等温输油管道参数确定
输油管道设计与管理第02章等温管道
为5 cs，漏油后在2#站测得的输量为88.5m3/h，首
站至第三站距离为58公里，全线高程差为零，末
站进罐余压为零，忽略站内摩阻，首站进站压头
为30m，E=0.1mm。
求q =？
一、工艺参数 二、管子与管子的规格 三、泵站数的确定 四、泵站布置 五、翻越点及计算长度 六、设计方案的校核
❖ 工艺设计中油品的选择
到便于使用的综合参数摩阻计算式，即列
宾宗公式。
hl
Q2mvm
d5m
L
流态
划分范围
f(Re),
层流
Re2000
64
Re
3000 Re105
水力光滑区 105 Re Re1
0.3164
Re0.2 5
1 1.8lgRe1.53
紊 流
混合摩擦区
粗糙区
注：
Re1
59.5
8/ 7
59.5
等温输油管路的经济管径与界限输量计算模型
董正 远
（ 西安石油大学 石油工程学院， 陕西 西安 ７０６ ） １０５
摘要： 考虑 了油品黏度和输送量对泵效、 流态和经济 管径的影响 ， 以管道建设投 资的年分摊费用、 管 道年维修 费用和管道运行年能耗 费用之和为 目标函数 ， 出了等 温输油管路 经济管径和界 限输量 给
的完整计算模 型， 采用斐波那契搜索算法对所建模型进行 了计算， 计算表明 ， 本模型适用于各种流 态， 能较好地反映黏度和输量对经济管径的影响 ， 算收敛性很好， 计 模型对等温输 油管路 的技术经 济设计提供 了可靠的理论依据 ． 关键词： 等温输油管； 经济管径 ； 界限输量 ； 计算模型
Ｅ－ ｉ Ｚ ｙ ｏｇ ８ ＠ ． ｒ ．ｏ ｍａ ： ｈ Ｄ ｎ ８ ８ Ｔｏ ｏｍ ｌ ｎ
维普资讯
董正远 ： 等温输油管路 的经济 管径 与界 限输量计算模 型
一
７ — ５
１１ 管 道建 设年 分摊 费用 ．
ｋ ＝ ０ １… ． ，，
（０ １）
管道建设投资费用 Ｓ是管径和管长的函数 ， 一
般根据实测数据拟合为
Ｓ （ ＋６ ） ＝ 口 Ｄ Ｌ， 管长 ， ｍ． （） ３
式 ， 管 相 粗 度 ｅ 鲁； 管 绝 粗 中 ｅ 壁 对 糙 ，＝ ｅ 壁 对 为 为
糙度 ， ｍ． １４ 管道年 总 费用 ．
其 中， ， ， 为拟合常数 ； ａｂａ Ｄ为管道内直径 ， Ｌ为 ｍ；
将式（ ）式 （） ４ 、 ５ 和式 （） ６ 代入式 （） １ 可得
ｓ ＝
管道建设投资年分摊费用为
Ｓ １＝ ９１ （ ＋６ Ｌ． ｓ ＝ 口 Ｄ） （） ４
［ 夕 ＋
￡ 垒 １
］十￣＋ （ ｂＬ 口Ｏ ）
等温输送管道实验指导说明书
等温输送管道使用指导书山东中石大石仪科技有限公司SHANDONG SHIYI SCIENCE AND TECHNOLOGY CO.LTD.OF U.P.C地址：山东省东营市北二路271号邮编：257061电话：+86（0546）8391238 8393829 8392766传真：+86（0546）8397706Web : E-mail: shiyi@“等温输油管路”实验指导书一、实验目的(1) 学习和掌握测定管路特性曲线、用图解法求管路与泵站联合工作时的工作点的方法；(2) 熟悉“泵到泵”密闭输送工艺运行时输油管路各站协调工作的情况；(3) 观察管道发生异常工况或突然事故时（如某泵站突然停电等）全线运行参数的变化，学会根据运行参数变化，分析事故原因、事故发生地点及应采取的处理措施，在实验中加以验证；(4) 观察翻越点后的流动状态，分析影响翻越点的因素和消除翻越点的措施，在实验中加以验证；(5) 学习和掌握清管球的收、发操作，观察清管球在管道中的运动状况； (6) 了解计算机数据采集系统的组成及运行情况。
二、实验原理在密闭输送的多泵站等温输油管道系统中，泵站和管道组成一个统一的水力系统，管道所消耗的能量（包括摩阻损失、高程差、站内局部摩阻和终点所要求的剩余压力）等于泵站所提供的能量，二者必然保持能量供需的平衡关系。
全线的能量供需平衡关系式如下：221Z Q m sZ ()()m m s H N A BQ fLQ Z Z Nh H --+-=+-++式中：Q ──管道的工作流量，m 3/s ；N ──全线运行的泵站数；f ──单位流量的水力坡降；H s1──管道首站进站压头，m 液柱； H sZ ──管道终点剩余压头，m 液柱；L ──管道总长度，m ；Z Q 、Z Z ──管道起、终点高程，m ； h m ──每个泵站的站内损失，m 液柱。
根据上述能量平衡方程，可以确定管道的输量和各个站的进出站压力，分析事故工况时运行参数的变化趋势。
等温输油管线计算步骤
2.7.3 等温输油管道工艺计算步骤
(1)原始资料
1）输送量（包括沿线分油或加油量）；
2）管道起、终点，分油或进油点，及管道纵断面图；
3）可供选用的管材规格；
4）可供选用的泵、原动机型号及性能；
5）所输油品的物性；
6）沿线气象及地温资料。
（2）计算步骤
1）计算年平均地温；
2）计算年平均地温下的密度；
3）计算年平均地温下的粘度；
4）换算流量G-Q；
5）根据P63表（2-4）初定管径D0和工作压力；
6）根据管道规格，选出与D0 相近的三种管径D1 、D2 、D3 ；
7）按任务输量和初定工作压力选泵，确定工作泵的台数以及组合情况；
8）作一个泵站的特性曲线，确定任务输量下泵站提供的扬程HC，然后据此压头确定计算压力
9）选管材，求壁厚，并进行强度校核，求出管道的内径；
10）计算流速；
11）计算雷诺数，判定流态；
12）计算水力摩阻系数，计算水力坡降；
13）纵断面图上判断翻越点，确定计算长度LP；
14）计算输油管道计算长度全线的摩阻损失；
15）确定全线需要的总压头（摩阻+高程差）
16）求泵站数，并化整；
17）根据技术经济指标计算基建投资及输油成本，选择经济评价方法，确定最优方案；
18）按最优方案的参数作全线泵站总特性曲线和管路总特性曲线，以此求得全线的工作点；
19）按工作点流量求水力坡降ip；
20）按水力坡降和工作点的压头在纵断面图上布站，确定泵站的位置；
21）检查动、静水压头，校核各泵站的进出口压力。
第二章 等温输油管道的工艺计算
ηc =
∑η
i =1
i =1 Ns
Hi
i
台相同型号的泵串联: 如果Ns台相同型号的泵串联: 并联： 并联：如果NP台相同型号的泵并联
ηc =
∑Q H ∑
i =1 i =1 NP i
NP
i
Qi H i
ηi
18
第二章 等温输油管道的工艺计算
2.3 输油管道的摩阻计算 管道输油过程中压力能的消耗主要包括两部分， 管道输油过程中压力能的消耗主要包括两部分，一 是用于克服地形高差所需的位能，对某一管道， 是用于克服地形高差所需的位能，对某一管道，它是不 随输量变化的固定值； 随输量变化的固定值；二是克服油品沿管路流动过程中 的摩擦及撞击产生的能量损失转换成的液柱高度， 的摩擦及撞击产生的能量损失转换成的液柱高度，通常 称为摩阻损失，单位为（m液柱）。这部分能量损失是 称为摩阻损失，单位为（ 液柱） 液柱 随流速及油品的物理性质等因素而变化的。 随流速及油品的物理性质等因素而变化的。 2.3.1 摩阻损失 长输管道的摩阻损失包括两部分， 长输管道的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h 简称沿程摩阻； 管段所产生的摩阻损失hl，简称沿程摩阻；二是油流通 各种 摩阻 损失 过 各 种 阀 件 、 管 件 所产 生的 摩阻损失 ， 简 称 局 部 摩 阻 hξ 。 h = hl + hξ
tocp = 1 (t01 + t02 + L + t012 ) 12
℃
（2）油品密度 根据20℃ 根据 ℃时油品密度按下式换算成计算温度下的密 度。
4
第二章 等温输油管道的工艺计算
（3）油品的粘度ν 油品的粘度ν 油品的粘度ν 一是可以通过粘—温关系曲线来查 油品的粘度 ，一是可以通过粘 温关系曲线来查 找所需温度下的粘度，也可根据经验公式计算。 找所需温度下的粘度，也可根据经验公式计算。 1）适用于轻质油的公式
油田内部热油管道最佳操作参数的快速确定
６ ０ ０ ；． １ ５ ０２ 中石 化 安 徽 石 油 公 司 六 安分 公 司 ， 徽 六 安 安 ２７０ ） ３ ００ （ ． 南 石 油 大 学 石油 工程 学 院 ， １西 四川 成 都
ห้องสมุดไป่ตู้
摘要 ： 由于油 田 内部 热 油管道 操 作 参 数上 的不 合 理 ， 油 田 生产 造 成 了不 必要 的能 量 损 耗 。利 用 给 管道 分段 的方 法 ， 过 热力和 水 力计 算 ， 通 生成 出站 参 数 曲线 图 ， 方便 快 捷 的 为油 田 内部 的 热油 管道 确 定
最佳的 出 （ 站 管道起点） 加热温度和 出站压力， 减少能源的浪费。计算 中， 考虑 了流量、 水量 、 含 黏度 变 化等 因素 ， 为流量和含水量不断变化的油田 内 部加热输油管道的优化运行提供参考。 关键词 ： 热油管道 ； 水； 含 最佳操作参数
中 图分类 号 ： Ｅ Ｔ８ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ４— ６ ４ ２ １ ）５— ０ ９— ３ １ ０ ９ １ （０ １ ０ ０ ０ ０
系数 ， （ Ｗ／ ｍ ・Ｃ） Ｄ 为管 道 的外 直 径 ， Ｇ为 原 油 ｏ ； ｍ； 质 量 流量 ，ｇｓ ｋ／．
集输管道 ， 往往靠 经验 或摸 索确定运行参数 ， 缺乏可
靠 的理 论依 据 。 由于油 井 的 减 产且 产 量 不 稳 定 ， 水 注
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｃ ｕ ｅ ｔｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｎ ｉ ｅｉ ｅ ｎ ａ ｇ ｔ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ ｒ ｎ ｅ ｓ ｎ ｂｅ， ｔｏ ｎ ｒ ｙ ｉ ｏ ｔ ｎ ｅ ｅ － ｓｒ ｃ ： ｅ ａ ｓ ａ ａ ｔｒ ｆｍａ ｙ ｐｐ ｌ ｓｉ ａｈ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｕ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ａ ｌ ｆ ｅｇ ｓｌｓ ｎ ｅ ｓ ｈ ｎ ｉ ｏ ｅ ｕ
输油管道设计与管理23
F
Lf 由图可知：水力坡降线不一定先与管路上的最高点相 切，所以翻越点不一定是管路上的最高点，而是靠近 线路终点的某个高点。
⑵解析法
在线路上选若干个高点进行计算，一般选最高点及最高点 之后的高点(为什么？)进行计算。计算方法有两种： ① 计算从起点到高点 j 所需的总压头Hj , 并与从起点到终
3、翻越点后的流动状态
管道上存在翻越点时，翻越点后的管内液流将有剩余能量。 如果不采用措施利用和消耗这部分能量，翻越点后管内将 出现不满流。不满流的存在将使管道出现两相流动，而且 当流速突然变化时会增大水击压力。对于顺序输送的管道 还会增大混油。
措施 ： (1) 在翻越点后采用小管径：使流速增大，消耗
2、翻越点的确定
翻越点的确定可用图解法和解析法。 ⑴ 图解法 在管道纵断面图右上角作水力坡降线的直角三角形，将 水力坡降线向下平移，如果水力坡降线与终点相交之前 首先与某高点F相切，则F点即为翻越点。
8
在管道纵断面图右上角作水力坡降线的 直角三角形，将水力坡降线向下平移，
水F相力切坡，降等F线点温与即输终为点翻油相越管交点道之。前的首工先艺与高计点算
里程(km)
0
高程(m)
0
2
3
4
5
26
55
64
76.4
83
94Biblioteka 12264.2已知：全线为水力光滑区，油品计算粘度ν=4.2×10-6m2/s， 首站泵站特性方程：H＝370.5-3055Q1.75 中间站泵站特性方程：H＝516.7-4250Q1.75 （Q：m3/s）
首站进站压力：Ｈs1＝20米油柱，站内局部阻力忽略不计。
ba
称H动d水压ix力。它Z是x 管，路为沿在力a点线为e液任点流0一的，，点剩水管需余力线压要坡能降内重，线的新
等温输油管道
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：②油品密度ρ20=867.5kg/m3③油品的粘温特性：④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：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。
计算分析过程：1. 计算年平均地温C t t t t o cp 5.1312/)6.85.133.188.201.218.194.179.143.109.553.6(12/)...(01202010=+++++++++++=+++=故有 平均地温t=13.5℃ 2．计算油品密度根据20℃时油品密度按下式换算成计算温度下的密度。
式中 t ρ、20ρ——温度为t ℃及20℃时油品密度，3/m Kg ； ε——温度系数，ε=1.825-0.00131520ρ，)/(3C m Kg O • 已知油品密度：ρ20 =867.5kg/m 3 即ε=1.825-0.001315×867.5=0.6842375 3．计算年平均温度下油品的粘度。
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设计任务书给出的是管道全年完成的质量输送量。
工艺计算中需用体积流量，其换算公式为：
G Q 350 24 3600
从当地气象资料中获取
2. 计算温度
以管道埋深或敷设处年最冷月平均地温作为计算温度。
3. 管道埋深
①高寒地区的管道通常以冻土层的厚度确定；
②高地下水位地区管道通常以地下水位的深度确定；
③一般地区的管道通常为1.0～1.5m，最低不小于0.8m。
标准密度
4.油品密度
根据20℃时油品密度按下式换算成计算温度下的密度
t 20 t 20
式中： t、 20 ——温度为t℃及20℃时的油品密度，kg／m3； kg/(m3· ℃ )。 ——温度系数，
ε=2e/d
7.经济流速
经济流速是综合考虑管道的建设投资、费用运行、技术 水平等多方面因素而选择的合适的被输送介质在管道中的流 动速度。
8. 管径
根据输量和经济流速确定，见式：
d
4Q
式中: d—管道内直径，m； Q—管道的计算输量，m3/s;
v—油品在管道中的流速，m/s。
9. 管道纵断面图 在直角坐标上表示管道长度与沿线高程变化的图
6. 管材
① 管子类型
按照制管方法不同，钢管可分为无缝钢管和有缝钢管（焊
接钢管）。有缝钢管又可分为直缝钢管和螺旋缝钢管。
② 管材承压
管道的管材、直径、壁厚、承压等参数之间的关系见式：
PD 2
③ 管壁粗糙度
管道的粗糙程度一般用绝对粗糙度表示，符号e。 绝对粗糙度与管径的比值称为相对粗糙度，符号ε。
形称为管道纵断面图。
横坐标:管道的实际长度; 纵坐标:线路的海拔高程。
注意：纵断面图上的起伏情况与管道的实际地形并不相同。图上的曲折线 不是管道的实长，水平线才是实长。
805.3
3、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 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）与消耗的能量（压头）相匹配（相平衡）。
等温输油管道的基础参数：
计算输量、计算温度、管道埋深
油品密度、油品粘度、管材
经济流速、管径、管道纵断面图
等温输油管道的基础参数：
夏季来油温度低于地温，冬 季来油温度高于地温，但经过 在工程实际中，这个条件一般是达不到的。所谓等温，只 1-2km 后，油温基本等于地温， 与整条管线相比，该段管线很 流速不太高时，摩擦 是一种假设。这是因为： 短。 升温很小，且对油流的 加热是均匀的。
1、来油温度≠地温;
2、摩擦热加热油流;但我们可以将其分段， 按照分 Nhomakorabea等温来考虑。
1.825 0.001315 20 ,
5.油品粘度
t 0e
u t t0
式中： vt、v0—温度为t、t0时油品的运动粘度，m2／s； u—粘温指数，1／℃。
例题：某油品的粘温关系实验数据见下表，求该油 品45 ℃和65 ℃时的运动粘度。
温度℃ 粘度mm2/s 40 375 50 225 60 150 70 125 80 100
责任心 真功夫 好习惯
学习领域：油气长距离管道输送
学习情境二 等温输油管道的参数确定与运行管理 项目一 等温输油管道的参数确定
任务1 等温输油管道的基础参数确定
P15
输油管道的工艺计算目的
妥善解决沿线管内流体的能量消耗和供给的平衡问题。
等温输油管道的定义：
输送低凝、低粘原油的长输管道，沿线不需要加热，油品 从首站进入管道，经过一定距离后，管内油温就会等于管道埋 深处的地温。故称之为等温输油管道。 这意味着：油温=地温=常数。油流与管壁、管壁与环境之 间没有热交换。