油库工艺与设备

兰州石化职业技术学院 油库工艺与设备第三章油库管路与泵房

Contents 本章主要内容 1 油库工艺流程和管路布置 2 管路水力计算油库用管及配件 3 管路敷设与试压 4 5 Click to add title in here Click to add title in here

§3.1油库工艺流程和管路布置 一、工艺流程所谓油库工艺流程设计，就是合理布置和规划油库经营油品的流向和可以完成的作业，包括油品的装卸、灌装、倒罐等。 4

二、基本管路布置形式 1.单管系统：将油品分为若干组，每组各设一根管线； 2.双管系统：将油品分为若干组，每组有两根管线，一进一出； 3.独立管道系统：每个油罐都有自己的进出油管。一般，油库管网的布置以双管系统为主，以单管系统和独立管道系统为辅。 §3.1油库工艺流程和管路布置 5

第一节油库工艺流程和管路布置 • 为了节约管线、简化流程、提高设备利用率、减少建设投资，流程布置时应考虑一管多用和一泵多用的设计方案，即在不影响油库正常操作的情况下，利用同一管线和同一泵输送几种性质相近的油品。 • 根据油品性质，通常将油品分为10组，同组内的油品可以公用一条管线和一台泵。 • 上述分组是为了确保油品质量而拟定的。 • 如果油库经营的油品种类较多，而已建管道不足时，亦可在加强管道清洗的前提下，适当并组使用。 • 溶剂汽油绝对不能与含铅汽油共用一条管道。 • 对于有特殊要求的油品，例如航空汽油、航空煤油等，必须专用。 • 分组原则：把性质相似、色泽相近的油品分为一组。

油品分组表 第三章油库管路和泵房 7

2.流程图绘制方法： ⑴无严格比例要求，各装置之间不受总图的约束； ⑵为便于与总图联系，流程图的布置方位，应尽可能地与总图取得一致； ⑶油管线用粗实线，其余设备用细实线，拐弯处有直角； ⑷布置合理美观； ⑸流程图上还应注明设备和管道名称、规格和所输油品。应有管线和布置说明，管线要标出走向； ⑹要有图例。 §3.1油库工艺流程和管路布置 8

三、管网安装图和纵断面图 1.管网安装图反映管道真实安装位置图纸，是施工依据。要求： ⑴管路尽可能短，走直线，避免交叉； ⑵在管线拐弯处与建筑物相交，管线起始终点，注明管线的坐标和标高。 2.纵断面图：管线沿高度变化曲线。作用： ⑴进行线路施工放线； ⑵计算土石方量； ⑶检查停输时有无水柱分离现象； ⑷检查吸入管的工作状况； ⑸检查放空死角。 §3.1油库工艺流程和管路布置 10

在管路设计中，选择什么样的管径是涉及到油库的投资，经营费用和维修费用问题，需要进行全面分析才能正确的选择。在管路设计中，选择什么样的管径是涉及到油库的投资，经营费用和维修费用问题，需要进行全面分析才能正确的选择。油管线的投资和经营费用最省的管径称为经济管径。与之相应的流速称为经济流速。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 13

经济流速： 费用 ②管线投资 ①+② ①运营费用 d d0(经济管径) 第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 14

一、管径和流速的确定： 1.根据油品的粘度 2.根据允许压降确定已知第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 15

3.根据经济分析确定管径 油库管路建设投资P与管径有关，它可以表示为以直径为变量的指数函数即：式中：，，—系数，一般第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 —管路建设单位管长投资，； —管外径，； —管长，； 16

第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 • 式中：—管路年修理费的比例系数，； • —流量，； • —扬程，； • —密度，； • —重力加速度，； • —一年可能工作的时间， 17

—管路在一年中的利用时间，； —一年可能工作的时间，； —油泵效率； —单位功率的能量费，； —抵偿率， —利率； —补偿期年数，年；第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 18

第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 19

4当高差已知，确定管径的步骤： 第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算假定流态计算管径校核流态 20

二、一般管路的摩阻计算： 1.沿程摩阻计算：达西公式：式中：—管路长度，； —管内径，； —平均流速，； —重力加速度，； —水力摩阻系数。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 21

要想获得较为准确的沿程摩阻，就必须正确选择要想获得较为准确的沿程摩阻，就必须正确选择水力摩阻系数λ，λ是Re和的函数即：第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算其中雷诺数：相对粗糙度： • 式中：—油品的运动粘度，； • —流量，； • —管壁的绝对粗糙度，。 22

2.流态确定： 雷诺数标志着油品流动过程中，惯性力与粘滞力之比。 ⑴Re<2000时，层流。粘滞力起主要作用 ⑵3000<Re<Re1=59.7/时，水力光滑区。粘滞力起主要作用。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 23

⑶Re1<Re<Re2=混合摩擦区。惯性力和粘滞力起作用⑶Re1<Re<Re2=混合摩擦区。惯性力和粘滞力起作用第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 ⑷Re>Re2时，阻力平方区或粗糙区，惯性力起主要作用 • ⑸2000<Re<3000，过渡区。流态不稳。粘滞力起主要作用 24

3.列宾宗公式： 应用达西公式计算摩阻有些时候不方便，因此，在达西公式的基础上推导出列宾宗公式：第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 25

4.局部阻力计算 第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 26

二、装卸系统摩阻计算 • 油库铁路油罐车。装卸系统由输油管、集油管和装卸油鹤管三部分组成 • 在摩阻计算上，与单一管系不同。鹤管和集油管的流量，在不同的段落是不一样的。越靠近输油管的流量越大。在系统计算中，需要考虑这一特点。 • 1.装车系统摩阻计算 • 油库装油作业可通过自流、泵送或泵送-自流联合方式来实现。有条件时，应尽量考虑自流装车，以节约能源。

三、集油管摩阻计算 设集油管直径为d。全长为2L，输油管与集油管中点相连，鹤管的间距为l，流量为q，则输油管流浪为2Q。2n个鹤管。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 28

1—2段摩阻: 2—3段摩阻: n—0段摩阻: 第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 29

结果分析 §3.2管路水力计算 • ⑴以上计算方法不太准确。若按上种作法，其一必须假设鹤管的流量均匀一致。其二：即使假设一致，该管路系统的水力计算模型应为。而与实际不符。 ⑵假设q均匀一致本身就有较大偏差。 31

四、装卸油系统摩阻计算 1.自流装油自流装油的能量来源于油罐液面和鹤管之间高差，可用伯努利方程求解。 ⑴确定流速设鹤管，集油管和输油管直径为d1，d2，d3，流速为v1，v2，v3，管长为l1,l2,l3，灌装罐液面到出油管高差为Z，出油口到鹤管口的高差为H。略去液面速度，因为液面下降较慢，∴速度为0。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 32

式中集油管的摩阻考虑为紊流区。 ∵输油管在集油管的中部，集油管的V2是按输油管的流量2Q一半计算，或者说是总鹤管数流量之和的一半。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算根据伯努利方程： 33

§3.2管路水力计算 34

⑵装车时间（满足装车时间要求） 设鹤管的截面积为f，在dt时间内鹤管的流为： §3.2管路水力计算 35

①设计计算时，装车时间T，位差H0+Z已知，F，f已知时，由上式可求得流量系数μ。①设计计算时，装车时间T，位差H0+Z已知，F，f已知时，由上式可求得流量系数μ。又∵f，d1已知，设油管和集油管径相等d2=d3。便由μ的公式算出输油管直径。 ②已知T，H0+Z，d1，d2，d3，求H0是否满足装车时间要求。 §3.2管路水力计算 36

2.卸油系统摩阻计算 • 油库的卸油系统，目前有上卸和下卸两种型式。 • 油品上卸系统摩阻核算 • 油品上卸是通过泵的吸入头，将油品吸入卸油管，经集油管和装卸油管进入泵体，由泵送入储油罐。 • 所谓吸入，并不是用泵的吸力将油从罐车吸入管，而是由于泵的作用在管中形成真空，利用大气压力压入管，进行卸油。因此在上卸过程中，可利用的能量有限，总是在大气压力之下。考虑到泵的气蚀余量等因素，可利用的能量约5-6m左右。 • 卸油系统中，任一点需要的压力低于该点大气压所能供给的能量时，卸油作业便会中断。这种物理现象我们可通过下述分析，作成真空一剩余压力，可利用伯诺利方程求得剩余压力。

初定油管的直径并进行管路布置后，必须对油管路进行校核，以防止在卸油时发生气阻断流现象或泵发生气蚀现象。初定油管的直径并进行管路布置后，必须对油管路进行校核，以防止在卸油时发生气阻断流现象或泵发生气蚀现象。在卸油系统中，任意一点剩余压力（绝对压力）Hsh可用下式标示。式中： —以油标表示得当地大气压，； —计算点与油罐车液面标高差，当该点高于油罐车液面时，△Z为正，反之为负，； —从油罐车道计算点管路摩阻；第三章油库管路和泵房 38

根据大气压力，剩余压力和真空度三者的关系，从上式中可得管路上任一点得真空度为：根据大气压力，剩余压力和真空度三者的关系，从上式中可得管路上任一点得真空度为：当接卸蒸汽压力较高时，当卸油管路中某一点得剩余压力Hsh等于或小于输送油品得蒸汽压力Hy时，则卸油管路在该点就会发生汽化.并形成气袋隔住油流，从而破坏离心泵和正常输入，这种现象称为气阻，因此为保证卸油系统得正常工作，必须使管路上任一点的剩余压力都大于输送温度下油品的饱和蒸汽压，即Hsh>Hy，以防止气阻断流现象，同时还必须使泵入口处的真空度Hzh小于油泵的允许吸上真空度[Hzh]，以免发生离心泵的气阻现象。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 39

真空剩余压力图的方法 真空剩余压力图使按接卸油最不利的情况，即油卸车位最低的情况下绘制的，在绘制时，首先算出卸油流量下的各段的摩阻损失，具体步骤如下： ①按比例绘制卸油管路纵断油面图，横纵比例可不同。 ②从罐车内的最低液位，即罐车底部向上引出所卸油品液柱表示的当地大气压的液柱高度Ha，线段aa’。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 • 式中：—卸油地区的大气压，； • —所卸油品的密度，； • —重力加速度，； 40

a’’ b’’ c’’ d’’ e’’ f’’ 大气压力线 b’ c’ d’ Ht 剩余压力线 Ha e’ f’ 饱和蒸汽压线 Ha 真空线 41

③在aa’上截取a’b’段，使其等于ab段摩阻+速度头③在aa’上截取a’b’段，使其等于ab段摩阻+速度头 ④分别在管路c，d，e，f的垂线上，从a’点的水平线上，自上而下地截取相应的于ac，ad，ae，af各段的摩阻加其速度头之和的相应液柱，得c’，d’，e’，f’。图中的h2，h3，h4分别为ac-ab，ad-ac，ae-ad，ad-ae的相应液柱。若不考虑速度头时，便分别为bc，cd，de和ef各管段的摩阻。 ⑤连接a’，b’，c’，d’，e’，f’诸点，得到管路的压力坡降线。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 42

⑥将压力坡降线向下平移，得到蒸汽压力线。 第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 ⑦将压力坡降线向下平移Ha，得到真空线ab”c”d” e”f”。 43

分析： 1.∵ ∴管路上任意一点与压力坡降线相应点的垂直距离即为该点的剩余压力Hsh。 2.∵ ∴管路上任意一点与真空线上对应点的垂直距离，即为该点真空度Hzh。校核方法： ①若蒸汽压力线与管路相交，则说明在该点后Hsh<Hy，发生气阻断流。 ②若真空线与管路相交，则说明在该点后吸入头不能吸上。 ③在泵入口出，真空度Hzh>[Hzh]。泵产生气蚀。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 44

为了较为形象和直观地了解卸油管路是否满足上述两个条件，可将卸油系统按照流程绘制出每一点的剩余压力和真空度，这个图称为真空-剩余压力图。为了较为形象和直观地了解卸油管路是否满足上述两个条件，可将卸油系统按照流程绘制出每一点的剩余压力和真空度，这个图称为真空-剩余压力图。 • 图形按最不利的情况绘出，即油罐车液面最低的情况。绘制时首先算出在卸油流量下管路的各段的摩阻和流速，然后按下述步骤绘制： • 按比例绘制卸油管路纵断油面图。为减少水平方向的图幅，图中垂直方向和水平方向的比例可以不同； • 从罐车内的最低液位，即罐车底部向上引出用所卸油品液柱表示的当地大地压的液柱高度 • 从真空一剩余压力图看出：管路上任一点与压力坡降线上相应点间的距离，即为该点的剩余压力线间的蹁即为输送温度下油品的饱和蒸汽压力。很明显，如果蒸气压力线或真空线与管路出现相交的情况，则说明交点以后剩余压力不足，将会出现汽阻或吸入头不能吸上。因此，利用真空-剩余压力图便可检查校核卸油管路能否正常工作。另外，在泵的入口处，即F点，若真空度H大于泵的允许吸入高度，泵将会产生汽蚀，系统也会不能正常工作。当出现上述问题时，可采取以下一些措施；

危险点：鹤管最高点和吸入管路靠近泵的点。 采取危措： ①改变鹤管形式，降低鹤管高度。 ②将交点前的管径加大，减少管路的摩阻损失。 ③降低卸油温度，减小蒸汽压力。 ④压力卸车，增加Ha。 ⑤量取泵入口真空度，若大于[Hzh]，则向前移泵或降低泵高度。 ⑥缩小泵出口管径或用阀节流，增加泵出口摩阻，使流量减小，使泵入口摩阻减小，但必须降低卸车速度为代价（如下图）。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 46

⑵油品下卸系统设计计算 这里主要讨论重油自流卸车，自流卸车受位差和卸车时间两个因素制约，通常位差和卸车时间是已知的，它取决于油库布置和卸车要求。位差满足时间要求，而又不得过大，否则将重新对管径进行核算。 ①连续满流系统卸车时间计算油品的卸车时间，取决于车内液面与输油管出口的高程差，油品粘度，鹤管，集油管和输油管的直径和长度。 §3.2管路水力计算 48

设油罐车直径为D，长为L，半径R，卸车油面面积为w，卸车管口截面积为f，紊流状态。设油罐车直径为D，长为L，半径R，卸车油面面积为w，卸车管口截面积为f，紊流状态。在dt时间内，罐车油面下降高度为dZ，从罐车流出量为wdZ，卸油管流出的流量为Vdtf。第三章油库管路和泵房 §3.2管路水力计算 50

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