關于原油長輸管道壓降的分析

劉澤鑫（中石化管道儲運有限公司，江蘇 徐州 221000）

關于原油長輸管道壓降的分析

劉澤鑫（中石化管道儲運有限公司，江蘇 徐州 221000）

隨著社會的發展，石油煉化產品在生活中的應用越來越普遍，隨之而來的就是原油長輸管道的大量投用。要想保證原油長輸管道平穩、長周期以及安全的運行，就需要對原油管道沿途的各個泵站進行實時參數監控，并對運行中的長輸管道進行水力計算，核算其水力摩阻和管道壓降的情況，從而控制泵站輸送的壓力和流量，確保原油長輸管道泵站出站不超壓，泵站進站不欠壓，原油能夠平穩得進行接收和輸送。

長輸管道；管道壓降；計算；水力摩阻；結論

1 壓降的計算公式

依據流體力學的理論知識，可以得知輸油管道的總壓降的基本計算公式如下：

該公式中的H是表示輸油管道總的壓降，hL表示的是沿途中的摩阻值，hξ表示的是局部產生的摩阻，(Zj-ZQ)是計算高程差的值。

（1）計算水力摩阻系數

要想計算出長輸管道總的摩阻值，就必須先計算出長輸管道在沿途中的摩阻值，也就是hL。對于一條長輸管道來說，長輸管道的計算長度L和長輸管道的計算直徑D都是能夠知道的，流速V也是可以得知的，也就是要將水力的摩阻系數λ計算出來，摩阻系數λ是可以使用達西公式進行求解出來的。

（2）管道內流態的分類

依據流體力學的基本原理λ＝f(Re,e/D)，可以將管道中的流體分為以下幾種流態：層流中的Re小于2000；過渡流的Re介于2000到3000之間；紊流光滑區也叫光滑區，它的Re是在3000和Re1之間；紊流混合摩擦區也叫混摩區，它的Re在Re1和Re2之間；紊流粗糙區也叫作粗糙區，它的Re是大于Re2的。并且這其中的Re1、Re2和ε都是可以從以下這幾個公式中計算得出的。

（3）管壁粗糙度的劃分

管壁粗糙度的確定是分程度的，一般分為2個程度，第一個是相對粗糙度，第二個是絕對粗糙度。相對粗糙度是依據絕對粗糙度和管內直徑的比值進行計算的，也就是e/D或者是2e/ D。絕對粗糙度是依據管內壁面的凸起高度進行統計，并且計算平均值得出的。管壁的粗糙程度與紊流區中的Re1、Re2和水力摩阻系數λ都是有關系的。我國在《輸油管道工程設計規范》中對各種管子的絕對粗糙度有相關的規定，比如無縫鋼管的粗糙度為0.06毫米，直縫鋼管的粗糙度為0.054毫米，螺旋焊縫鋼管的DN要是在250到350之間，粗糙度要為0.125毫米；如果DN大于400的話，粗糙度就要為0.1毫米.

（4）計算水力摩擦系數

根據流體在管道中的流態劃分可以計算出水力摩擦系數λ。并且根據λ的計算公式可以得知以下幾點：第一，紊流光滑區的層流邊層厚度δe＞e，所以水力摩擦系數λ只與Re有關，和粗糙度無關；第二，混合摩擦區中δe＜e，λ=f(Re,e/D)，所以水力摩擦系數λ與Re和粗糙度有關；第三，完全粗糙度區的層流邊層很薄，所以粗糙凸起的基本上都暴露在層流邊層以外，所以水力摩擦系數λ只與e/D有關，與Re是無關的，摩阻和流速的平方是成正比的。

2 壓降的核算

2.1 管道的基本情況

以某個原油長輸管道為例，該長輸管道的全長為770.5千米，管徑的Φ為813毫米，壓力設計為8到14.5兆帕，使用的鋼管是X70螺旋埋弧焊鋼管以及直縫埋弧焊鋼管，敷設的方式是埋地敷設。管道全程包括首站在內設置4個泵站。并且該原油長輸管道橫跨河流、海峽以及公路等，需要根據實際的情況進行管道壁厚的選擇。

2.2 計算管道的壓降

2.2.1 核算雷諾數Re

依據雷諾數Re的計算結果可以得知，在長輸管道油品運輸的過程中，原油粘度的變化和油品流速的變化都只是針對于光滑區所言的，在混合摩擦區、粗糙區以及過度區是不存在的。管道的絕對粗糙度和管徑對Re1的值有非常大的影響，由于管道的材質以及直徑的變化，使得Re1產生變化，原油的移動區域也將發生變化，從而改變阻摩系數λ。

2.2.2 核算λ及hL

依據表2中對Re值的計算結果，可以核算出不同流量下的摩阻系數值，然后再計算出管道的壓降hL。根據hL的計算得出以下結論：第一，在油品的粘度不發生變化的情況下，λ的值和油品流量的變化成正比，壓降hL與λ值成正比，因此可得在粘度一定的時候，壓降hL會隨著流量的加大而加大；第二，當流量一定時，λ值和粘度的變化成正比，hL和λ成正比，所以流量一定時，壓降hL會隨著粘度的加大而加大；

3 結語

第一，原油長輸管道的運行應該滿足“泵站的出站壓力不能超過限定值，泵站的進站壓力不能低于預期值，沿途各個泵站要求能夠穩定的接送”的原則，泵站在運輸原油過程中要注意管道沿途的阻力等等一些實際情況，這樣我們才能在盡量穩定安全的壓力下運輸石油。沿途泵站的建造需要滿足石油的啟輸壓力和管道的實際高程，還要考慮油品進泵站的壓力和后面管道的阻力高度變化情況，這樣才能安全的運輸石油；最后使得末泵站保證在額定的壓力下接受石油。第二，在長管運輸的運行管理中，我們要首先確定的是油品的種類，性質以及是否有混合情況等等，因為不同性質的油品在相同的管道運輸中的情況不盡相同，而相同品質的油品在不同的流量下的流動情況也不會相同，流動模式的不一樣會使得管道中的沿途阻力和壓力下降的情況不一樣。這樣我們才能準確的預算出油品運輸所需要的壓力能，從而保證各個泵站的穩定安全的運行。第三，因為長管運輸的距離一般都很長，要做到全線檢查很困難，所以為了確保長管運輸能夠“健康、綠色”的運行，我們需要依據實際情況來調整各個泵站的壓力和流量。

[1]黃春芳.原油管道輸送技術[M].中國石化出版社，2003.

[2]張興國.試壓的壓降是監理檢驗管道滲漏的重要方法[J].建設監理,2010(1).