等温输油管道-大作业

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：月份123456789101112地温℃6.355.910.314.917.419.821.120.818.313.58.6②油品密度ρ20=867.5kg/m3③油品的粘温特性：温度（℃）510152025粘度（10-6米2/秒）30.222.618.815.813.5④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：桩号1234567891011里程（km）019124190290335438484554635696高程（km）51760874559640751353635331717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Cttttocp5.1312/)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。)20(20tt式中t、20——温度为t℃及20℃时油品密度，3/mKg；——温度系数，=1.825-0.00131520，)/(3CmKgO已知油品密度：ρ20=867.5kg/m3即=1.825-0.001315×867.5=0.6842375320/95.871)205.13(6842375.05.867)20(mkgtt3．计算年平均温度下油品的粘度。根据油品粘温特性表求出粘温特性方程)(00ttute及)ln(11001ttttu得u=0.0368186smeettut/100721.208.1526)205.13(0368186.0)(004．换算流量G-Q根据年输量任务为600万吨求流量：smhmGQt/228.0/182.819840095.871106008400103775.初定流速,计算管径。初定流速为1.5m/s,则m43934.05819.182/1.0.0188D6．根据管道规格，选出与D0相近的三种管径d1、d2、d3。选用L360螺旋焊缝钢管，规格为：d1=457mm;d2=508mm;d3=559mm7.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。根据流量Q=0.23sm/3=819.182hm/3，和初定的工作压力6MPa，确定选DZ250x340x4型输油泵（因为在此流量下该型号输油泵效率相对较高）1台作一个泵站，该型泵的性能参数如图：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CH，然后据此压头确定计算压力。在819.182hm/3,查得H=520m液柱。管道压力按下式计算P=(CH+SH)tg式中CH——任务输量下单个泵站提供的扬程520m；SH——为首站辅助泵的扬程45m。求得P=（520+45）*871.95*9.8=4.83MPa，确定设计压力为6MPa.冬季：油品密度877.703/mKg，管道最大压力P=(CH+SH)tg=（520+45）*877.70*9.8=4.86MPa9．求壁厚，并进行强度校核，求出管道的内径。输油管道的壁厚按下式计算][2PD][——许用应力，s][K,Mpa；s——最低屈服强度，MPa；K——一般站外输油管道系数：K=0.72——焊缝系数,0.1MPa2.2593600.172.0对于以上三种管径求壁厚:d1=457mm;d2=508mm;d3=559mmmm3.52.259245761；mm9.52.259250862；mm5.62.2592559611=5.3mm；2=5.9mm；3=6.5mm。查附录一——国产螺旋缝埋弧焊钢管规格，取大于上述数值的最相近的壁厚，得1=5.6mm；2=6.0mm；3=7.0mm。求内径：D=d-21D=445.8mm;2D=496.0mm;3D=545.0mm。校核各管径的壁厚在设计压力下是否满足要求，求输油管所受最大应力2PD得：1=244.82Mpa；2=254Mpa；3=239.57Mpa。均小于许用应力：s][K=259.2Mpa10．计算流速24DQV得：1V=39.1457.0/14.3/228.042m/s；2V=12.1508.0/14.3/228.042m/s；3V=93.0559.0/14.3/228.042m/s。11.计算雷诺数，判断流态DQ4ReRe——雷诺数；Q——流量，sm/3；D——管道内径，m；——油品动力粘度，sm/2；求得第一种管径DN457×5.6的雷诺数Re=19.324621007.204458.014.3228.046。绝对粗糙度e取0.03mm，第一临界雷诺数1Re=59.5/78=78)8.44503.02(5.591579444。由3000Re1Re判断流态在水力光滑区。对于第二种管径DN508×6.0有Re=82.288881007.20496.014.3228.046绝对粗糙度e取0.03mm，第一临界雷诺数1Re=59.5/78=78)49603.02(5.591784292由3000Re1Re判断流态在水力光滑区。对于第三种管径DN559×7.0有Re=47.265531007.20545.014.3228.046绝对粗糙度e取0.03mm，第一临界雷诺数1Re=59.5/78=78)54503.02(5.591987128由3000Re1Re判断流态在水力光滑区。即有结论流态都在水力光滑区。12．计算水力坡降和压头损失水力坡降按下式计算：mmmlDQLhi42i——水力坡降，m/km——水力光滑区取值为0.0246s2/m；m——水力光滑区取值为0.25；L——管道长度，km。压头损失计算：H=iL+ZZ——计算点之间的高差，m。75.425.0675.1)1007.20(228.00246.0Di按线路高程表从而算得三种不同管径的水力坡降和压头损失为：桩号1234567891011里程019124190290335438484554635696（km）高程（m）51760874559640751353635331717kmmi/748.54458.0)1007.20(228.00246.075.425.0675.11；kmmi/463.3496.0)1007.20(228.00246.075.425.0675.12kmmi/213.2545.0)1007.20(228.00246.075.425.0675.131H=iL+Z=5.748×696+（17-517）=3500.608m;2H=iL+Z=3.463×696+（17-517）=1910.248m;3H=iL+Z=2.213×696+（17-517）=1040.248m;13．在纵断面图上判断是否存在翻越点，确定计算长度L(采用做图法或编程判断)，见图。计算沿程各点需要的能量)(ifH：)(1)()(ZZiLHiifif)(ifL——计算点与起点之间管道长度，km;iZ——计算点的标高，m。即判断中途是否存在有)(1)()(ZZiLHiififiL+Z=H起点首站压头748.511QZfZZLiH作图如下图所示，蓝色各线条分别代表水力坡降分别为1i、2i、3i时的水力坡降线，初步判断没有翻越点。高程（m）里程（km）14．计算输油管道计算长度全线的沿程摩阻损失；三种不同管径的沿程压头损失上面已求得，考虑到还有一部分局部阻力损失，将压头损失再乘上1.01作为全线的压头损失。mH614.353501.1608.35001mH350.192901.1248.19102mH650.105001.1248.104031i2i3i8007006005004003002001000010020030040050060070015．确定全线需要的总压头ZH。SZZHHHSZH——末站剩余压力10m。350.106010650.1050250.193910350.1929614.354510614.3535321ZZZHHH16．按D508求泵站数，并化整；泵站数N：mCZhHHN10.215520350.106084.315520250.193902.715520614.3545321NNNCH——任务输量下单个泵站提供的扬程，m；mh——泵站内摩阻损失取15m。综上三组数据分析，在完成全年输量任务的前提下，考虑管径材料投资，能量耗费，泵站建设方便经济，应取DN508管径设泵站。17.将泵站数化小，N取3，敷设副管，主管与副管直径相同。副管长度计算公式：)1()(1wiNNhHxmCx——所需副管的长度，km;w——副管水力坡降与单管主管水力坡降的比值，对于主管与副管直径相同：3.0212175.12mw故有kmx175)3.01(463.3384.3)15520(18.将泵站数化大，N=4。一个泵站的性能方程：CH=A-B75.1Q采用最小二乘法，取一组流量值，查出对应的扬程值，使用Excel里的计算功能SLOPE是计算斜率，INTERCEPT是计算截距。Y为HC，X为Q1.75。f=0.046A=43.652B=1193采取三项使流量保持不变的措施如下：（1）将部分管径换小)1()(2iNNhHxmCx——所需变径管的长度，km;——变径管水力坡降与单管主管水力坡降的比值，md50d）（式中，N=3.842N=4cH=520mmh=15m，m=0.25变径管换为DN457的管子653.1)457508(dd75.450m）（所以kmx736.35])457508(1[463.3484.3)15520(75.42（2）调节泵的转速mBQAH20mmQnnBnnAH2020)()(要保持流量不变，则需要使提供的能量保持不变所以，令HH4.830式中，A=652.43B=1193Q=819.182hm/3m=0.25所以可以解得0nn=0.994（3）改变叶轮的直径mBQAH20mmQDDBDDAH2020)()(要保持流量不变，则需要使提供的能量保持不变所以，令HH4.830式中，A=652.43B=1193Q=819.182hm/3m=0.25所以可以解得0DD=0.99419．按最优