常温输送习题解答

1输油管道设计与管理作业某密闭长输管道每年输柴油50万吨/年，管材φ159×6，管壁当量粗糙度e=0.1mm，管线最高工作压力为6.4MPa，沿线年平均地温t0=12℃，最低月平均地温t0=3℃。泵站选用65y—50×12型离心泵，允许进口压力为0—40m油柱，各站站内损失20m油柱，首站进站压力为20m油柱。65y—50×12型离心泵输水时参数及油品物性如下：Q(m3/hr)H(m)η%N(kw)156724363.8256005278.5305525385.5柴油物性：ρ20℃(kg/m3)υ12℃(m2/s)υ3℃(m2/s)821.33.34×10-66.58×10-6密度换算：ρt=ρ20－ζ(t－20)；ζ=1.825－0.001315ρ20管长(Km)050100125150162183235255268高程（m）400120470115513301300790910610601、按米勒和伯拉休斯公式计算水力摩阻系数，比较结果的相对误差。2、按平均温度计算摩阻。3、确定泵站泵机组的运行方式及台数，确定泵站数。4、绘管道纵断面图，初步布置泵站位置。5、根据站址计算各站进、出站压力，校核全线动、静水压力。6、校核冬季进出站压力，调整泵站位置。求解过程：1、问题一求解：问题：按米勒和伯拉休斯公式计算水力摩阻系数，比较结果的相对误差。计算温度：等于全年平均低温12℃。粘度:温度为12℃时油品粘度为3.34×10-6m2/s。密度：据密度换算公式ρt=ρ20－ζ(t－20)；ζ=1.825－0.001315ρ20；计算得到12℃时油品密度为ρ12=827.3kg/m3。计算流量:QQa；35024360012式中:Qa——年输柴油量，万吨/年；Q——输油体积流量，m3/s；计算得到输油体积流量为Q=2.0×10-2m3/s。雷洛数：Re4dQ,计算得到Re=5.19×104。2管壁相对当量粗糙度：2de,计算得到=1.36×10-3。又Re159.587,计算得到Re1=1.1×105，故管道内油品流态处于水力光滑区。①
根据米勒（Miller）公式：11.8lgRe1.53，计算得到水力摩阻系数m=0.0207。②根据伯拉休斯（Blasius）公式:0.3164Re0.25，计算得到水力摩阻系数b=0.0210。③相对误差公式：bm，计算得到相对误差为1.43%。b2、问题二求解：问题：按平均温度计算摩阻。根据达西（Darcy-Weisbach）公式：hlLv2；d2g采用伯拉休斯（Blasius）公式，得到水力摩阻系数=0.0210；计算得到输油管线总摩阻损失为：hl=2.71×103m。3、问题二求解：问题：确定泵站泵机组的运行方式及台数，确定泵站数。①
用最小二乘法回归泵机组的特性方程HfQh；根据近似方程，HabQh2m；式中，Qh——小时输送体积流量；又由于管道内油品流态处于水力光滑区，取m=0.25。通过matlab软件，运用最小二乘法计算，程序如下：A=[156724363.8256005278.5305525385.5];x=A(:,1);y=A(:,2);z=x.^(1.75);p=polyfit(z,y,1);计算得到p=[-0.4433723.0313]，即b=0.4433,a=723.0313。故泵机组的特性方程为H723.03130.4433Qh1.75。②确定泵站泵机组的运行方式及台数：遵循原则：满足任务输量下要求；泵在高效区运行；泵出口压力符合管道内压力要求；考虑经济性要求；从输送量来看，需用多台泵并联运行，计算并联泵台数:nQ6060；Qh取整后，泵台数n为3。考虑备用泵一台，故各泵站内泵机组采用三台泵并联运行，另设一台泵并联备用。3Q2m1.75故泵站特性曲线方程为：Hcabh；计算得到Hc723.03130.0648Qh，即nA=723.0313，B=0.0648。③初步确定泵站数：单位管道长度单位流量下的摩阻损失：fm；管输流体处于水力光滑区，=0.0246，故d5mf=9.487m3s0.25。管线上任何一点的水头为：HxMABQh2mM1hmZQZxfLQ2m式中，M——x点处前的泵站数。题中限制条件：考虑到泵的允许进口压力为0—40m油柱，各站站内损失20m油柱，又由于成品油管道的最低动水压力应高于0.2Mpa(大约25m油注)。设计进站压力为28m油注。泵站设计算法：1、假设题中所给各点之间的点的高程随管长线性变化。2、设定特定步长，对端点间管长设立计算点；3、按流量计算管线上计算点的水头Hx；4、判断计算点的Hx是否大于28m，如果Hx小于20米，则在此点之前的计算点设立泵站，即M增加1。运用Matlab软件编程：A=[050100125150162183235255268140012047011551330130079091061060];B=A(1,:);C=A(2,:);S=0.05;%S为空间步长D=[0:S:268];%D为沿管长布置的计算点E=[];%E为高程%计算绘制纵断面图fori=0:S:268ifi=50F=(C(2)-C(1))/(B(2)-B(1))*(D(floor(i/S+1))-B(1))+C(1);elseifi50&&i=100F=(C(3)-C(2))/(B(3)-B(2))*(D(floor(i/S+1))-B(2))+C(2);elseifi100&&i=125F=(C(4)-C(3))/(B(4)-B(3))*(D(floor(i/S+1))-B(3))+C(3);elseifi125&&i=150F=(C(5)-C(4))/(B(5)-B(4))*(D(floor(i/S+1))-B(4))+C(4);elseifi150&&i=162F=(C(6)-C(5))/(B(6)-B(5))*(D(floor(i/S+1))-B(5))+C(5);elseifi162&&i=183F=(C(7)-C(6))/(B(7)-B(6))*(D(floor(i/S+1))-B(6))+C(6);elseifi183&&i=235F=(C(8)-C(7))/(B(8)-B(7))*(D(floor(i/S+1))-B(7))+C(7);elseifi235&&i=2554F=(C(9)-C(8))/(B(9)-B(8))*(D(floor(i/S+1))-B(8))+C(8);elseifi255&&i=268F=(C(10)-C(9))/(B(10)-B(9))*(D(floor(i/S+1))-B(9))+C(9);endE=[E,F];end%设计泵站HF=ones(1,floor(268/S+1));HF(1)=607.71;G=floor(268/S+1);I=[];InH=[];OutH=[];fori=2:1:GHF(i)=HF(i-1)+E(i-1)-E(i)-10.09*S;ifHF(i)28,%进站压力判断InH=[InH,HF(i-1)];%进站水头HF(i-1)=HF(i-1)+607.71-20;%增加泵站I=[I,i];%设立泵站计算点OutH=[OutH,HF(i-1)];%出站水头endend%J为泵站位置fori=1:4J(1,i)=D(I(i));J(2,i)=E(I(i));end%绘制图形HZ=HF+E;figure(1)plot(D,HF,'r-'),xlabel('管长，km'),ylabel('水头，m'),title('总水头线')holdonfigure(2)plot(D,E,'b-','LineWidth',1)xlabel('管长，km'),ylabel('水头，m'),title('总水头线')legend('总水头')holdonplot(D,HZ,'g-','LineWidth',3)legend('高程','水力坡降线')计算得到：需要建立5个泵站，位置分别是（0,400），（70.85,265.95），（102.40，535.76），（118.10，965.94），（144.35，1290.10）。总水头线和水力坡降线见下图：54、问题四的求解：问题：绘管道纵断面图，初步布置泵站位置。管道纵断面图如图：6由问题三的解答得到初步布置得泵站位置为：（0,400），（70.85,265.95），（102.40，535.76），（118.10，965.94），（144.35，1290.10）。5、问题五的求解：问题五：根据站址计算各站进、出站压力，校核全线动、静水压力①
计算各站进、出站压力：各站进站压力：HIni(i1)ABQh2mi2hmZQZxfLQ2m；各站出站压力：HOutiiABQh2mi1hmZQZxfLQ2m。由问题三程序计算得到，各站进、出站压力:HIn1=20,HOu1t=607.71m;HIn2=28.09m,HOut2=615.80m；HIn3=29.02m,HOut3=616.73m；HIn4=29.51m,HOut4=617.22m；HIn5=28.19m,HOut5=615.90m。②校核全线动、静水压力动水压力：指油流沿管道流动过程中各点的剩余压力。在纵断面图上，动水压力是管道纵断面线与水力坡降线之间的垂直高度。通过程序三计算，管道内压力范围为（0.228Mpa,5.88Mpa）,故符合动水压力允许值范围（0.2Mpa，6.4Mpa）；静水压力：指油流停止流动后，由地形高差产生的静液注压力。从管道纵断面图可以看出，当油流停止流动后，点（50,120）处出现最大静液注压力约10.30Mpa，故需设置减压站以防出现事故。6、问题六的求解：问题六：校核冬季进出站压力，调整泵站位置。冬季平均低温为3℃，重新按照新的粘度和密度计算得到：泵与管道的新工况点为Q0.0185m3s,H622.1626m。调整夏季进站压力限制，调至40m油注后，冬季进出站压力符合进出站压力要求和动静水压力要求。重新计算得到的泵站位置为（0,400），（70.15,261.05），（102.10,527.54），（117.85,959.09），（143.70,1285.90）。7调整后夏季进出站压力：HIn1=20,HOu1t=607.79m;HIn2=40.55m,HOut2=628.34m；HIn3=41.19m,HOut3=628.98m；HIn4=40.06m,HOut4=627.84m；HIn5=40.84m,HOut5=628.63m。冬季进站压力：HIn1=20,HOu1t=622.16m;HIn2=27.93m,HOut2=630.09m；HIn3=29.67m,HOut3=631.83m；HIn4=35.66m,HOut4=637.83m；HIn5=40.84m,HOut5=643.00m。总水头线和水力坡降线见下图：