输油管道设计与管理-习题集.doc

《输油管道设计与管理》习题集

1．某长输管道按“从泵到泵”方式输送柴油，输量为90万吨/年，管径为Φ219×6，管壁粗糙度e=0.1mm，管道的最高工作压力为6.4Mpa，沿线年平均地温T0=12℃，年工作日按350天计算。其中柴油的物性参数：密度=821.3kg/m3，粘度ν12＝3.34×10-6m2/s。密度按以下公式换算：
kg/m3
kg/m3℃
（1）判断管内油品的流态。按照米勒公式和勃拉休斯公式计算输送柴油时的水力摩阻系数。
（2）根据达西公式，计算管道里程为100km时的摩阻损失。
（3）根据列宾宗公式，计算水力坡降i 。
（4）若某地段铺设了管径与主管相同的副管，求副管线的水力坡降if 。
（5）若某地段设一变径段，管内径变为180mm，求变径管线的水力坡降i0 。

2．管路热力计算
某管路长286km，采用φ426×8钢管，埋深1.4m，沿线冬季月平均地温2℃，月平均气温-10℃。管壁粗糙度e＝0.1mm。
(1) 计算管路保温与不保温的总热阻及总传热系数(埋地不保温管线沥青防腐绝缘层厚度7mm，埋地保温管线用聚氨脂泡沫塑料，厚40mm，外面有沥青防水层，厚7mm，忽略α1及钢管热阻)。
(2) 若管线架空铺设，试计算不保温及有40mm厚的聚氨脂泡沫塑料保温层时，管线的总热阻及总传热系数。冬季计算风速5m/s，管外壁至大气的辐射放热系数可取为αar＝3.5W/m2℃（，当Re>5×104时，取C=0.023，n=0.8。气温-10℃空气粘度为，空气导热系数为2.36，忽略α1及钢管热阻）。
(3) 若输量为500万吨/年，输送密度为870kg/m3的粘油，设计最高输油温度60℃，最低35℃，计算上述管路埋地无保温及埋地保温时所需的加热站数、站间长度。油品比热C=2.1kJ/kg℃。
(4) 管路埋地无保温铺设，计算冬季条件下，站间允许的最小输量。允许最高、最低输油温度为70℃、30℃。
(5) 若上述管路的输量降至240万吨/年，可以在设计及运行中采取什么措施实现正常安全输油?
有关参数如下：
土壤导热系数(w/m℃) 0.96
沥青导热系数(w/m℃) 0.15
聚氨脂泡沫导热系数(w/m℃) 0.05

3．用平均温度计算法计算某热油管路的站间摩阻。
管线φ325×7，站间距32km，总传热系数K＝1.8w/m2℃，输量98kg/s，出站油温65℃，沿线地温t0＝3℃。所输油品物性如下：
ρcp＝852kg/m3，C＝2.0kJ/kg℃
υTR＝5.3×10-6m2/s，u＝0.036(粘温指数)

4．热油管路设计方案
已知条件：
(1) 管线总传热系数K＝2.1w/m2℃，管线埋深处最低月平均地温t0＝1℃，螺纹焊接钢管φ325×7，工作压力46×105Pa，沥青绝缘层厚度为7mm。
(2) 管输原油的物性参数如下：
ρ20=840kg/m3
C＝2.1kJ/kg℃
粘温方程 lnυ＝3.62-0.041t (cs)
(3) 任务输量为300万吨/年
(4) 沿线里程、高程
距离km
0
3.0
7.1
19.8
30.9
39.6
50.6
61.2
71.3
80.6
高程 m
1170
1200
1172
1220
1215
1230
1234
1305
1382
1364
距离km
94.5
104
118.5
120.5
126.5
134
138.2
151.7
164.5

高程 m
1475
1760
1590
1590
1525
1532
1612
1390
1320

(5) 可供选择的加热炉、泵的性能
① 加热炉
四种加热炉，发热能力分别为1745、2326、3489、4652kw。当热负荷不小于加热炉容量的80%时，炉效ηR＝0.78，原油热值BH＝4.2×104kJ/kg。
② 输油泵选用Dyl55-67×(5-9)型多级离心泵
泵进口压力范围0-40m油柱
电动机效率ηe＝0.93
各级泵性能参数见下表

DYl55-67×(5-9)型多级离心泵性能
泵型号
流量Q
m3/h
扬程H
m
轴功率
kw
效率
％
允许汽蚀
余量，m
特性方程
Q(m3/s)
DYl55-67×5
电机240kw
2950转/分
90
155
180
403
335
303
157
197
212
63
72
70
3.2
5.0
6.6
H＝445-
2.7×104Q1.75
DYl55-67×6
电机290kw
2950转/分
90
155
180
476
402
356
185
238
250
63
72
70
3.2
5.0
6.6
H＝527.5-
3.19×104Q1.75
DYl55-67×6
电机340kw
2950转/分
90
155
180
549
469
409
212
276
288
63
72
70
3.2
5.0
6.6
H＝610-
3.69×104Q1.75
DYl55-67×8
电机380kw
2950转/分
90
155
180
622
536
462
242
316
324
63
72
70
3.2
5.0
6.6
H＝692-
4.18×104Q1.75
DYl55-67×9
电机440kw
2950转/分
90
155
180
695
603
515
269
355
36l
63
72
70
3.2
5.0
6.6
H＝774.5-
4.67×104Q1.75
(6) 站内压降，对热泵站取30m油柱，泵站或加热站取15m油柱。
试作下述计算：
(1) 按进、出站油温在60-25℃之间，计算所需加热站数及站间距，首站进站油温为25℃。
(2) 按平均温度法计算站间摩阻，选泵及泵的组合方式。确定所需泵站数(进站油温为
25℃)。
(3) 在管线纵断面图上布置加热站、泵站，并按泵站、加热站尽量合并的原则，调整站数或站址。
(4) 选择各站加热炉。
(5) 按任务输量，计算冬季全线月耗电、耗油量。
(6) 若管线投产初期的输量在三、四年内仅为l00万吨/年，在设计中应考虑什么问题?(工艺计算、加热站数、泵站数、主要设备选择、站址选择等方面)。
(7) 若夏季地温为15℃，各加热站要求停运一台加热炉进行检修，你的设计能满足要求吗?
(8) 若最后一个泵站停运，该管线可能达到的输量应如何求解 (从两种运行方式考虑，
开式、密闭) ?

5．热油管线允许停输时间计算
(1) φ325×7的架空保温管线，聚氨酯泡沫塑料保温层厚40mm， ，当Re>5×104时，取C=0.023，n=0.8。气温-10℃，空气粘度为，空气导热系数为2.36，风速5m/s，计算原油从25℃冷却至20℃的允许停输时间(无结蜡层)。
(2) 若管内壁平均结蜡厚度为20mm，计算同上温降温度范围的停输时间(计算中将油与管内壁、油与结蜡层内壁温差取为2℃)。有关数据如下：

钢管
保温层
蜡及凝油
密度(kg/m3)
7850
60
840
比热(kJ/kg℃)
0.5
0.7
2.5
原油物性参数：
导热系数λ＝0.17w/m℃
体积膨胀系数β＝6.4×10-4 1/℃
原油运动粘度υ＝l17×10-6m2/s
原油密度ρ=840kg/m3
原油比热C＝2.1kJ/kg℃
聚氨脂泡沫导热系数(w/m℃) 0.05
钢材导热系数(w/m℃) 50
管外壁至大气的幅射放热系数可取为αar＝3.5W/m2℃
结蜡层导热系数(w/m℃) 0.15

6．某成品油管道顺序输送汽油和柴油，已知管径为φ159×6，管道长600km，沿线年平均地温12℃，此温度下汽油和柴油的粘度分别为0.821×10-6m2/s，3.34×10-6m2/s，管道输量为0.021m3/s。（分子扩散系数DT按亚勃隆斯基公式计算）
（1）计算浓度范围99％至1％的混油量及混油长度；
（2）汽油中允许混入的柴油浓度和柴油中允许混入的汽油浓度均为0.5%，取管道终点汽油罐与柴油罐容积相同，可选用的油罐规格为200m3和500m3两种，终点不设专门的混油罐，计算为了掺和混油应选择的油罐规格。

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