中國(guó)石油大學(xué)華東輸油管道設(shè)計(jì)與管理儲(chǔ)運(yùn)課件.ppt
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一、管路的壓降計(jì)算,根據(jù)流體力學(xué)理論,輸油管道的總壓降可表示為:,其中:hL為沿程摩阻(最主要的)hξ為局部摩阻(zj-zQ)為計(jì)算高程差,,,第二節(jié)輸油管道的壓能損失,二、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算,計(jì)算長(zhǎng)輸管道的摩阻損失主要是計(jì)算沿程摩阻損失hL。,達(dá)西公式:,對(duì)于一條給定的長(zhǎng)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(jì)算水力摩阻系數(shù)λ。,,,根據(jù)流體力學(xué)理論,其中:e為管壁的絕對(duì)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(guān)系視流態(tài)而定。,在解決工程實(shí)際問題時(shí),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。,,,輸油管道的壓能損失,流態(tài):分為層流和紊流,中間還存在一個(gè)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:2000Re2(簡(jiǎn)稱粗糙區(qū)),我國(guó)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的流態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)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、大直徑輕質(zhì)成品油管道:水力光滑區(qū)小直徑輕質(zhì)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(zhǎng)輸管道一般很少工作在粗糙區(qū)。,,,輸油管道的壓能損失,2、管壁粗糙度的確定,管壁粗糙度:,相對(duì)粗糙度:絕對(duì)粗糙度與管內(nèi)徑的比值(e/D或2e/D)。,絕對(duì)粗糙度:管內(nèi)壁面突起高度的統(tǒng)計(jì)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(guān)。我國(guó)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的各種管子的絕對(duì)粗糙度如下:,無(wú)縫鋼管:0.06mm直縫鋼管:0.054mm螺旋焊縫鋼管:DN=250~350時(shí)取0.125mmDN>400時(shí)取0.1mm,,,,2-10.28,3.紊流區(qū)臨界雷諾數(shù)Re1和Re2的確定,紊流區(qū)分為水力光滑區(qū)、混合摩擦區(qū)和完全粗糙區(qū),劃分的依據(jù)是臨界雷諾數(shù)Re1和Re2。,層流邊界層厚度的表達(dá)式:,水力光滑區(qū):,混合摩擦區(qū):,粗糙區(qū):,,,取,λ按紊流光滑區(qū)的Blasius公式計(jì)算:,代入邊界層厚度計(jì)算公式,得,令,則,,,輸油管道的壓能損失,取,代入邊界層厚度計(jì)算公式,得,,,輸油管道的壓能損失,(混摩區(qū)與粗糙區(qū)的分界相對(duì)粗糙度),(粗糙區(qū)摩阻系數(shù)計(jì)算公式),從而得到:,當(dāng)雷諾數(shù)Re處于分界雷諾數(shù)附近時(shí),e的取值相當(dāng)重要,不同的e值可能導(dǎo)致流態(tài)判別的不同。,如某條管道Re=5105,若取e=0.1mm,則Re1=6.7105,ReRe1,為混合摩擦區(qū)。,,,輸油管道的壓能損失,有人認(rèn)為上述Re1和Re2的計(jì)算方法適用于口徑較小、粗糙度較大的輸油管道。隨著輸油管道口徑的增大和制管工藝的提高,e變小,再用上面的公式計(jì)算就會(huì)與實(shí)際相差較大,這時(shí)可以采用下式計(jì)算:,該式計(jì)算的Re1值比前面公式小,即紊流光滑區(qū)的范圍縮小了。,,我國(guó)目前采用的計(jì)算公式為,,,輸油管道的壓能損失,4、水力摩阻系數(shù)的計(jì)算,,,我國(guó)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的各區(qū)水力摩阻系數(shù)的計(jì)算公式見下表:,普朗特-卡門公式,勃拉休斯公式,伊薩耶夫公式,尼古拉茲公式,除了上表中規(guī)定的計(jì)算公式外,還有計(jì)算結(jié)果相近的其他公式,分別是:,水力光滑區(qū)的米勒公式:,混合摩擦區(qū)的科爾布魯克-懷特公式:,混合摩擦區(qū)的阿爾特舒利-卡利聰公式:,粗糙區(qū)的謝夫林松公式:,,,由各區(qū)的λ計(jì)算公式可以看出:,紊流光滑區(qū):,層流邊層厚度δe>3e,λ只與Re有關(guān),與粗糙度無(wú)關(guān);,混合摩擦區(qū):,0.157e<δe<3e,λ=f(Re,e/D),λ與Re和粗糙度有關(guān);,完全粗糙區(qū):,層流邊層很薄,粗糙突起幾乎全部暴露于層流邊層之外,λ只與e/D有關(guān),而與Re無(wú)關(guān),摩阻與流速(流量)的平方成正比,故粗糙區(qū)又叫阻力平方區(qū)。,,,輸油管道的壓能損失,三、流量壓降綜合計(jì)算公式—列賓宗公式,1、列賓宗公式,令,整理得,即得到列賓宗公式:,,,,不同流態(tài)下的A、m、β值,,,輸油管道的壓能損失,四、管路的水力坡降,定義:管道單位長(zhǎng)度上的摩阻損失稱為水力坡降。用i表示:,或,1、等溫輸油管的干線水力坡降,水力坡降與管道長(zhǎng)度無(wú)關(guān),只隨流量、粘度、管徑和流態(tài)不同而不同。,在計(jì)算和分析中經(jīng)常用到單位輸量(Q=1m3/s)的水力坡降f,即單位流量下、單位管道長(zhǎng)度上的摩阻損失:,,,2、副管的水力坡降,,,特點(diǎn):,副管:與主管并聯(lián)相接的管段。,1-10.28,假設(shè)副管與主管流態(tài)相同,,,,輸油管道的壓能損失,由于ω<1,所以只要鋪設(shè)副管總有減阻效果。,層流:,光滑區(qū):,混摩區(qū):,粗糙區(qū):,,,輸油管道的壓能損失,3.變徑管的水力坡降,變徑管具有減阻效果;,變徑管具有增阻作用。,,,若主管與變徑管流態(tài)相同,則有:,變徑管:與主管串聯(lián)相接且直徑與主管不同的管段。,五、管路的工作特性,定義:,已定管路(D,L,△Z一定)輸送某種已定粘度油品時(shí),管路所需總壓頭(即壓頭損失)與流量的關(guān)系(H-Q關(guān)系)稱為管路工作特性。,,,,,輸油管道的壓能損失,1、如何根據(jù)單根管路的特性曲線作出串、并聯(lián)管路的特性曲線?,2、流量Q變化會(huì)引起管路特性的變化嗎?為什么?,3、什么因素影響特性曲線起點(diǎn)的高低和陡緩?,思考題,,,輸油管道的壓能損失,六、離心泵與管路的聯(lián)合工作,確定泵站與管路的工作點(diǎn)的方法有兩種,即圖解法和解析法。,,,圖解法:,下面重點(diǎn)討論解析法。,1、一個(gè)泵站的管道,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(yáng)程,hc-站內(nèi)損失,hL-沿程摩阻,Z2-Z1-起終點(diǎn)計(jì)算高差,,,,即:,,,輸油管道的壓能損失,2、多泵站與管路的聯(lián)合工作,⑴旁接油罐輸油方式(也叫開式流程),,①優(yōu)點(diǎn),,水擊危害小,對(duì)自動(dòng)化水平要求不高。,②缺點(diǎn),●流程和設(shè)備復(fù)雜,固定資產(chǎn)投資大;,●油氣損耗嚴(yán)重;,●全線難以在最優(yōu)工況下運(yùn)行,能量浪費(fèi)大。,,,③工作特點(diǎn),●每個(gè)泵站與其相應(yīng)的站間管路各自構(gòu)成獨(dú)立的水力系統(tǒng);,●上下游站輸量可以不等(由旁接罐調(diào)節(jié));,●各站的進(jìn)出站壓力沒有直接聯(lián)系;,●站間輸量的求法與一個(gè)泵站的管道相同:,Lj、△Zj-第j站至第j+1站間的計(jì)算長(zhǎng)度和計(jì)算高差;,Aj、Bj-第j站的站特性方程的系數(shù);,式中:,,,輸油管道的壓能損失,Hsj+1-第j+1站的進(jìn)站壓力。,2-10.31,⑵密閉輸油方式(也叫泵到泵流程),①優(yōu)點(diǎn),●全線密閉,中間站不存在蒸發(fā)損耗;,●流程簡(jiǎn)單,固定資產(chǎn)投資??;,●可全部利用上站剩余壓頭,便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。,②缺點(diǎn):,要求自動(dòng)化水平高,要有可靠的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。,,,③工作特點(diǎn),●全線為一個(gè)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(shè)全線有n個(gè)泵站,各站特性相同,則輸量為:,式中:,Lj為管道計(jì)算長(zhǎng)度,△Z為管道計(jì)算高程差,,,輸油管道的壓能損失,Hsz-末站進(jìn)站壓力站的進(jìn)站壓力或翻越點(diǎn)的剩余壓力。,●各站進(jìn)、出站壓力相互影響。,首站:,第二站:由站間能量平衡方程:,,,輸油管道的壓能損失,,第j站:,式中:,Lj-1為第j-1站到第j站的管道長(zhǎng)度,,△Zj-1為第j站與第j-1站的高程差。,,,輸油管道的壓能損失,或,思考題:,2、有一條兩個(gè)泵站的密閉輸油管道,在第二泵站后有一分油點(diǎn),問如何求全線輸量和兩條支線的輸量?,,,1、各站站特性不同時(shí),如何計(jì)算密閉輸油的多泵站管道的輸量?,,由站1至站2列能量方程:,提示:,由站2至點(diǎn)A列能量方程:,由A→B管線可得:,①,②,③,④,⑤,,,由A→C管線可得:,由①②③④⑤5個(gè)方程可求解5個(gè)未知數(shù)。,,輸油管道的壓能損失,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問題本站不予受理。
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