中国石油大学(华东)输油管道设计与管理储运课件25.ppt

1、1,第五节 等温输油管道运行工况分析与调节,一、工况变化原因及运行工况分析方法,“从泵到泵”运行的等温输油管道，有许多因素可以引起运行工况的变化，可将其分为正常工况变化和事故工况变化。,1、正常工况变化, 季节变化、油品性质变化引起的全线工况变化，如油品的、变化；, 由于供销的需要，有计划地调整输量、间歇分油或收油导致的工况变化。,2,2、事故工况变化, 电力供应中断导致某中间站停运或机泵故障使某台泵机组停运；, 阀门误开关或管道某处发生堵塞；, 管道某处发生泄漏。,正常工况变化的特点是工况变化是预先知道的，是可以预先人为控制的；事故工况变化的特点是突发性的，是不可预知的，因此具有更大的危害性

2、。,3,不论是正常工况变化还是事故工况变化，都会引起运行参数的变化。这些参数主要包括输量，各站的进出站压力及泵效等。严重时，会使某些参数超出允许范围。为了维持输送，必须对各站进行调节。为了对各站进行正确无误的调节，事先必须知道工况变化时各种参数的变化趋势。因此，掌握输油管运行工况的分析方法，对于管理好一条输油管道是十分重要的。,4,3、运行工况的分析方法,突然发生工况变化时（如某中间站停运或有计划地调整输量而启、停泵），在较短时间内全线运行参数剧烈变化，属于不稳定流动。我们这里不讨论不稳定流动工况，只讨论变化前后的稳定工况。为此，我们假设在各种工况变化的情况下，经过一段时间后，全线将转入新的稳

3、定工况。,运行分析的出发点是能量供求平衡。分析方法有图解法和解析法，我们重点讨论解析法。,下面主要讨论从泵到泵运行方式的工况变化，对于旁接油罐方式，由于各个站间自成水力系统，比较简单，大家可以自己分析。,5,二、某中间泵站停运时的工况变化,设有一条密闭输送的长输管道，长度为L，有n座泵站，正常工况下输量为Q，各站的站特性相同，Hc=A-BQ2-m，假设中间第 c 站停运。,6,1、输量变化,c 站停运前全线能量平衡方程：,c 站停运后全线能量平衡方程： ：,两式相减得：,即：,7,2、c 站前面各站进出站压力的变化,先来讨论c站前面一站即c-1站的情况。为此，从首站进口到 c-1 站进口列能量

4、平衡方程：,c 站停运前：,c 站停运后：,两式相减得：,由上式可知：,即,8,结 论：, c 站停运后，其前面一站(c-1站)的进站压力上升。停运站愈靠近末站( c 越大)，其前面一站的进站压力变化愈大。, 利用同样的方法，我们可以得出结论：c 站停运后，其前面各站的进站压力均上升。距停运站越远，变化幅度越小。, 出站压力的变化,即停运站前面各站的出站压力均升高，距停运站越远，变化幅度越小。,9,3、c 站后面各站进出站压力的变化,先来讨论c站后面一站即c+ 1站的情况。为此，从 c+1 站入口到末站入口列能量平衡方程：,c站停运前：,c站停运后：,两式相减得：,10,分 析 ：, 由上式知

5、： , 即 c 站后面一站的进站压力下降，且停运站愈靠近首站(c越小)，其后面一站的进站压力 变化愈大。, c站停运后，c站后面各站的进站压力均下降，且距停运站愈远，其变化幅度愈小。, 出站压力的变化,即停运站后面一站的出站压力下降。同理可得出停运站后各站的出站压力均下降，且变化趋势与进站压力相同。,11,此处如果c+1站的出站压力用进站压力和泵站扬程表示，将无法分析其变化趋势。这是因为：,12,4、全线水力坡降线的变化, 某站停运后，输量下降，因而水力坡降变小，水力坡降线变平，但停运站前后水力坡降仍然相同，即水力坡降线平行。, 停运站前各站的进出站压力升高，因而停运站前各站的水力坡降线的起点

6、和终点均比原来高(且出站压力升高幅度比进站压力大)，且距停运站越近，高得越多。, 停运站后各站的进出站压力下降，因此停运站后各站间的水力坡降线的起点和终点均比原来低(且出站压力下降幅度比进站压力小) ，且距停运站越近，低得越多。,根据输量变化和各站进出站压力的变化趋势可以画出沿线各站的水力坡降线的变化情况。作图时应注意以下几点：,13,14,5、图解法分析工况的变化, 首先作出全线泵站的总特性曲线和整条管线的总管路特性曲线，其交点即为正常工况下的工作点。, 分别作出每个站的特性曲线及相应站间的管特性曲线。, 将首站进站压力曲线与泵站特性曲线迭加得到首站的出站压力曲线。由首站的出站压力曲线减去第

7、1站间的管特性曲线，得到第2站的进站压力曲线。由工作点输量及第2站的进站压力曲线可求得第2站的进站压力。, 用同样的方法可以求得其它各站的进出站压力。最后一站的出站压力曲线与站间管路曲线的交点必为工作点流量。,15, 利用上述同样的方法，作出站停运后的总泵站特性和总管特性及各站的特性及相应的站间管特性曲线。根据总特性曲线求得c站停运后的工作点流量。根据各自的进、出站压力曲线和工作点流量可求出各站的进出站压力，从而得到其变化规律。注意：由于c站停运，第c-1站对应的管特性应为第c-1站间和第c站间管道的串联相加。,利用图解法分析工况变化要求作图准确，否则可能得到错误的结论。,16,思考题：, 如

8、何从能量供需平衡的角度解释停运站前后各站进站压力的变化趋势？, 某长输管道，由于阀门开关失误，造成第c站和第c+1站之间发生堵塞，试分析堵点前后各站进出站压力的变化，并说明如何根据参数的变化确定堵塞点的位置？,17,三、干线漏油后的工况变化,设某条长输管道有 n 座泵站，在 c+1 站进口处发生漏油，漏油量为 q ，漏油前全线输量为 Q ，漏油后漏点前输量为 Q* ，漏点后输量为 Q* -q。,18,1、输量变化,漏油前全线能量平衡方程为：,漏油后分段写出能量平衡方程：,首站至漏点：,漏点至末站：,整理 后得到：,19,上面两式相加并整理得：,由式两式得：,根据式上式，必有,20,上述结论证明

9、如下：,式右端可改写为：,故式可改写为：,所以只有第一种情况成立，即 。也就是说管道漏油后，漏点前的输量大于正常工况下的输量，漏点后的输量小于正常工况下的输量。,21,2、漏点前各站进出站压力的变化,先来看漏点前面一站即c站的情况。为此，我们列首站入口至 c 站入口的能量平衡方程：,漏油前：,漏油后：,两式相减得：,22,也就是说漏点前面一站的进站压力下降。,又,由此我们可以得出结论：,漏油后，漏点前面各站的进出站压力均下降，且距漏点越远的站变化幅度越小。漏点距首站越远，漏点前面一站的进出站压力变化愈大。,即：,也就是说漏点前面一站的出站压力也下降。,23,3、漏点后各站进出站压力的变化,利用

10、上述同样的方法可以得到漏点后面一站即c+1站的情况（分别列出漏油前后c+1站入口至终点的能量平衡方程，然后整理得）：,即,24,由此可知：,漏点后面各站的进出站压力均下降，且漏点距首站愈近，其后面一站的变化幅度愈大。,总之，管道漏油后，漏点前的流量增大，漏点后流量减小，全线各站进出站压力均下降，且距漏点越近的站进出站压力下降幅度愈大。漏点距首站愈远，漏点前一站的压力变化愈大，反之漏点后面一站的进出站压力变化愈大。 根据进出站压力的变化可确定泄漏点的位置。但这种方法只能确定较大的泄漏量，因为小泄漏量引起的压力变化不明显，仪表无法检测。,25,漏油后全线工况变化（即水力坡降线变化）情况如下图所示（

11、注意漏点前后的水力坡降不同）。,26,四、输油管道的调节,输油管道的调节就是通过改变管道的能量供应或改变管道的能量消耗，使之在给定的输量条件下，达到新的能量供需平衡，保持管道系统不间断、经济地输油。,1、调节的分类,管道的调节就是人为地对输油工况加以控制。从广义上说，调节分为输量调节和稳定性调节两种情况。,27, 输量调节,首站从油田的收油是不均衡的，一年之内各季不均衡，甚至各个月份也有差别；末站向外转油受运输条件或炼厂生产情况的影响，有时出路不畅。这些来油和转油的不均衡必然要求管道的输量相应变化，这些输量的改变要靠调节来实现。 旁接油罐输送的管道要求各泵站的排量接近一致。否则旁接油罐容纳不了

12、过大的输差量。而要保持各站排量一致也要对全线进行调节。,28, 稳定性调节（即自动调节）,密闭输送的管道为了维持输油泵的正常工作和管道的安全运行，要求中间站的入口压力不能过低，出口压力不能过高。输送工况不稳定表现在泵站进出口压力的波动。当压力波动超出规定值时，就要对管线进行调节。工况不稳定不包括前面所说的调节输量的情况，因调节输量产生的大幅度工况变化是由计划产生的，并通过调整各泵站的输油泵机组工作状况加以实现；也不包括由于某个泵站突然中断运行或管道阀门误动作突然关闭造成的突发性压力波动，这种突发性压力波动叫水击，对水击另行采取保护措施，不是调节解决的问题。,29,造成压力不稳定的原因有：各泵站

13、泵机组运转台数或运转泵性能变动；泵站输油泵因调速使其工况变化；所输油品种类改变或因温度改变造成油品粘度变化；管道因结蜡、气袋或其它原因造成一定程度的阻塞等。,这些不稳定工况都发生在密闭输送管道上，旁接油罐管道因有旁接罐的缓冲，进出站压力不会有大的波动，只要保持各站输量接近一致即可。,30,2、输量调节方法,根据管道系统的能量供需特点，调节方法可以从两方面考虑：改变泵站特性（从能量供应方面考虑）和改变管路特性（从能量消耗方面)考虑。, 改变泵站特性,改变运行的泵站数。输量大幅度变化时常采用这种方法。,改变运行的泵机组数。对于装备串联泵的管道，采用这种方法是很方便的。对于装备并联泵的管道，采用这种

14、方法时经常还要改变运行的泵站数(停泵时要先停开泵站，然后停开泵机组，否则可能造成运行的泵机组过载)。,31,改变泵的转速：,即泵的排量近似与转速成正比，扬程近似与转速的平方成正比。当离心泵的转速变化20%时，泵效基本无变化，因此，调速是效率较高的改变输量的方法。,32,但改变泵的转速往往受到现有设备条件的限制。在串联工作的泵站上，如果泵的原动机为燃气轮机或柴油机，则每台泵都可调速。如为电动机，目前我国长输管道所使用的大多数为异步电动机，调速比较困难，一般在泵与电机之间加变速装置（如液力偶合器）或加串级调速装置，亦可采用变频调速；若采用变速电机，目前我国变速电机还未普遍使用，价格昂贵,这些设备都

15、会使投资和维修费增加。为了节省投资，对于串联泵站，每座泵站可备有一台调速机组。对于并联泵站则必须所有泵机组都可调速，才能起到调节输量的作用。,33,改变多级泵的级数。这种方法适用于装备并联离心泵的管道。要求降低输量时，拆掉若干级叶轮，而需要恢复大输量时则将拆掉的叶轮重新装上。,切削叶轮（或更换不同直径的叶轮）：,通过对输油泵更换不同直径的叶轮可以在一定范围内改变输量，但泵的叶轮不能切削太多，否则泵效下降较大，因此这种方法不适用于大幅度改变输量的情况。,34, 改变管路特性,改变管路特性主要是节流调节。节流调节就是人为地调节泵站出口阀门的开度，增加阀门的阻力来改变管路特性以降低管道的输量。这是一

16、种最简单易行的方法，但能量损失比较大。我国管道建设初期设备条件差，至今仍大量使用节流法，能量浪费严重，目前正在逐步改进。这种方法一般用于输量变化不大的情况，当需要大幅度改变输量时，应首先考虑采用改变运行的泵机组数和泵站数的方法。,35,3、稳定性调节方法,稳定性调节（即自动调节）的目的是为了保障输油泵的正常工作和站间管路的强度安全，调节实际上是对管中油品压力的调节，其要求是能经常性工作，调节机构的动作速度应使管道中压力的变化等于计算的扰动速度，以避免压力变化达到保护给定值而发生保护性停机。调节压力有一定的精确性要求，一般要求在下一站停一台泵时调节压力偏差不应超过98147kPa ，调节时能量消

17、耗小，在正常输油时的压力损失应不超过19.6kPa。,36, 改变泵机组转速,如果泵站上装有可调速泵机组，可以利用这种方法进行压力调节。从节省能量角度讲这是一种较好的方法。但如果只从压力调节方面考虑采用调速泵机组一般是不合理的。,压力调节所使用的方法有改变泵机组转速、节流和回流三种。,37, 回流调节,回流可以单泵也可以全泵站进行。大型输油泵的特性曲线比较平缓，为了调节不大的压力就需要大量回流，耗费较多的能量。回流就是通过回流管路让泵出口的油流一部分流回入口，在这种情况下，泵的排量大于管路中的流量，靠泵排量的增加降低泵的扬程，从而达到降低出站压力的目的。采用这种方法时要防止原动机过载，一般很少

18、采用。,38,节流是人为地造成油流的压能损失，降低节流调节机构后面的压力，它比回流调节节省能量。 输油管道除非发生水击或泵机组开停等较大压力波动情况，一般情况下调节压力的时间不超过全部输送时间的35%。调节幅度不大于单泵扬程的1025%。在这种情况下使用节流法调节是非常合适的。目前密闭输送管道除了少数靠变速调节外，绝大多数使用节流法。, 节流调节,39,例题,某等温输油管路，全线水平，三个泵站等间距布置。每站三台相同型号的离心泵并联。采用密闭输油方式输油。首站与第二站之间有一分支管路，间歇分油。不分油时，各站三台泵运行，输量48m3/h。分油时，分油量为16m3/h，输往末站32m3/h。问分油时，应对运行的泵组合及