关于原油长输管道压降的分析

刘泽鑫（中石化管道储运有限公司，江苏 徐州 221000）

关于原油长输管道压降的分析

刘泽鑫（中石化管道储运有限公司，江苏 徐州 221000）

随着社会的发展，石油炼化产品在生活中的应用越来越普遍，随之而来的就是原油长输管道的大量投用。要想保证原油长输管道平稳、长周期以及安全的运行，就需要对原油管道沿途的各个泵站进行实时参数监控，并对运行中的长输管道进行水力计算，核算其水力摩阻和管道压降的情况，从而控制泵站输送的压力和流量，确保原油长输管道泵站出站不超压，泵站进站不欠压，原油能够平稳得进行接收和输送。

长输管道；管道压降；计算；水力摩阻；结论

1 压降的计算公式

依据流体力学的理论知识，可以得知输油管道的总压降的基本计算公式如下：

该公式中的H是表示输油管道总的压降，hL表示的是沿途中的摩阻值，hξ表示的是局部产生的摩阻，(Zj-ZQ)是计算高程差的值。

（1）计算水力摩阻系数

要想计算出长输管道总的摩阻值，就必须先计算出长输管道在沿途中的摩阻值，也就是hL。对于一条长输管道来说，长输管道的计算长度L和长输管道的计算直径D都是能够知道的，流速V也是可以得知的，也就是要将水力的摩阻系数λ计算出来，摩阻系数λ是可以使用达西公式进行求解出来的。

（2）管道内流态的分类

依据流体力学的基本原理λ＝f(Re,e/D)，可以将管道中的流体分为以下几种流态：层流中的Re小于2000；过渡流的Re介于2000到3000之间；紊流光滑区也叫光滑区，它的Re是在3000和Re1之间；紊流混合摩擦区也叫混摩区，它的Re在Re1和Re2之间；紊流粗糙区也叫作粗糙区，它的Re是大于Re2的。并且这其中的Re1、Re2和ε都是可以从以下这几个公式中计算得出的。

（3）管壁粗糙度的划分

管壁粗糙度的确定是分程度的，一般分为2个程度，第一个是相对粗糙度，第二个是绝对粗糙度。相对粗糙度是依据绝对粗糙度和管内直径的比值进行计算的，也就是e/D或者是2e/ D。绝对粗糙度是依据管内壁面的凸起高度进行统计，并且计算平均值得出的。管壁的粗糙程度与紊流区中的Re1、Re2和水力摩阻系数λ都是有关系的。我国在《输油管道工程设计规范》中对各种管子的绝对粗糙度有相关的规定，比如无缝钢管的粗糙度为0.06毫米，直缝钢管的粗糙度为0.054毫米，螺旋焊缝钢管的DN要是在250到350之间，粗糙度要为0.125毫米；如果DN大于400的话，粗糙度就要为0.1毫米.

（4）计算水力摩擦系数

根据流体在管道中的流态划分可以计算出水力摩擦系数λ。并且根据λ的计算公式可以得知以下几点：第一，紊流光滑区的层流边层厚度δe＞e，所以水力摩擦系数λ只与Re有关，和粗糙度无关；第二，混合摩擦区中δe＜e，λ=f(Re,e/D)，所以水力摩擦系数λ与Re和粗糙度有关；第三，完全粗糙度区的层流边层很薄，所以粗糙凸起的基本上都暴露在层流边层以外，所以水力摩擦系数λ只与e/D有关，与Re是无关的，摩阻和流速的平方是成正比的。

2 压降的核算

2.1 管道的基本情况

以某个原油长输管道为例，该长输管道的全长为770.5千米，管径的Φ为813毫米，压力设计为8到14.5兆帕，使用的钢管是X70螺旋埋弧焊钢管以及直缝埋弧焊钢管，敷设的方式是埋地敷设。管道全程包括首站在内设置4个泵站。并且该原油长输管道横跨河流、海峡以及公路等，需要根据实际的情况进行管道壁厚的选择。

2.2 计算管道的压降

2.2.1 核算雷诺数Re

依据雷诺数Re的计算结果可以得知，在长输管道油品运输的过程中，原油粘度的变化和油品流速的变化都只是针对于光滑区所言的，在混合摩擦区、粗糙区以及过度区是不存在的。管道的绝对粗糙度和管径对Re1的值有非常大的影响，由于管道的材质以及直径的变化，使得Re1产生变化，原油的移动区域也将发生变化，从而改变阻摩系数λ。

2.2.2 核算λ及hL

依据表2中对Re值的计算结果，可以核算出不同流量下的摩阻系数值，然后再计算出管道的压降hL。根据hL的计算得出以下结论：第一，在油品的粘度不发生变化的情况下，λ的值和油品流量的变化成正比，压降hL与λ值成正比，因此可得在粘度一定的时候，压降hL会随着流量的加大而加大；第二，当流量一定时，λ值和粘度的变化成正比，hL和λ成正比，所以流量一定时，压降hL会随着粘度的加大而加大；

3 结语

第一，原油长输管道的运行应该满足“泵站的出站压力不能超过限定值，泵站的进站压力不能低于预期值，沿途各个泵站要求能够稳定的接送”的原则，泵站在运输原油过程中要注意管道沿途的阻力等等一些实际情况，这样我们才能在尽量稳定安全的压力下运输石油。沿途泵站的建造需要满足石油的启输压力和管道的实际高程，还要考虑油品进泵站的压力和后面管道的阻力高度变化情况，这样才能安全的运输石油；最后使得末泵站保证在额定的压力下接受石油。第二，在长管运输的运行管理中，我们要首先确定的是油品的种类，性质以及是否有混合情况等等，因为不同性质的油品在相同的管道运输中的情况不尽相同，而相同品质的油品在不同的流量下的流动情况也不会相同，流动模式的不一样会使得管道中的沿途阻力和压力下降的情况不一样。这样我们才能准确的预算出油品运输所需要的压力能，从而保证各个泵站的稳定安全的运行。第三，因为长管运输的距离一般都很长，要做到全线检查很困难，所以为了确保长管运输能够“健康、绿色”的运行，我们需要依据实际情况来调整各个泵站的压力和流量。

[1]黄春芳.原油管道输送技术[M].中国石化出版社，2003.

[2]张兴国.试压的压降是监理检验管道渗漏的重要方法[J].建设监理,2010(1).