输油管道设计与管理第六课2

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⑴季节变化、油品性质变化引起的全线工况变化，如油品的ρ、ν变化；⑵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。22、事故工况变化⑴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；⑵阀门误开关或管道某处堵塞；⑶管道某处漏油。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。等温输油管道运行工况分析与调节3等温输油管道运行工况分析与调节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化地调整输量而启、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，这里重点讲解析法。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。41、进出站压力的校核⑴一年中最高和最低油温时的进出站压力⑵几种油品顺序输送时，输送粘度最大的油品和粘度最小的油品时进出站压力的变化情况油温高时，油流的粘度小，水力坡降线及管道特性曲线都较平缓；反之，粘度大，水力坡降线和管道特性曲线都较陡。故进出站压力会随季节而变化二、油品粘度变化时的工况变化5用解析法求某站进站压力随油品粘度的变化关系12cc+1nZcZc+1Lc-1，△Zc,1Lc，△Zc+1,1设某条输油管道有n座泵站，站特性相同，均为mcBQAH−−=2由首站至c+1站入口列能量平衡方程：等温输油管道的工艺计算6ccscmcmschHZQfLBQAcH+Δ+Δ+=−+Δ++−−1,1,1221)(由全线能量平衡方程得：fLnBnhHZnAHQcsZsm+−Δ−Δ−+Δ=−12式中:L、△Z分别为计算长度和计算高差△Hsz为翻越点或终点所要求的剩余压头将Q2-m代入上式得nLfBcLfBncnhHZnAHchZcAHHccsZsccscs++⋅⋅−Δ−Δ−+Δ−−Δ−+Δ=Δ++)()(11,111,等温输油管道的工艺计算7式中：:cLc首站到c+1站间c个站间的平均站间距:nL首站到终点或（翻越点）的平均站间距:f单位流量的水力坡降，mmDf−=5/βν讨论：由上式可知，油品粘度变化只引起f的变化，故由于粘度变化而引起的第c+1站的进站压力的变化取决于分式的变化。1,+ΔcsHnLfBcLfBc++等温输油管道的工艺计算81、若nLcLc=,油品粘度变化不影响第c+1站的进站压力2、若nLcLc,,,↑↑fν分式值↓Δ↑+1,csH↓↓f,ν,分式值↑Δ↓+1,,csH3、若nLcLc,,,↑↑fν分式值↓↑Δ+1,csH分式值↓Δ↑+1,,csH,,↑↑fν等温输油管道的工艺计算9i1i2a/aa//b/bb//等温输油管道的工艺计算10在布置泵站时，应考虑粘度变化对可能布置区的影响。例如对于的情况，考虑冬夏季两种极端情况，冬季ν大,i线陡，ν↑ΔHs,c+1↓水力坡降线如图中i1所示，泵站的可能布置区为a’b’；夏季ν↓ΔHs,c+1↑，水力坡降如图中i2所示，可能布置区为a”b”，综合两种极端情况，泵站的可能布置区应为[a’,b’]与[a”,b”]的交集a”b’，显然a”b’小于按年平均地温布站时的可能布置区ab。由此可见，考虑粘度变化对进站压力的影响后，泵站的可能布置区缩小了。nLcLc等温输油管道的工艺计算11三、某中间泵站停运时的工况变化Lc-1，△ZcLc，△Zc+11c-1cc+1nLc-2,△Zc-1L，△Z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。121、输量变化c站停运前输量：mszcsfLnBHnhZHnAQ−+Δ−−Δ−Δ+=21c站停运后输量变为：msZcsfLBnHhnZHAnQ−∗+−Δ−−−Δ−Δ+−=21)1()1()1(由于c站停运，全线泵站所提供的总能量减小，所以输量减下，即：QQ∗等温输油管道运行工况分析与调节132、c站前面各站进出站压力的变化列首站入口到c-1站进口的能量平衡方程：c站停运前：))(2(21msBQAcH−−−+ΔcsccmchcHZQfL)2(1122−+Δ+Δ+=−−−−c站停运后：))(2(2*1msBQAcH−−−+ΔcsccmchcHZQfL)2(*112*2−+Δ+Δ+=−−−−两式相减得：[])()2(2*221*1mmcscscQQfLBcHH−−−−−−+−=Δ−Δ由上式可知：01*1Δ−Δ−−scscHH即1*1−−ΔΔscscHH14结论：①c站停运后，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。②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。③出站压力的变化**1*1cscdcHHH+Δ=Δ−−↑∴↑↑Δ↓−−∗*1**1dccscHHHQ，，，即停运站前各站的出站压力均升高，距停运站越远，变化幅度越小。153、c站后面各站进出站压力的变化列c+1站入口到末站入口的能量平衡方程：c站停运前：))((21mscBQAcnH−+−−+ΔcszczmchcnHZZQLLf)()()(12−+Δ+−+−=+−c站停运后：cszczmchcnHZZQLLf)()()(12*−+Δ+−+−=+−))((2**1mscBQAcnH−+−−+Δ两式相减得：[]0)()()(2*2*11−−+−=Δ−Δ−−++mmcscscQQLLfBcnHH16分析：①由上式知：,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。1*1++ΔΔscscHH*1+ΔscH②c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。③出站压力的变化*2122*1*1)()(+++−++Δ+−+−=scccmccdcHZZQLLfH↓∴↓Δ↓++∗*1*2dcscHHQ，，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。174、全线水力坡降线的变化①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。②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和终点均比原来高，且距停运站越近，高得越多。③停运站后各站的进出站压力下降，因而停运站后各站间的水力坡降线的起点和终点均比原来低，且距停运站越远，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：18等温输油管道运行工况分析与调节195、图解法分析工况的变化①首先作出全线泵站的总特性曲线和整条管线的总管特性曲线，其交点即为正常工况下的工作点。②分别作出每个站的特性曲线及相应站间的管特性曲线。③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。④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。20⑤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，第站对应的管特性应为第站间和第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。21思考题：①如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？②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？22四、干线漏油后的工况变化1cc+1c+2nQ*Q*-qqLcL-Lc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。231、输量变化漏油前全线能量平衡方程为：cszmmsnhHZfLQBQAnH+Δ+Δ+=−+Δ−−221)(漏油后分段写出能量平衡方程：①首站至漏点：cscQcmcmschHZZQfLBQAcH+Δ+−+=−+Δ++−−*112*2*1)()(漏点至末站：[]mscqQBAcnH−∗+−−−+Δ2*1)()(cszcZmchcnHZZqQLLf)()())((12−+Δ+−+−−=+−∗24上面两式相加并整理得：cszsnhHZnAH−Δ−Δ−+Δ1[]mcmcqQLLfBcnQfLcB−∗−−−+−++=22*))(()()(②由式①②两式得：[]mmcmcQfLnBqQLLfBcnQfLcB−−∗−+=−−+−++222*)()()()()(根据式上式，必有∗∗−QQqQ)(等温输油管道运行工况分析与调节③25上述结论证明如下：③式右端可改写为：[]mcmcQLLfBcnQfLcB−−−+−++22)()()(故③式可改写为：[][]mmcmmcqQQLLfBcnQQfLcB−∗−−−−−−+−=−+2222*)()()())((qQQqQQQQmm−−−−∗−*22*0)()1(，即，由上式得设，与原假设矛盾，由上式得设0)2(*=−==∗qQQQQ的假设矛盾，与，由上式得设QQqQQQQ−∗**)3(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。∗∗−QQqQ)(262、漏点前各站进出站压力的变化列首站入口至c站入口的能量平衡方程：漏油前：cscQcmchcHZZQfL)1()(21−+Δ+−+=−−))(1(21msBQAcH−−−+Δ漏油后：cscQcmchcHZZQfL)1()(*2*1−+Δ+−+=−−))(1(2*1msBQAcH−−−+Δ两式相减得：[]0)()1(22**−+−=Δ−Δ−−mmcscscQQfLBcHH27也就是说漏点前各站的进站压力下降。*scscHHΔΔ又↓↓Δ↓↑∗***dcsccHHHQ，，，***cscdcHHH+Δ=结论：漏油后，漏点前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：等温输油管道运行工况分析与调节283、漏点后各站进出站压力的变化利用上述同样的方法可以得到（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）：[][]0)(()(2*2*11−−−+−=Δ−Δ−−++mmcscscqQQLLfBcnHH即1*1++ΔΔscscHH*21221*1)())((+++−∗++Δ+−+−−=scccmccdcHZZqQLLfH↓↓Δ↓−++∗*1*2)(dcscHHqQ，，29由此可知：漏点后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。等温输油管道运行工