油库设计与管理第四课方案.ppt

输油管道设计与管理 Design and Management of oil Pipelines 第二章 等温输油管道的工艺计算 * 一、管路的压降计算 根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为： 其中：hL为沿程摩阻 hξ为局部摩阻 (zj-zQ) 为计算高程差 第二节 输油管道的压能损失 二、水力摩阻系数的计算 计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 。 达西公式 ： 对于一条给定的长输管道，L和D都是已知的，输量（或流速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数 λ。 根据流体力学理论 其中：e为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径。 λ是Re和e/D 的二元函数，具体的函 数关系视流态而定。 在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区，因该区的流态不稳定。实在无法避开时，该区的λ按紊流光滑区计算。 输油管道的压能损失 流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过渡区。 1、流态划分和输油管道的常见流态 层流：Re2000 过渡流：2000Re3000 紊流光滑区：3000Re Re1 （简称光滑区） 紊流混合摩擦区：Re1Re Re2 （简称混摩区） 紊流粗糙区：Re Re2 （简称粗糙区） 我国《输油管道工程设计规范》规定的流态划分标准是： 其中： 输油管道中所遇到的流态一般为： 热含蜡原油管道：水力光滑区 较轻的成品油管道：混合摩擦区 高粘原油和燃料油管道：层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区。 输油管道的压能损失 2、管壁粗糙度的确定 管壁粗糙度 ： 1.相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或2e/D)。 2.绝对粗糙度：管内壁面凸起高度的统计平均值。 紊流各区分界雷诺数Re1、Re2及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关。我国《输油管道工程设计规范》中规定的各种管子的绝对粗糙度如下： 无缝钢管：0.06mm 直缝钢管：0.054mm 螺旋焊缝钢管：DN=250～350时取0.125mm DN400时取0.1mm 3.紊流区临界雷诺数Re1和Re2的确定 紊流区分为水力光滑区、混合摩擦区和完全粗糙区，划分的依据是临界雷诺数Re1和Re2 。 层流边界层厚度的表达式 ： 水力光滑区: 混合摩擦区: 粗糙区: 取 λ按紊流光滑区的Blasius公式计算： 则 令 则 输油管道的压能损失 取 代入边界层厚度计算公式，得 输油管道的压能损失 规范上取 ，这就是Re1的来历。 (混摩区与粗糙区的分界相对粗糙度) (粗糙区摩阻系数计算公式) 从而得到： 当雷诺数Re处于分界雷诺数附近时，e的取值相当重要，不同的e值可能导致流态判别的不同。 如某条管道Re=5×105，若取e=0.1mm，则Re1=6.7×105，因而ReRe1，为水力光滑区；若取e=0.15mm，则Re1=4.2×105，因而ReRe1，为混合摩擦区。 输油管道的压能损失 上面介绍的Re1和Re2的计算方法适用于口径较小、粗糙度较大的输油管道。 随着输油管道口径的增大和制管工艺的提高, e变小，再用上面的公式计算就会与实际相差较大，这时可以采用下式计算: 该式计算的Re1值比前面公式小，即紊流光滑区的范围缩小了。 我国目前采用的计算公式为 输油管道的压能损失 4、水力摩阻系数的计算 我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。 ReRe2= 粗糙区 ReRe2 混合摩擦区 水力光滑区 3000ReRe1= 紊 流 λ =64/Re λ ＝f(Re,ε) Re2000 划分范围 层流 流态 由各区的λ计算公式可以看出： 紊流光滑区: 层流边层厚度δee，λ只与Re有关，与粗糙度无关； 混合摩擦区： δee，λ=f(Re,e/D)，λ与Re和粗糙度二者有关； 完全粗糙度区： 层流边层很薄，粗糙凸起几乎全部暴露于层流边层之外，λ只与e/D有关，而与Re无关，摩阻与流速（流量）的平方成正比，故粗糙区又叫阻力平方区。 输油管道的压能损失 三、流量压降综合计算公式—列宾宗公式 1、列宾宗公式 代入达西公式 、 和 把 令 整理得 即得到列宾宗公式： 0.0826λ 0.0802A 0.0246 4.15 β 0 0.123 0.25 1 m λ 0.3164 64 A 粗糙区 混合摩擦区 水力光滑区 紊 流