【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 所以單個(gè)泵的HQ方程（壓頭特性）為： 泵站的特性方程： （38）當(dāng)多臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)，根據(jù)離心泵串聯(lián)組合的特點(diǎn)，每臺(tái)泵的排量相等，均等于泵站排量，泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和，所以若有N臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)的特性方程為： （39）泵站的特性方程的常系數(shù)分別為每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)系數(shù)的代數(shù)和，即 如果N臺(tái)同型號(hào)的泵串聯(lián)工作，泵站的特性方程的常系數(shù)為： 本設(shè)計(jì)取2臺(tái)泵串聯(lián)，故其HQ方程（壓頭特性）方程為： 按照任務(wù)輸量900萬(wàn)噸/年（）計(jì)算泵的性能參數(shù)： ＝＝預(yù)選的輸油泵站，在給定的任務(wù)輸量的工作條件下所提供的揚(yáng)程，泵站進(jìn)站壓力的范圍為，設(shè)定本設(shè)計(jì)中的進(jìn)站壓頭為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計(jì)算壓力： （310）式中 P——泵站工作壓力，MPa； ——任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，； ——泵站進(jìn)站壓力換算的液柱。即為：（2）選泵型號(hào)并組站 2查《泵的產(chǎn)品樣品》，DZ2503404型泵，其性能如下表： 表35 DZ2503404型泵性能參數(shù)型號(hào)口徑mm流量揚(yáng)程m轉(zhuǎn)數(shù)效率%葉輪直徑mm吸入口吐出口DZ250340425025080060029808434495054082110045076根據(jù)泵的特性方程，即公式（35） （）由最小二乘法擬合，在編程界面輸入表中相關(guān)參數(shù)，可得：圖33 泵的特性方程常系數(shù)求解程序運(yùn)行界面即a=，b=所以單個(gè)泵的HQ方程（壓頭特性）為： 泵站的特性方程：當(dāng)多臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，根據(jù)離心泵并聯(lián)組合的特點(diǎn)，各泵提供的揚(yáng)程相等，均等于泵站揚(yáng)程，泵站排量等于各泵排量之和，所以臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)的特性方程為： （311） 本設(shè)計(jì)取2臺(tái)泵并聯(lián)，故其HQ方程（壓頭特性）方程為：按照任務(wù)輸量900萬(wàn)噸/年（）計(jì)算泵的性能參數(shù)＝672 預(yù)選的輸油泵站，在給定的任務(wù)輸量的工作條件下所提供的揚(yáng)程，泵站進(jìn)站壓力的范圍為，設(shè)定本設(shè)計(jì)中的進(jìn)站壓頭為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計(jì)算壓力：式中 P——泵站工作壓力，； ——任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，； ——泵站進(jìn)站壓力換算的液柱。即為：根據(jù)上述選擇的泵型號(hào)和泵站組合方式，初步制定的壓力、管徑搭配可更改為： 508（ MPa（泵站1）、 MPa（泵站2）） 529（ MPa（泵站1）、 MPa（泵站2）） 559（ MPa（泵站1）、 MPa（泵站2）） 610（ MPa（泵站1）、 MPa（泵站2）） 660（ MPa（泵站1）、 MPa（泵站2））即為本設(shè)計(jì)的確定初始方案.根據(jù)所求得的和選定的管徑求壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核，然后求出管道的內(nèi)徑。管壁厚度與輸送介質(zhì)的壓力、溫度以及選用的管材和管徑有關(guān)。管道的壁厚由環(huán)向應(yīng)力公式并遵循有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)確定，按照我國(guó)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50253—2003）中規(guī)定，輸油管道直管段的設(shè)計(jì)公式如下： （312）式中 ——管壁厚度計(jì)算值，； ——外徑，； ——設(shè)計(jì)壓力或管道的工作壓力，； ——輸油管道的許用應(yīng)力，； ——焊縫系數(shù)，； ——考慮鋼管公差和腐蝕的余量，根據(jù)管路的工作環(huán)境，取。根據(jù)國(guó)際管道建設(shè)選材的發(fā)展趨勢(shì)以及強(qiáng)度初步的估算，本設(shè)計(jì)最終確定選X60級(jí)管材查《石油天然氣工業(yè) 輸送鋼管交貨條件 第一部分:A級(jí)鋼管》（GB/—1997）可知，X60鋼的最低屈服強(qiáng)度=413 MPa，焊縫系數(shù)=，彈性模量E=210GPa，線性膨脹系數(shù)=輸送及以上的液體管道的設(shè)計(jì)系數(shù)除穿越段按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SY/T 0015）的規(guī)定取值外。管道的許用應(yīng)力：式中 ——許用應(yīng)力，；K——強(qiáng)度系數(shù)，取K＝；——焊縫系數(shù)；——鋼管的最低屈服強(qiáng)度。根據(jù)環(huán)向應(yīng)力確定壁厚（以方案150）考慮到，可將此值圓整到接近的標(biāo)準(zhǔn)壁厚=反算實(shí)際流速：根據(jù)前蘇聯(lián)國(guó)家干線管道設(shè)計(jì)院提供的資料，－，所以上述管徑或壁厚的設(shè)計(jì)基本合理。（1）強(qiáng)度校核：①熱應(yīng)力：式中 ——管道材料的線性膨脹系數(shù)，；E——管材的彈性模量，；——管道的工作溫度與安裝溫度之差，取極限，有。②環(huán)向應(yīng)力的泊松效應(yīng)：式中 ——管材的泊松系數(shù)，；p——設(shè)計(jì)壓力，；D——外徑，；——壁厚。③總的軸向應(yīng)力：壁厚滿足強(qiáng)度要求。（2）穩(wěn)定性校核：由公式（29）可得，地下管道被土壤嵌住，直管段所受的最大軸向壓力P為： 當(dāng)軸向力P達(dá)到或超過(guò)某一臨界值時(shí)，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(duì)管道的軸向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。由公式（29）可得出直管段的失穩(wěn)臨界力：式中 ——土壤壓縮抗力系數(shù)；——土壤的彈性模量，；——土壤的泊松系數(shù)，；——土壤的彈性模量降低系數(shù)，?。弧獑挝还艿篱L(zhǎng)度，；——管道中心線至填土表面的距離，；D——管道外徑。 滿足穩(wěn)定性的要求所以選用的X60的符合強(qiáng)度要求。鑒于本設(shè)計(jì)方案較多，且求解壁厚并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核的計(jì)算量繁雜，最好進(jìn)行編程計(jì)算校核，以減輕工作量和提高效率。以上面對(duì)方案11（508，）的壁厚計(jì)算和強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核為例，其程序運(yùn)行界面如下：圖34 方案的提出程序運(yùn)行界面圖35 強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核程序運(yùn)行界面在程序運(yùn)行界面上重新輸入其他方案的相應(yīng)數(shù)值，點(diǎn)擊運(yùn)行，對(duì)制定的每一個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算、校核。利用程序進(jìn)行各方案壁厚計(jì)算和強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核后的結(jié)果如下表：表36 各方案壁厚計(jì)算和強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核結(jié)果D（mm）P(MPa)(mm)(mm)(mm)強(qiáng)度校核結(jié)果穩(wěn)定性校核結(jié)果是否可取方案1508滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案2508滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取續(xù)表36D（mm）P(MPa)(mm)(mm)(mm)強(qiáng)度校核結(jié)果穩(wěn)定性校核結(jié)果是否可取方案3529滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案4529滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案5559滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案6559滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案7610滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案8610滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案9660滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取方案10660滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求方案可取表3－7 （前蘇聯(lián)）長(zhǎng)距離輸油管道中原油和成品油的推薦流速管徑，mm流速，m/s管徑， mm流速，m/s2191．06301．42731．07201．63251．18201．93771．19202．14201．210202．35301．312202．7對(duì)照上述兩表，上述各方案的實(shí)際流速與推薦值出入并不是很大，基本比較合理、翻越點(diǎn)、管道計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算任務(wù)流量下的水力坡降，并判斷翻越點(diǎn)，確定管道計(jì)算長(zhǎng)度，判定流態(tài) （313）式中 ——油品的運(yùn)動(dòng)粘度，； ——油品在管路中的體積流量。 （314）式中 ——管壁的絕對(duì)當(dāng)量粗糙度。目前我國(guó)長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)中，一般取。 ＝ 表38 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(shí)，混合磨擦區(qū)粗糙區(qū)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可判定除汽油和個(gè)別月份煤油稍微超過(guò)水力光滑區(qū)外，占半數(shù)輸量的柴油和煤油在一些月份均處于水利光滑區(qū)，因此流態(tài)可定為水利光滑區(qū) （315） （316） （317）表39 不同流態(tài)時(shí)的、值流態(tài)，液柱層流641紊流水力光滑區(qū)混合摩擦區(qū)流態(tài)，液柱紊流粗糙區(qū)0由公式（315）得： 在畫(huà)出的管路縱斷面圖上找出有可能成為翻越點(diǎn)的可疑點(diǎn)，進(jìn)行比較判斷： 可疑點(diǎn)為：459Km處，，這兩處相對(duì)終點(diǎn)的斜率分別為：＝ ＝均遠(yuǎn)小于管輸條件下的最大或最小水力坡降值，所以不存在翻越點(diǎn)計(jì)算全線需要的總壓頭、確定泵站數(shù)并化整：根據(jù)任務(wù)輸量，在泵站工作特性曲線上可以得到每個(gè)泵站所能提供的揚(yáng)程為。管路全線消耗的壓力能為 （318） 按最大值計(jì)算：＝ ＝3880 m全線個(gè)泵站提供的總揚(yáng)程必然與消耗的總能量平衡，于是有 （319）泵站數(shù) （320）式中 ——任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，液柱； ——泵站站內(nèi)損失，液柱； ——任務(wù)數(shù)量下管道所需總壓頭，液柱； ——末站剩余壓力，液柱； ——管道計(jì)算長(zhǎng)度。顯然計(jì)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)。表310不同輸量下的值輸量（）125025003600500070001000012000（米液柱）404550556080100根據(jù)表中數(shù)據(jù)，＝，取N＝4將N化為較小整數(shù)，可以采用的方法有鋪設(shè)一條變徑管或副管以減小摩阻。設(shè)需要鋪設(shè)的副管長(zhǎng)為，則由此可得副管長(zhǎng)度為 （321） （322）式中 ——任務(wù)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，＝ ＝ 由可得變徑管長(zhǎng)度為 （323） （324）式中 ——任務(wù)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；——變徑管管徑（內(nèi)徑）。選取規(guī)格的變徑管，則（如選泵站2，則選取規(guī)格的變徑管），取N＝5將N化為較大整數(shù)，常用的辦法是將離心泵的級(jí)數(shù)減小或葉輪換小。當(dāng)全線泵站數(shù)較少，化為較大整數(shù)時(shí)影響顯著，也可考慮將部分管徑換小。此時(shí)變徑管的長(zhǎng)度計(jì)算方法同前，即變徑管長(zhǎng)度為 式中 ——任務(wù)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； ——變徑管管徑（內(nèi)徑）。選取規(guī)格的變徑管，則由于本設(shè)計(jì)方案較多，為減少手算工作量，可依據(jù)上述公式對(duì)該步驟進(jìn)行編程計(jì)算每種方案的泵站數(shù)并化整，比較程序界面上采用變徑管和副管的長(zhǎng)度來(lái)采取其中的一種方法應(yīng)用與本設(shè)計(jì) 以方案5（508，（泵站1））為例圖36 泵站數(shù)化整程序運(yùn)行界面很顯然，在該方案中采用變徑管要比使用副管合理在程序運(yùn)行界面上重新輸入其他方案的相應(yīng)數(shù)值，點(diǎn)擊運(yùn)行，對(duì)制定的每一個(gè)方案進(jìn)行計(jì)算，確定泵站數(shù)并化整。（本設(shè)計(jì)中各方案所采用的副管均與主管同管徑；變徑管均為，管材重量為：）利用程序?qū)Ω鞣桨高M(jìn)行計(jì)算泵站數(shù)并化整后的結(jié)果如下表：表311 各方案計(jì)算泵站數(shù)并化整后的結(jié)果泵站揚(yáng)程m泵站的計(jì)算值化整及可采取措施化整及選用措施化較小整數(shù)N1措施 單位（m）化較大整數(shù)N2變徑管長(zhǎng)度（m）方案14副管長(zhǎng)度54變徑管變徑管長(zhǎng)方案26725副管長(zhǎng)度66變徑管變徑管長(zhǎng)方案33副管長(zhǎng)度44變徑管變徑管長(zhǎng)方案4