，油品粘度：夏季最高温度下，油品粘度：冬季最低温度下，油品粘度：问题一求解：A.泵型号及泵站组合方式的选择：按照年平均输量选择所需泵当选用DZ250*340*4型并联用离心泵时，各特性参数为：η=87%，Hc=520,N=1100KW，NPSH=18m2)当选用ZS35*420型串联用离心泵时，各特性参数为：η=80%，Hc=255,N=600KW，NPSH=8m相比之下，选用DZ250*340*4型并联用离心泵效率较高，因此选用DZ250*340*4型并联用离心泵特性参数的换算：由于在平均温度下，粘度小于，因此不用进行换算。问题二求解：A.选择管径：根据年输量，查找表2-4（P63），得出计算管径为529mm，因此设计管径应在529mm左右波动。根据API标准钢管规格，见附录二（P486），选取与529mm相近的三种直径管道，且分别为457mm,508mm，559mm.从经济效益及节省管径材料方面来看，初选管径为508mm，初选设计压力为6MPa。B.校核设计压力：根据能量平衡关系，管道实际压力计算：年平均温度下：夏季最高温度下：冬季最低温度下：因此，可选6.0MPa作为设计压力。C.管道计算承压能力与最大出站压头：钢管材料选用L450钢根据许用应力公式：其中，K为强度设计系数，取0.72.φ为焊缝系数，取1.0T为温度折减系数，取1.0σs为钢材最低屈服强度，取450MPa。因此，根据输油管道壁厚设计公式：根据管道内径计算公式：屈服校核：管道最大承压能力：相应的最大出站压头：问题三求解：泵站数确定：油品流速：流体雷诺数：第一临界雷诺数：因此，在三种管径下。流体均处于水力光滑区。水力坡降计算：翻越点判断：由上图可知，在三种不同管径下，均无翻越点存在。全线压头损失计算，并考虑1%的其余损耗,且末站剩余压头10m：F．泵站数确定：选取，则N=3.83问题四求解：泵站数N=3.83取大化整为N=4三项可行经济措施及相关运算：根据泵站Q-H特性方程:式中:Hc为泵站扬程，m液柱；Q为泵站排量，m3/sB由离心泵特性及组合方式确定的常数查找图2-1（P24）中DZ250*340*4型并联用离心泵，任选10个离散点，如下表所示：流量Q/m3/h100200300400500600700800900100流量Q/m3/s0.0280.0560.0830.1110.1390.1670.1940.2220.2500.278Q1.750.0020.0060.0130.0210.0320.0430.0570.0720.0880.106扬程HC/m630628618615605590575550495415用Excel作出Hc与Q1.75的离散点关系图，并拟合为线性关系，如下图所示：由此，得出泵站的特性方程：选取变径管，m=0.25,变径管长：调节泵转数调速前：调速后：令3.83=4以上各式中，A=652.38，B=1819.8，Q=0.228m3/s，m=0.25因此，解得：0.9826改变叶轮半径变径前：变径后：令3.83=4以上各式中，A=652.38，B=1819.8，Q=0.228m3/s，m=0.25因此，解得：0.9826问题五求解：泵站数N=3.83取小化整为N=3铺设副管（管径与主管相同）副管长度计算：其中，Hc=520m,hm=15m,N=3.83,N1=3,i=3.453,ω=0.298因此，副管长度：x1=173.41km对于D=508mm,δ=6.0mm钢管，其管重W1=73.81kg/m因此，此时钢材耗量：大一个等级变径管变径管长度：其中，因此，变径管长度：x2=322.57km对于D0=559mm,δ=6.0mm钢管，其管重W2=81.31kg/m因此，此时钢材耗量：大两个等级变径管变径管长度：其中，因此，变径管长度：x2=208.93km对于D0=610mm,δ=6.0mm钢管，其管重W3=88.80kg/m因此，此时钢材耗量：综上，由M1>M3>M2知，大一个等级变径管更为经济可行。问题六求解:A.夏季时情况:油品密度:油品粘度:油品流量:泵扬程:水力坡降:B.冬季时情况油品密度:油品粘度:油品流量:泵扬程:水力坡降:C.若选择四个泵站,确定各站进出站压力:进站压力:出站压力:其中,His为第i站进站压力Hdi为第i站出站压力Li,i-1为第i站与第i-1站之间的距离ΔZi,i-1为第i站与第i-1站之间的高程差根据泵站布置图查得各组数据知，进出站压力均符合。D.泵站布置：问题七求解：A.第一站间动水压力（副管敷设在首站位置）：当时，当时，B.全线动水压头：根据纵断面图可找的最大动水压头为：因此，全线最大动水压力为：