输油管道综合实验
输油管道综合实验
实验教学大纲
输油管道综合实验
一、所涉及的课程及知识点：《工程流体力学》、《输油管道设计与管理》
二、实验要求
(1) 学习和掌握测定管路特性曲线、用图解法求管路与泵站联合工作时的工作点的方法；
(2)熟悉“泵到泵”密闭输送工艺运行时输油管路各站协调工作的情况；
(3) 观察管道发生异常工况或突然事故时（如某泵站突然停电等）全线运行参数的变化，学会根据运行参数变化，分析事故原因、事故发生地点及应采取的处理措施，在实验中加以验证；
(4) 观察翻越点后的流动状态，分析影响翻越点的因素和消除翻越点的措施，在实验中加以验证；
(5) 学习和掌握清管球的收、发操作，观察清管球在管道中的运动状况；
(6) 了解计算机数据采集系统的组成及运行情况。
三、实验原理
在密闭输送的多泵站等温输油管道系统中，泵站和管道组成一个统一的水力系统，管道所消耗的能量（包括摩阻损失、高程差、站内局部摩阻和终点所要求的剩余压力）等于泵站所提供的能量，二者必然保持能量供需的平衡关系。
全线的能量供需平衡关系式如下：
式中：Q──管道的工作流量，m3/s；
N──全线运行的泵站数；
      f──单位流量的水力坡降；
Hs1──管道首站进站压头，m液柱；
HsZ──管道终点剩余压头，m液柱；
L──管道总长度，m；
ZQ、ZZ──管道起、终点高程，m；
hm──每个泵站的站内损失，m液柱。
根据上述能量平衡方程，可以确定管道的输量和各个站的进出站压力，分析事故工况时运行参数的变化趋势。
流程说明：各站内泵为串联方式。
收发球装置在2号和3号站之间；2、V18为堵塞阀；3、各站间均设置一个泄漏阀；4、翻越点位于管道末端。
四、实验装置流程
设备安装
初中语文知识竞赛题1、泵站
每座泵站配有两台离心式清水泵，两台泵之间采用串联方式。1#泵采用变频控制方式，便于流量调节。泵的出口设有阀门方便流量调节，泵前有单向阀，以便于越泵运行。可以实现泵运行的远程和本地控制。2台不锈钢离心泵，紧凑放置在实验台（1200×800）上，高度350mm，每泵出口有调节阀。泵站与管线台架通过阀门连接。泵站的流程如下图所示。离心泵采用了杭州南方特种泵业制造的高效不锈钢泵，型号为ZS50-32-200/3.0SSC，泵的性能参数见下表。
首站流程：正输、站内泵串并联、计量。
2#泵站流程：正输、站内泵串并联、压力越站、发清管球、收清管球。
3#泵站流程：正输、站内泵串并联、计量、压力越站。
4#站流程：正输、站内泵串并联、翻越点观察。
流量Q(m3/h)
3
6.3
9
12.5
15
18
20
扬程H(m)
34.9
34.1
33.3
32
31
29.8
28.9
泵站及管线的平面布置图如下
管线
罐
1#泵站
2#泵站
4#泵站
3#泵站
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2、实验管道系统
根据工艺计算设计结果，等温输油管路实验装置全线采用密闭输送方式，管内径40mm，全长346m左右。全线总共设有四个泵站，即首站1座，中间泵站2座，末站1座。每座泵站配有两台离心式清水泵，两台泵之间采用串、并联方式，可以来回切换。全线工艺流程图见图1。
管道采用螺旋铺设方式，4层管架结构，每个站间管道放置在一层，层间相距35cm，能够保证站间管线阀门的安装、维修和开关，实验台架高度大约1.4m左右。
中间泵站流程中，在3站到4站管路之间，设置收发球装置；在2站到3站之间，设置堵塞阀以及泄漏点。在进末站之前设置一个高点作为实验的翻越点。实验中以各站1#泵同时运行为正常工况。在弯头连接点，采用圆滑的管线，以减少局部摩阻的影响。
站外管线总长度：346m  Ф45Χ3
表2-1泵站及管线建设情况表
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站号
1
2
3
4
仙客来怎么养站间距m
3
3
3
3
站间号
1-2
2-3
3-4
4-1
站间管线长度m
86
86
86
88
站外总长度m
346
图1  等温输油管路实验装置工艺流程图
3、收发球装置
发球装置由快开法兰盲板，收球筒、发球筒，直通球阀，观察管段组成。
这一生有你就足够收球筒和发球筒直径均为150mm，通过发球阀与管道连接。
配置DN100清管器：聚氨酯清管器2个，泡沫清管器2个，清管球2个
其中观察管段长8米，为DN100有机玻璃管，分4段连接。
直通球阀  DN100采用浮动式球阀Q41法兰硬密封。
发球阀  DN150采用浮动式球阀Q41法兰硬密封。
直通球阀和发球阀均采用上海恒星泵阀公司的电动球阀。
4、翻越点
在地形起伏较大的地区，输油管道的末段通过线路上的高峰时，油品自该高点至终点所得的位能可能大于为克服流动时的摩擦阻力所需的能量，这样的高点称为翻越点。油品过翻越点后不仅可以自流，还会因位能有余而使流速加快，从而在管道中出现不满流。不满流不仅浪费能量，还会使水击压力增大；在顺序输送的管道上，则会导致混油量增大。为避免不满流的危害，防止停输时管内油品的静水压力可能超过管道强度的容许值，在翻越点
之后要采取措施增加摩阻，如在管道沿线高差很大的管段上设减压站，并设置分隔静水压力的截断阀等。翻越点是长距离输油管道设计和运行中必须考虑和经常遇到的工艺问题。在翻越点后的一部分管段将出现不满流，即通过局部流速的增加来消耗剩余压力。不满流现象的存在，将影响管道运行的平稳性，使管道内压力波动增大，更容易产生水击现象，且水击压力变化的幅度也将加大。
本实验装置在管道的最末端设计了一段并行的管路，最高点在3米。当流量减少到一定程度时，就会在此处现出不满流的现象。学生们可以通过观察翻越点后的不满流现象，加深对翻越点概念的理解。
5、配电柜
5.1泵站配电柜
每个泵站有2台泵，全线共8台泵，顺序编号为1-8#泵。每个泵站的1#泵没有调频控制；而每个泵站的2#泵采用调频控制，即2#、地坪漆环氧4#、6#、8#泵。泵频率的设定在面板上，固定的开始频率为50Hz，根据控制情况的不同，可以通过面板的设定来改变。每次设定后的频率自动保存，下次开机时仍为本次设定的频率。
配电柜内部
配电柜面板
配电柜开机送电
开机时，打开配电柜门，合上总闸，再依次合上各个泵的控制开关。短期内停机时，可只断开总电源开关；长期不用时建议将各个开关都置于断开的位置。
变频器
变频器采用了国内最先进的变频器厂商德力西（杭州）变频器有限公司生产的 CDI9100 系
列变频调速器。变频器的日常保养、定期检查请仔细参照变频器使用说明书进行。简单的日常应用参照如下步骤。
CDI9100系列变频器提供了三种控制方式，包括键盘运行、端子运行及 RS-485 运行，用户可以根据现场环境及工作需要选定相应的控制方式。具体选择请见参数 P00.00 说明。
键盘设定频率的方法
使用键盘设定频率我们可以采用键盘数字直接设定和用键盘电位器设定两种方式，可以通过修改参数P00.01 来选择控制方式。
1、用数字键盘直接设定频率
A  首先设置参数 P00.01的值为 1。
B  在变频器运行时，可按△、▽键进入频率设定方式；此时显示例如。
C  再按△、▽键调整到所需设定频率，如 48.00Hz, 此时显示。
D  此时调整后的设定频率将自动存储到参数 P00.02 中。
E  按 MODE 键后回到参数设定方式，再按 MODE 键回到运行监视方式，此时显示。
F  只有在运行时可以用数字键盘改变频率设定值。
2、用键盘电位器设定频率
首先设置参数 P00.01 的值为 0，然后用户可左右旋转键盘上的电位器旋钮来调整所需的设
定频率，此时的频率设定值不会自动存入参数 P00.02。
5.2电动球阀控制
收发球装置采用电动球阀来控制开关。
电动球阀控制柜的控制开关在配电柜最左侧和数据采集柜内。送电后，绿灯亮表明电动球阀开到底，红灯亮时表明电动球阀关到底，两灯都不亮表明球阀处于半开关状态，需要根据实际情况进行调整。
6、数据采集和控制系统
数据采集系统包括软件系统和硬件系统。
数据采集系统由压力、温度、流量变送器+高速数据采集卡+主机+控制柜组成。每个泵站布置3个压力变送器，在1#泵站出口、在4#泵站末端各布置1个流量计。
所有的测量信号均为标准4~20mA信号，总计输入模拟信号15路。
高速数据采集卡用于事故工况下和发生水击时的数据记录。
6.1 硬件系统
硬件系统组成包括数据采集控制台、计算机、数据采集卡、信号采集箱、压力传感器、流量计等。
6.1.1、数据采集控制台
6.1.2、计算机
6.1.3、数据采集卡
数据采集卡采用了研华公司的多功能USB数据采集卡USB4711A。 USB4711A是一款功能强大的多功能数据采集卡。它采用便携设计，总线供电方式，支持USB 2.0，带有一个150KS/s 12位分辨率A/D转换器。USB4711A可以提供16路单端模拟量输入或8路差分模拟量输入，也可以组合输入。它带有8路DI，8路DO， 2路AO和1路32位计数器。外置带有接线端子。
详见USB4711A数据采集卡使用说明书。
计算机数据采集卡安装
本系统数据采集卡采用了研华工控公司的高精度高速采集卡USB4711A。采集卡的安装安装如下步骤进行。
1.1  将USB4711A电缆连接好计算机，开机
1.2  计算机显示有新设备需要安装
1.3  插入采集卡附带的安装盘，按提示一步步安装即可
1.4  或者点击光盘上的网运行文件，  运行软件界面
1.5  首先安装设备管理器非常有用，这是一个研华采集卡简易检测程序。可以显示各通道的电压值。。
1.6再安装各种采集卡的驱动。
1.7  在此窗口下选择“USB”系列驱动程序
1.10  选择“USB 4711A”系列驱动，点击进行安装
1.11  也可选择安装VB或VC的各种例程。
1.12  驱动程序安装完成后，还需要从设备管理器进行设置。从“计算机属性”—进入“设备管理器”到USB Devices  更新驱动程序，成功后出现“AdvabtechUSB4711A”。
1.13  重新启动计算机，即可成功安装。
6.1.4、采集箱布置
布置了16路电压电流转换电路，1个24V直流电源，能为压力及流量变送器供电，并将变送器的4-20mA电流信号转换为1-5V电压信号供计算机采集。

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