【文章內(nèi)容簡介】 （34）式中 Hc——離心泵揚程，m液柱； Q——離心泵排量，m3/h； a b——常數(shù)； m——管道流量—壓降公式中的指數(shù)，在水力光滑區(qū)內(nèi)m=，混合摩擦區(qū)中m=。 手冊中給出的（H，Q）值一般為多組，我們可用最小二乘法算出a，b的值，計算方法為： 令，；所以： （35）對a，b求偏導使得： 求得： 通過計算可得出：(1) 當選擇ZLM IP 440/06時，a=，b=104，（假設在混合摩擦區(qū)m=）。所以單個泵的HQ特性方程為：HC=—。當多臺泵串聯(lián)時，根據(jù)離心泵串聯(lián)組合的特點，每臺泵排量相當，均等于泵站排量，泵站揚程等于各泵揚程之和，所以若有N臺泵串聯(lián)時的特性方程為： （36）泵站的特性方程為： ，其中，如果N臺型號的泵串聯(lián)工作，泵站的特性方程的常系數(shù)為： A=Na B=Nb 本設計方案之一取四臺同型號的泵串聯(lián)使用組成泵站，則泵站的特性方程為： HC=4—4 =—： HC=— =—104 = 預選的輸油泵站，在給定的任務輸量的工作條件下，泵站的進站壓力△~，設定本設計中的進站壓頭為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計算壓力為： P=（HC+△H）pg式中 P———泵站工作壓力，MPA HC———任務輸量下泵站的揚程，m △H———泵站進站壓力換算的液柱，30m即為：P=（+30）=(2) 當選擇ZLM IP 530/06時，根據(jù)泵的特性方程，即公式： 同上由最小二乘法可以得出 A= b=4105所以由此得到單個泵的HQ方程為： HC=—4本設計取三臺相同的泵串聯(lián)作為泵站，故HQ方程為： HC=—： HC=— = —104 =故由此計算泵站的特性方程為：HC=— 預選的輸油泵站，在給定的任務輸量的工作條件下，泵站的進站壓力△~，設定本設計的進站壓力為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計算壓力： P=（HC+△H）pg式中 P———泵站工作壓力，MPA HC———任務輸量下泵站的揚程，m △H———泵站進站壓力換算的液柱，30m P=（+30）=根據(jù)所選的泵型號和泵站組合方式，管徑和工作壓力可以設定為： （、）457 （、）508 （、）529 （、）559 （、） 以上即為管徑和壓力的初定方案。參考已投產(chǎn)管道的用鋼情況和今年來管道的發(fā)展趨勢，可選用X65的螺旋焊管作為本管道設計用鋼。 按照我國《輸油管道工程設計規(guī)范》（GB50253—2003）中規(guī)定，輸油管道直管段的設計公式如下： （37）式中 ——管壁厚度計算值，m； D——外徑，m； P——設計壓力或管道的工作壓力，MPa； ——輸油管道的許用應力，MPa ——焊縫系數(shù)，； C——考慮鋼管公差和腐蝕的余量，根據(jù)管路的工作環(huán)境，取C=0~2mm。 由《輸油管道工程設計規(guī)范》（GB50253—2003）可知X65鋼的最低屈服強度σS=450mpa，彈性模量E=210GPA,線性膨脹系數(shù)α=105℃1，焊縫系數(shù)=，=KσS=450=324MPA，《輸油管道工程設計規(guī)范》（GB50253—2003）。式中 σS———鋼管的最低屈服強度，MPA K———強度系數(shù)，取K= ———焊縫系數(shù)； 鑒于方案較多，故編程計算管道壁厚。根據(jù)國產(chǎn)鋼管部分規(guī)格和API標準鋼管部分規(guī)格，可對計算做出計算壁厚和圓整壁厚如下表（C=1mm）：表5管道參數(shù)方案管道外徑mm工作壓力MPa計算壁厚mm圓整后壁厚mm方案17方案28方案34577方案44578方案55087方案65088方案75297方案85298方案95597方案105598 根據(jù)管徑壁厚反算流速并檢驗反算流速是否合理。同樣，可用編程計算，計算結果如下表：表6反算流速表方案管道內(nèi)徑mm經(jīng)濟流速m/s反算流速m/s方案1方案2方案3方案4443方案5494方案6493方案7515方案8513方案9544方案10 由此可知，~，故認為上述管徑、工作壓力、壁厚的選定或計算基本符合條件。 (1) 強度校核 A熱應力： 式中式中 α——管道材料的線性膨脹系數(shù) 105℃1； E———管材的彈性模量，MPa △t——管道的工作溫度與安裝溫度只差，取極限，有 ，可由公式計算，為便于計算，可編程： 式中 ——管材的泊松系數(shù)，；p——設計壓力，；D——外徑，；——壁厚。 ，可由公式計算，為便于計算，可編程： （38） ，通過編程計算，成立。(2) 穩(wěn)定性校核地下管道被土壤嵌住，直管段所收最大軸向壓力P為： 式中 P——管道軸向壓力，N； P——內(nèi)壓，MPa； A——管子的管壁截面積，m2； D——管道直徑，m； E——管道彈性模量，MPa； ——管道壁厚，m； ———膨脹系數(shù)，m/℃； ———溫度變化，按最危險情況考慮，℃。當軸向力P達到或超過某一臨界值PCR時，埋地管道將喪失軸向穩(wěn)定性，管道將產(chǎn)生波浪形彎曲，發(fā)生拱出地面而造成破壞事故。因此，必須對管道的軸向穩(wěn)定性進行驗算。 直管段的失穩(wěn)臨界力； 式中 PCR———失穩(wěn)臨界力，N； K0———土壤壓縮抗力系數(shù)； D———管道外徑，m； E———管道的彈性模量，MPa I———管道橫截面積慣性矩，m4當P PCR時，穩(wěn)定性滿足要求。 鑒于方案較多，故可采用編程計算，計算結果如下：表7 管道直管段穩(wěn)定性校核方案總的軸向應力Mpa是否超出屈服強度最大軸向應力N臨界軸向應力N是否超出失穩(wěn)極限方案1否1051010否方案2否1051010否方案3否1051011否方案4否1051011否方案5否1061011否方案6否1061011否方案7否1061011否方案8否1061011否方案9否1061011否方案10否1061011否、翻越點、管道長度計算 計算任務流量下的水力坡降，并判斷翻越點，確定管道計算長度。 計算雷諾數(shù)，判斷流態(tài) 式中 ——油品的運動粘度，； ——油品在管路中的體積流量，； d——管道內(nèi)徑。方案不同，管徑不同的方案有不同的雷諾數(shù)。鑒于方案較多，故可編程計算最大管徑和最小管徑的雷諾數(shù)。表8 流態(tài)的劃分及不同流態(tài)的摩阻系數(shù)的值流態(tài)劃分范圍層流紊流水力光滑區(qū)時，混合磨擦區(qū)粗糙區(qū)其中選此十個方案管內(nèi)徑最小和最大的計算雷諾數(shù)，計算結果如下表9最大和最小管徑雷諾數(shù)管徑介質最小內(nèi)雷諾數(shù)（d=）最大管徑雷諾數(shù)（d=544mm）汽油℃106106航煤℃106106柴油℃104106Re1103106Re2106106 比較可知，大多數(shù)流態(tài)處于混合摩擦區(qū)。為了減少混油量，實際工程上盡量使流態(tài)處于混合摩擦區(qū)，即初選的工作壓力完全能滿足實際工況，故可認為提出的方案基本滿足要求。 水力坡降可由下面的公式計算： （39） 由于處于混合摩擦區(qū)工作，數(shù)據(jù)可見下表 表10 混合摩擦區(qū)公式流態(tài)ABh，m液柱混合摩擦區(qū)初步計算各方案的布展水力坡降表11 布站水力坡降方案布站水力坡降方案布站水力坡降方案1102方案6103方案2102方案7103方案3102方案8103方案4102方案9103方案5103方案10103根據(jù)縱斷面數(shù)據(jù)，做出縱斷面圖 由圖可知，可能存在翻越點的坐標為:1（403km,3585），2（617km，3310m),3(1082km,3740),4(1289km,3930m),5(1742km,2320m)點。計算全線能量消耗和從初始點到翻越點的能量消耗比較，判斷有無翻越點。以方案7為例，判斷有無翻越點： H=iL+△Z=10318421000+1660—870= H=iL1+△Z=1034031000+3585—870= H=iL2+△Z=1036171000+3310—870= H=iL3+△Z=10310821000+3740—870= H=iL4+△Z=10312891000+3930—870= H=iL5+△Z=10317421000+2320—870=由以上計算可以看出，該方案存在翻越點，在里程1742km，高程2320處。 泵站數(shù)的確定計算全線需要的總壓頭，根據(jù)任務輸量，按全年平均地溫的柴油的水力坡降布站。全線消耗的總的壓能為： 設全線有N個泵站，由此可得出： 泵站數(shù) （310） 式中 ——任務輸量下泵站的揚程，液柱； ——泵站站內(nèi)損失，液柱； ——任務數(shù)量下管道所需總壓頭，液柱； ——末站剩余壓力，液柱； ——管道計算長度。顯然計算出的不一定是正數(shù)，只能取之相近的整數(shù)作為該方案需建的泵站數(shù)?！豆艿烙嬎闶謨浴分胁煌斄肯耯m的值表12 不同輸量下hm的值輸量（）125025003600500070001000012000（米液柱）404550556080100 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以得到，當任務輸量為1080m179。/h時，hm=，取Hsz=50m。對于不用的方案具有不用的能耗值H值，不同的組合方案，有不同的Hc值，故可編程得到所需泵站的輸量。表13 各方案的計算泵站數(shù)方案計算泵站數(shù)方案計算泵站數(shù)方案1方案6方案2方案7方案3方案8方案4方案9方案5方案10 由此可知，十個方案選選定的計算泵站數(shù)均需要化整，當將N化為較小整數(shù)，可以采用的方法有鋪設一條變徑管或副管以減小摩阻損失；當將N化為較大的正數(shù)時，常用的辦法是將離心泵的級數(shù)減小或葉輪換小。當全線泵站數(shù)較少，化為較大整數(shù)時影響顯著，也可考慮將部分管徑換小。 泵站數(shù)化整將N化為較小整數(shù)，可以采用的方法有鋪設一條變徑管或副管以減小摩阻。設需要鋪設的副管長為，則由此可得副管長度為 （311） （312）式中 ——任務輸量下，單根主管的水力坡降； ——副管水力坡降； ——副管水力坡降與單管主管水力坡降的比值；——副管管徑（內(nèi)徑）。 取主副管管徑相同，m=。 ＝由可得變徑管長度為 （313） （314）式中 ——任務輸量下，單根主管的水力坡降； ——變徑管水力坡降； ——變徑管水力坡降與單管主管水力坡降的比值；