中国石油大学(华东)输油管道设计与管理储运22.pptVIP

* * 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(最主要的) 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。 输油管道的压能损失 流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。 1、流态划分和输油管道的常见流态 层流：Re≤2000 过渡流：2000Re≤3000 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：ReRe2 （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、大直径轻质成品油管道：水力光滑区 小直径轻质成品油管道：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 ： 相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或2e/D)。 绝对粗糙度：管内壁面突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 2-10.28 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： 代入边界层厚度计算公式，得 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，ReRe1，为水力光滑区；若取e=0.15mm，则Re1=4.2×105，ReRe1，为混合摩擦区。 输油管道的压能损失 有人认为上述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 我国输油管道工程设计规范规定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 普朗特-卡门公式 勃拉休斯 公式 伊萨耶夫 公式 尼古拉兹 公式 除了上表中规定的计算公式外，还有计算结果相近的其他公式，分别是： 水力光滑区的米勒公式： 混合摩擦区的科尔布鲁克-怀特公式： 混合摩擦区的阿尔特舒利-卡利聪公式： 粗糙区的谢夫林松公式： 由各区的λ计算公式可以看出： 紊流光滑区: 层流边层厚度δe3e，λ只与Re有关，与粗糙度无关； 混合摩擦区： 0.157eδe3e，λ=f(Re,e/D)，λ与Re和粗糙度有关； 完全粗糙区： 层流边层很薄，粗糙突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