【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Q 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 萬噸年 12636 計(jì)算泵的性能參數(shù) ＝ ＝ 9895 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》 DZ250 340 4 型泵其性能如下表 表 35 DZ250 340 4 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 DZ2503404 250 250 800 600 2980 84 344 950 540 82 1100 450 76 根據(jù)泵的特性方程即公式 35 m 取 025 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 8054b 0001676 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 萬噸年 12636 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 508847 MPa 泵站 1583 MPa 泵站 2 529847 MPa 泵站 1583 MPa 泵站 2 559847 MPa 泵站 1583 MPa 泵站 2 610847 MPa 泵站 1583 MPa 泵站 2 660847 MPa 泵站 1583 MPa 泵站 2 即為本設(shè)計(jì)的確定初始方案 厚值并校核 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 1 計(jì)算壁厚 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》GB502532021 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)無縫鋼管取 10 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》 GBT971111997可知 X60 鋼的最低屈服強(qiáng)度 413 MPa 焊縫系數(shù) 10 彈性模量 E 210GPa 線性膨脹系數(shù) 120 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》 SYT 0015 的規(guī)定取值外輸油站外一般地段取 072 管道的許用應(yīng)力 式中 許用應(yīng)力 K 強(qiáng)度系數(shù)取 K＝ 072 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 1508847MPa 為例 考慮到可將此值圓整到接近的標(biāo)準(zhǔn)壁厚 80 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)院提供的資料原油和成品油在干線管中的流速 V 可處于 10－ 27ms 之間所以上述管徑或壁厚的設(shè)計(jì)基本合理 2 對(duì)壁厚進(jìn)行強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核 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)取 單位管道長(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 11508886MPa 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 Dmm 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 1 508 886 7568066 80 178313 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 2 508 612 5227603 56 174884 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 Dmm 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 3 529 886 7880919 80 164013 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 4 529 612 5443705 55 160862 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 5 559 886 8327852 86 147040 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 6 559 612 5752421 60 144257 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 7 610 886 9087638 100 123996 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 8 610 612 627724 64 121025 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 9 660 886 9832526 100 105379 滿足強(qiáng)度要求 滿足穩(wěn)定性要求 方案可取 方案 10 660 612 6791768 70 103431 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 ms 管徑 mm 流速 ms 219 1． 0 630 1． 4 273 1． 0 720 1． 6 325 1． 1 820 1． 9 377 1． 1 920 2． 1 420 1． 2 1020 2． 3 530 1． 3 1220 2． 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 降翻越點(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 1 計(jì)算雷諾數(shù)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) 2 水力坡降和綜合參數(shù)摩阻 315 316 317 表 39 不同流態(tài)時(shí)的值流態(tài) 液柱 層流 64 1 415 紊流 水力光滑區(qū) 03164 025 00246 混合摩擦區(qū) 0123 流態(tài) 液柱 紊流 粗糙區(qū) 0 由公式 315 得 3 判斷有無翻越點(diǎn) 在畫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 處高程 1596m 和 398Km 處高程 1805m 這兩處相對(duì)終點(diǎn)的斜率分別為＝ 000044 ＝000041 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) 站數(shù)并化整 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)度考慮到局部摩阻取為管道實(shí)際長(zhǎng)度的 101 倍 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 1250 2500 3600 5000 7000 10000 12021 米液柱 40 45 50 55 60 80 100 根據(jù)表中數(shù)據(jù)利用線性差值可算出排量 12204 時(shí)＝ 3988 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＝ 025 ＝ 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)度來采取其中的一種方法應(yīng)用與本設(shè)計(jì) 以方案 5508847MPa 泵站 1 為例 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 1 9895 4085764 4 副管長(zhǎng)度 5 4202161 4 變徑管 177766 變徑管長(zhǎng) 1540555 方案 2 672 5877201 5 副管長(zhǎng)度 6