輸油管道初步設計

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1、題目：Z — L輸油管道初步設計 2 ?題目設計疇及主要容： 該管道的設計輸量為2000萬噸/年，管道全長為220km管道的縱斷面數(shù)據(jù) 見表1,輸送的原油性質如下：20T的密度為860kg/m3，初餾點為81C, 反常點為28C，凝固點為25C。表2列出了粘溫數(shù)據(jù)。 表1沿程里程、高程數(shù)據(jù)（管道全長220km） 里程（km） 0 45 80 110 150 170 190 210 220 高程（m） 28 60 90 35 25 28 46 52 88 表2 粘溫數(shù)據(jù) 溫度（C） 28 30 35 40 45 50 5

2、5 60 粘度（cP） 124.5 111 83.2 69 60 53 48 42.5 本設計主要的研究容如下： ① 用經濟流速確定管徑，并計算該管徑下的費用現(xiàn)值和輸油成本； ② 通過熱力和水力計算確定該經濟管徑方案下的熱站數(shù)和泵站數(shù)，并進行 熱泵站的合一； ③ 主要設備選擇（包括泵、爐、罐、原動機）； ④ 站址確定，在縱斷面圖上布站； ⑤反輸運行參數(shù)的確定； ⑥站工藝流程設計；⑦方案經濟效益分析。 3.設計方案及研究要求: 本次設計的題目是輸油管道工藝的初步設計。長輸管道的投資巨大， 需在長期的時間保持在其經濟輸量圍，才有明顯的經濟效益。所以選擇合 適

3、的路線走向，合理確定建設規(guī)模，選擇正確的站址，對于節(jié)省投資和運 行費用，以及安全環(huán)保都有很重要的意義。 長距離輸油管道由輸油站和線路組成。故設計的主要容也主要關于這 兩部分： 1通過選線和管道路線的勘查，收集基本的設計參數(shù)。 2、工藝計算部分，具體包括： (1) 根據(jù)導師給的原始數(shù)據(jù)，確定進出站油溫，并由此確定經濟管徑, 其中經濟管徑的確定方法最經常用的有輸油成本法和費用現(xiàn)值法。 (2) 通過熱力和水力計算及流態(tài)的判斷，泵站數(shù)的確定，最終進行站 址的確定，其中按最小輸量確定熱站數(shù)，按最大輸量確定泵站數(shù)。 (3) 校核計算。包括熱力、水力校核，壓力越站校核，熱力越站校核， 動靜水壓力

4、校核，反輸校核，全越站校核等。 (4) 工藝流程設計，其原則是滿足各個輸油生產環(huán)節(jié)的需要，中間熱 泵站工藝流程應與輸油方式相適應，便于事故的處理和檢修，節(jié)約，和能 促進新技術新設備的采用。 學生畢業(yè)設計(論文) 開題報告 設計題目：Z-L輸油管道初步設計 選題來源： 長輸原油輸油管道初步設計 題目：Z-L輸油管道初步設計 選題背景及理由： 長距離輸油管道初步設計是根據(jù)設計任務書的要求，結合實際條件所 做的工程具體實施方案。由工藝計算來確定管道的總體方案的主要參數(shù)： 管徑，泵站數(shù)，熱站數(shù)，及其位置等。本設計主要容包括：由經濟流速確 定經濟管徑，確定所使用管材，由最小輸量確定其熱

5、站數(shù)，最大輸量確定 其泵站數(shù)，并校合各進出站壓力和沿線的壓力分布是否滿足要求，并為管 道采用的控制和保護措施提供設計參數(shù)，提出調整，控制運行參數(shù)的措施＜ 在管道的運行過程中要根據(jù)輸送條件的變化，進行熱力，水力計算。合理 確定各站的溫度，壓力等運行參數(shù)。計算各個輸量下的運行參數(shù)等等。 主要參考文獻： [1] GB/T 50253-2003,輸油管道工程設計規(guī). [2] 筱蘅，國忠.輸油管道設計與管理.第一版.東營：石油大學，2005： 15-160. [3] GB/T 500074-2002.石油庫設計規(guī). [4] 國忠.長輸管道設計中的壁厚選擇.油氣儲運.1993:12. 論文框架

6、: 第一章 前言 第二章 工藝設計說明書 1、 工程概況；2、基本參數(shù)的選??； 2、 參數(shù)的選??；4、工藝計算說明； 5、確定加熱站及泵站數(shù)；6、校核計算說明； 7、站工藝流程的設計；8、主要設備的選擇 第三章工藝設計計算書 1、經濟流速確定管徑；2、熱力計算與確定熱站數(shù); 3、 確定站址；4、反輸量的確定； 5、設備選取及管線校核；6、開爐開泵方案； 第四章結論 致 參考文獻 擬完成論文進度安排：（一稿、二稿、三稿、定稿） （1） 2月初開始任務書和開題報告的編寫，并闡明設計原則和設計任 務，在2月末完成熱站數(shù)和泵站數(shù)的確定以及工藝流程的說明。指導教師 定期對學

7、生進行輔導； （2） 3月份開始工藝設計計算書的編寫，并確定不同輸量下的布站方 案和開爐開泵方案，期間指導教師進行中期檢查； （3） 4月中旬完成全部計算，經指導教師檢查審批后做最終定稿。 指導教師意見： 該學員積極上進、態(tài)度認真、虛心好學，編寫論文時充分利用各類參 考文獻，將自己所學的理論知識與實際工作經驗完好結合；語言組織很好, 層次清晰，論文容闡述順暢明了，計算準確無誤。經審核，可以進行答辯。 摘要 本管線設計最大設計年輸量為 2000萬噸。管道全長220km所經地段 地勢較為平坦，高程在28?88m之間。經過計算，不存在翻越點。全線均采 用“從泵到泵”的密閉輸送方式以及先爐

8、后泵流程。 本設計根據(jù)經濟流速來確定管徑，選為①813X10.3 ,管材選擇無縫鋼管， 鋼號Q345最低屈服強度為325MPa 經過熱力和水力計算， 確定了所需的熱站和泵站數(shù)， 考慮到運行管理的 方便，熱泵站的合一。 本設計中遵循在滿足各種條件的情況下， 工藝流程盡可能的簡單， 并且 輸油工藝本著應用先進技術的原則，進行了首站和中間站的工藝流程設計。 最后繪制五圖： 管道縱斷面圖， 中間熱泵站工藝流程圖， 首站平面布置 圖，泵房安裝圖，首站工藝流程圖。 關鍵詞 : 管道；輸量；熱泵站；工藝流程 ABSTRACT The length of the pipeline design

9、is 220 kilometers, the elevation height is between 28-88 meters,the section which pipeline passed is smooth.Go through the calculate, there was no get over point.This design used tight line pumping which called “from pump to pump ” so it can reduce consumptive waste, Moreover, this method can utili

10、ze sufficiently remain pressure head. In the design, economic pipe diameter is firstly determined by eco nomic velocity. At lest, ① 813X 10.3,L325 pipe is used. The transportation capacity and the geography conditions are considered of in order to determine the heating station. And including the

11、environmental protection the worker's live conditions and so on. Finally, the heating station id placed to the first station,0Km. And direct heating is used. In the condition of meeting all the kinds of those factors, the technological processes are used as simply as possible, and the advanced tec

12、hnologies are used an usually as possibly. In each station, oil is first heated and then pumped in heating —pump station in the design. The process of the origin station is: forward transportation, reverse transportation, heat oil cycling and pigging operation, etc. The technology

13、process of the following station is: forward transportation, reverse transportation, non—pumping operation, non—heating oil cycling and pigging operation, etc. The last , analysis of the projects economic becefics is necessary.The IRR is included.SO ,the project is possible. process Keyword：tube

14、type ：transmit output ；hot pumpstation ；technical 目錄 第一章 前言 1 第二章 工藝設計說明書 2 1.工程概況 2 1.1 線路基本概況 2 1.2 輸油站主要工程項目 2 1.3 管道設計 2. 基本參數(shù)的選取 3 2.1 設計依據(jù) 3 2.2 原始數(shù)據(jù) 3 2.3 溫度參數(shù)的選擇 4 3．參數(shù)的選擇 5 3.1 管道設計參數(shù) 5 3.2 油品密度 5 3.3 粘溫方程 6 3.4 總傳熱系數(shù) K 6 3.5 最優(yōu)管徑的選擇 6 4．工藝

15、計算說明 7 5. 確定加熱站及泵站數(shù) 7 5.1 熱力計算 8 5.2 水力計算 9 5.3 站址確定 10 6．校核計算說明 11 6.1 熱力、水力校核 11 6.2 進出站溫度校核 11 6.3 進出站壓力校核 11 6.4 壓力越站校核 12 6.5 熱力越站校核 12 6.6 動、靜水壓力校核 12 6.7 反輸運行參數(shù)的確定 12 7. 站工藝流程的設計 13 8．主要設備的選擇 14 8.1 輸油泵的選擇 14 8.2 首末站罐容的選擇 15 8.

16、3 加熱爐的選擇 15 8.4 閥門 15 第三章 工藝設計計算書 17 1．經濟流速確定管徑 17 1.1 輸量計算 17 17 1.2 經濟流速 2．熱力計算與確定熱站數(shù) 19 2.1 確定計算用各參數(shù) 19 2.2 確定流態(tài) 19 2.3 總傳熱系數(shù)的確定 20 2.4 最小輸量下確定熱站數(shù)和泵站數(shù) 21 2.5 判斷翻越點 23 2.6 最大輸量下確定熱站數(shù)和泵站數(shù) 23 2.7 翻越點的校核 25 3. 確定站址 25 3.1 熱力校核 25 3.2 水力校

17、核 4. 反輸量的確定 29 4.1 反輸量的確定 30 30 4.2 反輸泵的選擇 5. 設備選取及管線校核 30 5.1 輸油站儲罐總容量 30 5.2 輸油主泵的選擇 31 5.3 給油泵選擇 31 5.4 反輸泵的選擇 . 31 5.5 加熱爐選取 31 5.6 電動機選擇 31 5.7 閥門 32 6. 開爐開泵方案 32 6.1 最大輸量下 32 33 6.2 最小輸量下 第四章 結論 34 35 參考文獻 36 第一章 前言 作為油氣儲運專業(yè)的本科畢業(yè)生，我們進

18、行了輸油管道的初步設計， 使我對以前所學專業(yè)知識進行了一次綜合回顧及應用，尤其是對管輸工藝 的初步設計有了更深的了解和認識。 長距離輸油管道初步設計是根據(jù)設計任務書的要求，結合實際條件所 做的工程具體實施方案。其主要目的是根據(jù)設計任務書規(guī)定的輸送油品的 性質，輸量及線路情況，由工藝計算來確定管道的總體方案的主要參數(shù)： 管徑，泵站數(shù)，熱站數(shù)，及其位置等。本設計主要容包括：由經濟流速確 定經濟管徑，確定所使用管材，由最小輸量確定其熱站數(shù)，最大輸量確定 其泵站數(shù)，并校合各進出站壓力和沿線的壓力分布是否滿足要求，并為管 道采用的控制和保護措施提供設計參數(shù)，提出調整，控制運行參數(shù)的措施＜ 在管道的運行

19、過程中要根據(jù)輸送條件的變化，進行熱力，水力計算。合理 確定各站的溫度，壓力等運行參數(shù)。計算各個輸量下的運行參數(shù)等等。 經過這次畢業(yè)設計，我系統(tǒng)了專業(yè)課知識，學到了很多東西，但水平 和時間有限，難免有疏漏和錯誤之處，希望老師批評指正。 第二章 工藝設計說明書 1. 工程概況 1.1 線路基本概況 本設計依據(jù)設計任務書的要求，結合實際條見作出工程的實際具體實 施方案。管線最大年輸量為2000萬噸。全長220km沿線地勢平緩，海拔 最低處為28m最高處88m距外輸首站約80公里，首末站高差為60 m, 管線位于平原地區(qū)。管線外有瀝青防腐層，以減輕腐蝕損耗。管線設計為 密閉輸送，能夠長期連續(xù)穩(wěn)

20、定運行。并采用先爐后泵的流程。占地少，密 閉安全，且對環(huán)境污染小，能耗少，受外界環(huán)境惡劣氣候的影響小。便于 管理，易于實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控，自動化程度很高，勞動生產率高。油氣損 耗少，運費較低。 1.2 輸油站主要工程項目 本管線設計年輸量為 2000萬噸／年，綜合考慮沿線的地理情況，貫徹 節(jié)約占地、保護環(huán)境和相關法律法規(guī)，本著盡量避免將站址布置在海拔較 高地區(qū)和遠離城市的人口稀少地區(qū)，以方便職工生活，并本著“熱泵合一” 的原則，兼顧平原地區(qū)的均勻布站方針，采用方案如下：設立熱泵站兩座， 即首站和一座中間站，均勻布站。 本次設計中管道采用可減少蒸發(fā)損耗，流程簡單，固定資產投資少， 可全部利用

21、剩余壓力便于最優(yōu)運行的密閉輸送方式，并采用“先爐后泵” 的工藝方案。選用直接加熱式加熱爐。 鑒于傳統(tǒng)的采用加熱盤管對罐油品進行加熱的方法存在種種弊端，本 次設計將熱油循環(huán)工藝也包括在，即部分油品往熱油泵和加熱爐后進罐， 而且設有專用泵和專用爐，同時該泵和爐還可分別作為給油泵的備用泵和 來油的加熱爐，充分體現(xiàn)了一泵兩用，一爐兩用的方針。 1.3管道設計 本設計中選擇的管道為外徑? 813,壁厚10.3mm管材為L325的管道。 由于輸量較大，且沿線地溫較高，故從經濟上分析，本管道不采用保溫層。 全線設瀝青防腐層從而減少腐蝕損失。并設機械清蠟設備，保證全線輸油 管道的暢通無阻。 2. 基本

22、參數(shù)的選取 2.1設計依據(jù) 本設計主要根據(jù)國家技術監(jiān)督局和中華人民國建設部聯(lián)合發(fā)布的《輸 油管道工程技術規(guī)》GB50253-94,并參照其他有關設計規(guī)進行的。設計中 應以下四條設計原則： （1） 以國家設計規(guī)為主要和基本原則，通過技術比較選擇最優(yōu)化最 經濟的工藝方案。 （2） 充分利用地形條件，兼顧熱力站、泵站的布置，本著“熱泵合 一”的原則，盡量減少土地占用。 （3） 設計中以節(jié)能降耗為目的，在滿足管線設計要求的前提下，充 分利用管線的承壓能力以減少不必要的損耗。 （4） 注意生態(tài)平衡，三廢治理和環(huán)境保護。 2.2原始數(shù)據(jù) （1）最大設計輸量為2000萬噸/年； 生產期生產負

23、荷（各年輸量與最大輸量的比率）見下表 2-1 表2-1生產期生產負荷表 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 生產負 荷（% 70 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 70 （2）年最低月平均溫度2C； (3) 管道中心埋深1.55m； (4) 土壤導熱系數(shù) 1.45w/(m?°C ); (5) 瀝青防腐層導熱系數(shù)0.15w/ (m?C )； (6) 原油性質 ① 20C的密度860kg/m3 ； ② 初餾點81C； ③ 反常點28

24、C； ④ 凝固點25C； ⑤ 比熱 2.1kJ/(kg ?C )； ⑥ 燃油熱值4.18 X104 kJ/kg。 (7) 粘溫關系見表2-2 表2-2油品溫度與粘度數(shù)據(jù) 溫度(C) 28 30 35 40 45 50 55 60 粘度(cp) 124.5 111 83.2 69 60 53 48 42.5 (8)沿程里程、高程(管道全程 220km見表2-3 表2-3管道縱斷面數(shù)據(jù) 里程(km) 0 45 80 110 150 170 190 210 220 高程(km) 28 60 90 35 25

25、28 46 52 88 2.3溫度參數(shù)的選擇 (1) 出站油溫Tr 考慮到原油中不可避免的含水，故加熱溫度不宜高于100C,以防止發(fā) 生沸溢。由于本設計采取先爐后泵的方式，則加熱溫度不應高于初餾點 81 C，以免影響泵的吸入。而且管道采用瀝青防腐絕緣層，故原油的輸油 溫度不能超過瀝青的耐熱溫度。而且，考慮到管道的熱變形等因素，加熱 溫度也不宜太高 綜上考慮，初步確定出站溫度 Tr=60C。 (2) 進站油溫Tz 加熱站進站油溫的確定主要考慮經濟比較。對于像本設計這樣凝點較 高的含蠟原油，由于在凝點附近粘溫曲線很陡，故經濟進站溫度常取高于 凝固點2-3 °C。又因為原油的反常

26、點為 28°C，而反常點以上可認為是牛頓 流體?？紤]最優(yōu)熱處由理條件及經濟比較來選擇進出站溫度。 借鑒經驗數(shù)據(jù)綜合考慮，初步設計進站溫度 T z=30C。 (3) 平均溫度 當管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時，可按平均溫度下的油流粘度來計算站 間摩阻。計算平均溫度可采用下式： (2-1 ) 1 2 Tpj Tr Tz 3 3 式中：Tpj —平均油溫，C; Tr、Tz —加熱站的出站、進站溫度，C。 3. 參數(shù)的選擇 3.1管道設計參數(shù) (1) 熱站、泵站間壓頭損失15m (2) 熱泵站壓頭損失30m; (3) 進站壓力圍一般為20~80m (4) 年輸送天數(shù)為350天；

27、 (5) 首站進站壓力50m> 3.2油品密度 根據(jù)20C時油品的密度按下式換算成計算溫度下的密度： (2-2) t 20 ( t 20) 式中： t, 20 —分別為溫度為t C和20 C下的密度； —溫度系數(shù), 1.825 0.001315 20 , 3.3粘溫方程 根據(jù)粘度和溫度的原始參數(shù)，用最小二乘法回歸: lg A Bt (2-3) 式中: 卩一原油的動力粘度，Pa S lg b t n n t lg t lg 2 2~ n t ( t) 3.4總傳熱系數(shù)K 管道散熱的傳遞過程由三部分組成: (1) 油流至管壁的放熱 (2) 管

28、壁、瀝青防腐層的熱傳導 (3)管外壁周圍土壤的傳熱 總傳熱系數(shù)的計算公式為: KD In D(i 1) Di 1 +—— 2 Dw _ 2 t 2 1 2ht 2ht 2 Dwn[DT {(DT)1] 式中 D i,》一鋼管、瀝青防腐層的徑和外徑， m 入i —導熱系數(shù)，w/ (n?C); d w—管道最外圍的直徑，m a 1—油流至管壁的放熱系數(shù)，w/ ( m?C); 2 a 2—管壁至土壤放熱系數(shù)，w/ (m?C)； 入t—土壤導熱系數(shù)，w/ (m?C)； h t—管中心埋深，mb (2-4) (2-5) 3.5最優(yōu)管徑的選擇

29、 在規(guī)定輸量下，若選用較大的管徑，可降低輸送壓力，減少泵站數(shù)， 從而減少了泵站的建設費用，降低了輸油的動力消耗，但同時也增加了管 路的建設費用。根據(jù)目前國加熱輸油管道的實際經驗，熱油管道的經濟流 速在1.0?2.0m/s圍。經過計算，最終選定為外管徑? 813,壁厚10.3mm 4．工藝計算說明 對于高含蠟及易凝易粘油品的管道輸送，當其凝點高于管道周圍環(huán)境 的溫度，或在環(huán)境溫度下油流粘度很高時，不

30、能直接在環(huán)境溫度下等溫輸 送。油流過高的粘度使管道阻力變大，管道沿途摩阻損失變大，導致了管 道壓降劇增，動力費用高，在工程上難以實現(xiàn)或運行不經濟，且在冬季極 易凝管，發(fā)生事故，所以在油品進入管道前必須采取降凝降粘措施。 目前國外很多采用加入降凝劑或給油品加熱輸送的辦法。 加熱輸送時， 油品溫度升高，粘度降低，減少從而達到輸送目的。本管線設計采用加熱 的辦法，降低油品的粘度，減少摩阻損失，降低管輸壓力，節(jié)約動力消耗， 或使關最低油溫維持在凝點以上，保證安全輸送。但也增加了熱能消耗以 及加熱設備的費用。 熱油管道不同于等溫輸送的特點是它存在摩阻損失和熱能損失兩種能 量損失，在設計和管理工作中，

31、要正確處理這兩種能量的供求平衡關系； 這兩種能量損失多少又是互相影響的，其中散熱損失起了確定性作用。摩 阻損失的大小決定了油品的粘度，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低， 管子的散熱損失往往占能量損失的主導地位。熱油沿管路流動時，溫度不 斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也不斷變化。計算熱油管道的摩阻時， 必須考慮管路沿線的溫降情況及油品的粘溫特性。因此設計管路時，必須 先進行熱力計算，然后進行水力計算，此外，熱油管的摩阻損失應按一個 加熱站間距來計算。全線摩阻為各站間摩阻和。 5. 確定加熱站及泵站數(shù) 5.1 熱力計算 埋地不保溫管線的散熱傳遞過程是由三部分組成的，即油流至管壁的 放熱，瀝青

32、絕緣層的熱傳導和管外壁至周圍土壤的傳熱，由于本設計中所 輸介質的要求不高，而且管徑和輸量較大，油流到管壁的溫降比較小，故 管壁到油流的散熱可以忽略不計。而總傳熱系數(shù)主要取決于管外壁至土壤 的放熱系數(shù)2， i值在紊流狀態(tài)下對傳熱系數(shù)k值的影響可忽略。 計算中周圍介質的溫度To取最冷月土壤的平均溫度，以加權平均溫度 作為油品的物性計算溫度。由于設計流量較大，據(jù)經驗，將進站溫度取為 Tz=30C，出站溫度取為Tr=60C。在最小輸量下求得加熱站數(shù) (1) 流態(tài)判斷 Re Re1 (2-6) (2-7) 4Q dv 59.7 8~ 7 2 e ￡ = d 式中q —體

33、積流量，m/s ；， V —運動粘度； d—徑，m； e —管壁絕對粗糙度，m。 經計算3000 < RminV RsmaxV Rd，所以各流量下流態(tài)均處于水力光滑區(qū) (2) 加熱站數(shù)確定 在最小輸量下進行熱力計算來確定加熱站數(shù) 加熱站間距Lr的確定: L 丄In亙丄0 a Tz T0 (2-8) 式中： K D a = GC b=G Ca T 。一管道埋深處年最低月平均地溫取1C G —原油的質量流量 kg /s C —油品比熱 KJ/kg C 取 2.2 KJ/kg C i —水力坡降 B ,m—由流態(tài)確定，因為處于水力光滑區(qū) m=0

34、.25, B =0.0246 Q —體積流量m3/s 加熱站數(shù) N r=丄 1 R 5.2水力計算 最大輸量下求泵站數(shù)，首先反算出站油溫，經過計算，確定出站油溫 為49.31 C。由粘溫關系得出粘度等數(shù)據(jù)，為以后計算打好基礎。為了便于 計算和校核，本設計中將局部摩阻歸入一個加熱站的站摩阻，而忽略了站 外管道的局部摩阻損失。 (1) 確定出站油溫 不能忽略摩擦熱的影響，用迭代法計算最大輸量下的出站油溫 Tr al T R=T0+b+(Tz-T—b)e (2- 9 ) Q 管道沿程摩阻 H 總=1.01iL+ △ Z (2-11 ) 式中： △ z—起終點高差，m 判

35、斷有無翻越點 經判斷，全程無翻越點。 m m i= B 5^ d (2-10) 式中 B、m—由流態(tài)確定，水力光滑區(qū)： m=0.25,B =0.0246 ; 3 Q-體積流量，m/s。 (4) 泵的選型及泵站數(shù)的確定 因為流量較小，沿線地勢較平坦，且從經濟角度考慮并聯(lián)效率高, 便于自動控制優(yōu)化運行，所以選用并聯(lián)方式泵 選型并根據(jù)設計任務書中的已知條件， 串聯(lián)泵，額定流 串聯(lián)泵，額定流 20>20X19HSB泵：H 322 6.9824 10 5Q1.75 量 Q =2500 m3/h ，額定效率=0.87。 20>20X15HSB泵：H 139 3.1759

36、10 5Q1.75 量 Q =2500 m3/h ， 額定效率 =0.89。 計算管道全線摩阻確定站泵的個數(shù)： H 總=1.01iL+ △ Z 式中 △ z—起終點高差，m 確定泵站數(shù) H總 N p= — (2-12) H hm 5.3站址確定 以節(jié)省投資和方便管理。若管道初期的輸量較低時，所需加熱站數(shù)多， 泵站數(shù)少。到后期任務輸量增大時，所需的加熱站數(shù)減少，泵站數(shù)增多 設計時應考慮到不同時期的不同輸量的特點，按最低輸量做熱力計算, 布置加熱站，待輸量增大后該為熱泵站 站址的確定除根據(jù)工藝設計要求外，還需按照地形、地址、文化、氣 象、給水、排水、供電和交通運輸?shù)葪l件，并結

37、合施工、生產、環(huán)境保護, 以及職工生活等方面綜合考慮，并且滿足： (1) 進站油溫為30 C； (2) 根據(jù)進站油溫經過反算出的出站油溫應低于管道允許的最高出站 油溫； (3) 進站壓力應滿足泵的吸入性能； (4) 出站壓力不超過管線承壓能力 最終確定站址如下表2-4 : 表2-4 布站情況表 站號 1 2 3 站類型 熱泵站 熱站 末站 里程(km) 0 110 220 高程(m) 28 35 88 6. 校核計算說明 6.1熱力、水力校核 由于對站址的綜合考慮，使熱站、泵站的站址均有所調整，因此必須 進行熱力、水力校核。求得站址改變后的

38、進出站溫度，進出站壓力壓力， 加熱站負荷等以確保管線的安全運行。 6.2進出站溫度校核 在不同輸量下固定進站油溫來反算出站油溫，校核所得出站油溫應低 于初餾點。 6.3進出站壓力校核 不同輸量下，利用反算出的出站油溫，得出水力坡降，進而得出進出 站壓力，進站壓力太低會使吸入不正常，太高則容易引起出口超壓，并要 考慮為今后的調節(jié)留有余地。故首站，中間站一般布置在動水壓頭在 30-80m 的地方。 各站進站壓力只要滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過最大承 壓，出站溫度低于最高出站溫度，就可以合格 6.4 壓力越站校核 當突然發(fā)生意外事故，如某中間站遇到斷電、事故或檢修時，或由于

39、夏季地溫升高，沿程散熱減小，從而導致沿程摩阻減小，為了節(jié)約動力費 用，可以進行中間站的壓力越站，以充分利用有效的能量。從縱斷面圖上 判定壓力越站最困難的站，并對其的進出站壓力進行確定以滿足要求，對 于壓力越站而言，其所具有的困難主要是地形起伏的影響及加熱站間距的 影響。壓力越站的計算目的是計算出壓力越站時需要的最小輸量，并根據(jù) 此輸量計算越站時所需壓力，并校核其是否超壓。 6.5 熱力越站校核 當輸油主泵不可避免地遇到斷電、事故或檢修時，或由于夏季地溫升 高，沿程散熱減小 6.6 動、靜水壓力校核 （1）動水壓力校核 動水壓力是指油流沿管道流動過程中各點的剩余壓力，即管道縱斷面 線與

40、水力坡降線之間的垂直高度， 動水壓力的變化不僅取決于地形的變化， 而且與管道的水力坡降和泵站的運行情況有關，從縱斷面圖上可以看出， 動水壓力滿足輸送要求。 （2）靜水壓力校核 靜水壓力是指油流停止流動后，由地形高差產生的靜液柱壓力，由縱 斷面圖可知動水壓力也滿足輸送要求。 6.7 反輸運行參數(shù)的確定 當油田來油不足時，由于流量小，溫降快導致進站油溫過低或者由于 停輸?shù)仍?，甚至出現(xiàn)凝管現(xiàn)象，需進行反輸。由于反輸是非正常工況， 浪費能量，故要求反輸量越小越好。為了防止浪費，反輸量應該越小越好， 但相應地增加了加熱爐的熱負荷，在設計中，根據(jù)實際情況的最小輸量為 反輸輸量。本設計取管線可能的

41、最小輸量為反輸輸量。由具體計算可知， 可以滿足反輸條件。經過一系列的校核，選擇的站址滿足要求。 反輸泵可充分利用現(xiàn)有的設備，經校核滿足熱力、水力及壓力越站要 求；末站反輸泵不宜過大，經計算知可選用并聯(lián)泵 , 泵參數(shù)的選取見后計算 書。 7. 站工藝流程的設計 輸油站的工藝流程是指油品在站的流動過程，實際上是由站管道、器 件、閥門所組成的，并與其他輸油設備相連的輸油系統(tǒng)。該系統(tǒng)決定了油 品在站可能流動的方向、輸油站的性質和所能承擔的任務。 1）制定和規(guī)劃工藝流程要考慮以下的要求： （ 1）滿足輸送工藝及生產環(huán)節(jié)的要求。輸油站的主要操作包括： ① 來油與計量；②正輸；③反輸；④越站輸送，包

42、括全越站、壓力越站、熱 力越站； ⑤ 收發(fā)清管器； ⑥站循環(huán)或倒罐； ⑦停輸再啟動。 （2）便于事故處理和維修。 （ 3）采用先進技術及設備，提高輸油水平。 （ 4）流程盡量簡單，盡可能少用閥門、管件，力求減少管道及其長 度，充分發(fā)揮設備性能，節(jié)約投資，減少經營費用。 2）輸油站工藝流程： （1） 首站 接受來油、計量、站循環(huán)或倒罐，正輸、向來油處反輸、加熱、收 發(fā)清管器等操作。 （2） 中間站 正輸、反輸，越站，收發(fā)清管器。 （3） 末站 接受來油，正輸、反輸，收發(fā)清管器，站循環(huán)，外輸，倒罐等操作。 3） 流程簡介： （1）來油計量 來油—計量—閥組 （2）站循環(huán)及倒

43、罐 罐—閥組—泵—加熱爐—閥組—罐 （3）正輸（首站） 上站來油—閥組—給油泵—加熱爐—主輸泵—下站 （4）反輸 下站來油—閥組—給油泵—加熱爐—主輸泵—上站 （5）壓力越站 來油—閥組—加熱爐—下站 8．主要設備的選擇 8.1 輸油泵的選擇 （1）輸油主泵 選泵原則： ① 滿足管線輸量要求，使泵在各輸量下均在高效區(qū)工作 ②充分利用管線承壓能力，減少泵站數(shù)，降低工程造價。 故所選輸油主泵為：20X0X19HSB泵，20X0X15HSB泵 （2） 給油泵 選泵原則：大排量、低揚程、高效率 故所選輸油主泵為：SJA6>8PX18 （3） 反輸泵：管道在以下兩種情況下需要反輸： ①

44、 輸量不足，需要正反輸交替來活動管道以防止凝管。 ② 出現(xiàn)事故工況時進行反輸，如末站著火。 主要考慮資源利用問題所以選用輸油主泵充當。經計算滿足要求。 8.2 首末站罐容的選擇 (2-13) mT 350 式中 m ——年原油輸轉量，kg； V 所需罐容，m3; -—儲油溫度下原油密度，kg/m3; ――利用系數(shù)，立式固定罐0.85，浮頂罐0.9 ； T――原油儲備天數(shù)，首站3天，末站4-5天。 8.3加熱爐的選擇 選爐原則：(1)應滿足加熱站的熱負荷要求，爐效高； (2)為便于檢修，各站宜選用兩臺以上加熱爐。 加熱站的熱負荷由下面的公式計算： Q=Gc(T r

45、-Tz) ( 2-13) 式中 Q —加熱站的熱負荷，kw； G—油品流量，m/h ； c —油品比熱，kJ/kg °C。 提供的加熱爐型號如下： 800kw,1000kw,1250kw,1600kw,2000kw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw 8.4閥門 根據(jù)規(guī)及各種閥門的用途，站選用的閥門類型如下： (1) 油罐上的閥門用手動閘閥 (2) 泵入口用手動閘閥 (3) 串聯(lián)泵出口用閘閥 (4) 出站處設調節(jié)閥閥組 (5) 為防止泵出口管線超壓，泵出口管線上設高壓泄壓閥 (6) 熱泵站設低壓泄壓閥 (7) 清管器收發(fā)球筒與站間管線連接用球閥

46、 閥門規(guī)格的選用 1）閥門的公稱直徑應與管線的公稱直徑相同 2）閥門的公稱壓力應大于閥門安裝處的壓力 第三章工藝設計計算書 1.經濟流速確定管徑 1.1輸量計算 選定進站油溫Tz=30 C，出站油溫Tr=60 C 1 平均溫度 T pj = ( 60+2X30) =40 C 3 溫度系數(shù) =1.825-0.001315 pj =1.825-0.001315 >860 =0.6941 20C 時的密度 20 860 kg / m3 平均密度 pj= 20 仃功20) 860-0.6941(40-20) =846.118kg/m 3 質量流量 G=2000 X100

47、0t/a 生產天數(shù)350天 最大體積流量 3 =0.7817m/s =2000 1000 10000 max 846.12 350 24 3600 最小體積流量 2000 1000 10000 846.12 24 350 3600 3 0.7=0.5472 m /s 1.2經濟流速 之間， （3-1 ） 《輸油管道工程設計規(guī)》規(guī)定經濟流速圍為 1.5m/s~2.0 m/s d=" 式中：d—經濟管徑（m Q —體積流量（kg/s ） V —經濟流速（m/s） —原油密度（kg/m3） Qmax 時： 經濟管速為 1.5m/s 時，d=/4 0.

48、7817 =814.8mm \ 3.14 1.5 經濟管速為 2.0m/s 時，d= 4_°.7817 =705.6mm N 3.14 2.0 初選外徑為711mmfn 813mm勺管子。 反算經濟流速: iax? 外徑為711mm勺管子： v=4Q2= 4 07817 2=2.09 m/s d2 3.14 (0.711 0.0103 2)2 外徑為813mm的管子： 4Q 4 0.7817 ’ “ / v= 2 2 =1.59 m/s d 3.14 (0.813 0.0103 2) iin? 外徑為711mn的管子： v=4Q2= 4 07817

49、2 0.7=1.46 m/s d2 3.14 (0.711 0.0103 2)2 外徑為813mm勺管子: 4Q 4 0.7817 V= d2 =3.14 (0.813 0.0103 2)2 0.7 =1.10 m/s 綜上：外徑為813m m的管子在Qmax：和 Qmin時經濟流速都在 1.0m/s~2.0m/s之間，故所選外徑813mm的管子。 根據(jù)《輸油管道工程設計規(guī)》第 63頁表2-4，查管道承壓，經過線性 插值得：P=5.7105 MPa. 查《輸油管道工程設計規(guī)》第20頁表5.2.1,選擇無縫鋼管，鋼號Q345 =325( S>16mr時為 315) K

50、=0.72, =1.0。 [(T ]=K s=0.72 1 325=234 MPa 計算最大承壓: 由 PD 2K s， 式中： S 鋼管計算壁厚，mm P ——設計壓力，MPa（此處為6.4MPS）； D 鋼管外徑，mm s ――材料最低屈服強度，MPa(本設計選擇的鋼材型 號均為 S360,其 s=360MPa； K ――設計系數(shù)，站外取0.72 ； ――焊縫系數(shù)1.0 ； 得到S =9.92mm考慮防腐穩(wěn)定等因素壁厚應留 0.5?1mm裕量。查《輸 油管道工程設計規(guī)》第485頁附錄二： 選擇API標準鋼管813 10.3,則d=792.4mm

51、2. 熱力計算與確定熱站數(shù) 2.1確定計算用各參數(shù) 確定粘溫關系見表3-1 表3-1 溫度(C) 28 30 35 40 45 50 55 60 粘度(cP) 124.5 111 83.2 69 60 53 48 42.5 由表給出的粘度和溫度作粘溫關系圖，得析蠟點 41 C 由最小二乘法： lg A Bt (3-2) 其中 A lg B t , B n tlg2 t 2lg得出兩個粘溫方程 n n t ( t) (28 C ~41 C) lg 卩=2.692-0.02158T (41 C~60C) lg 卩=2.2204-0.00

52、986T 代入上面的公式得: pj pj lg 卩=2.692-0.02158T=69.0cp, 69.0 5 3 8.15 10 m/s 846.12 10 2.2確定流態(tài) 計算如下： 雷諾數(shù)： R e= 計算后得：Qmax =0.7817 m/s 時，Remax=15419; Qmin =0.5472m/s 時，Remin =10794。 因為所選為無縫鋼管，根據(jù)《輸油管道工程設計規(guī)》 GB50253-2003中 所推薦的管壁粗糙度為e=0.06mm Re 2e 4 ￡ = =1.51 10 d 1=59.8 =1.3895 X106 ()7

53、3000V Remin V Remax V Re1 因此，屬水力光滑區(qū)，B =0.0246，m=0.25 2mm Qm；xm =0.004587 d min =0.002458 水利坡降：i min 2.3總傳熱系數(shù)的確定 由于大直徑，高輸量下的油流溫降較小，故在本設計中采用不保溫輸送。 對于無保溫層的大直徑管道，忽略其外徑差值，則其總傳熱系數(shù) K為: 1 k= 1 (3-3) 其中，由于處于紊流狀態(tài)， 1對傳熱系數(shù)影響很小，可以忽略。 管外壁至大氣放熱系數(shù)a 公式中：土壤導熱系數(shù): Dw ln[DW 叫w)2 1] 入 t=1.45w/(m C) (

54、3-4) 管中心埋深 h t=1.55m 瀝青防腐層一般 6mm~9mm這里取 7mm 即瀝青防腐層：厚度S =7mm導熱系數(shù)入=0.15w/m C 計算結果如下: 2=1.7565 k= 1 0.007 =1.623w/m C 1.7565 0.15 2.4最小輸量下確定熱站數(shù)和泵站數(shù) 生產天數(shù)350天 2000 1000 10000 最小質量流量 G min =— 350 24 3600 2000 1000 10000 最小質量流量Qmin = 846.12 0.7=462.97kg/s 對應的水利坡降為：I min

55、= 站間距由公式Lr = K>( 350 24 3600 m Q i m in =2.46 X0 d Tr T b ) b ) 0.7=0.5472m/s m in Tz T (3-5) 其中當油流在管道中流動時，與管壁不可避免的存在摩擦，而卻隨著粘 度的增大，其摩擦也就越嚴重。由于摩擦生熱從而會使油溫有所上升， 即會 引起溫升 b: b= gi min Gmin k D 9.8 0.00246 462.97 = =2.69 1.623 3.14 0.813 所以計算可得LR=183.47km 熱站數(shù)： n= =1.2 ,取 N=2

56、 Lr 平均站間距 :L r=L= 110km n 反算Tr : TR1 = :eaL (tz t0 b)+T° b =45.13 C 迭代一次 Tr1 =45.05 C, 故取 Tr=45.13 C 則: Tpj 1Tr 2Tz=35.04 C 3 3 pj = 20 (Tpj 20) = 849.56 kg/m 則pj 690 3 1.02 10 4m/s pj 846.12 10 Qmin =G =0.5449 m3/s I min Q i m in =2.58 X10 泵站數(shù): 管道最大承受壓力5.7105Mpa時， 4

57、旦 5.7105 10 685.89 m g 9.8 849.56 查表選擇泵型號： 額定流量 額定流量 20X0X19HSB泵：H 322 6.9824 10 5Q175 串聯(lián)泵， 3 Q =2500 m /h ， 額定效率 =0.87。 20X0X15HSB泵：H 139 3.1759 10 5Q1.75 串聯(lián)泵， 3 Q =2500 m /h ， 額定效率 =0.89。 大泵： 比 322 6.9824 10 5Q1.75=246.23m 小泵： H 2 139 3.1759 10 5Q1.75 =104.54m 總共選兩臺大泵，一臺小泵， 其中一臺大泵備用

58、H=2H1 + H2=683.8m 沿程總摩阻： Hf=1.01iL+ Z +nhm +20=633.3m n為熱站數(shù)h m為站摩阻 泵站數(shù)：n p=巴,其中，he為站損失 p He he 633 . 3 丄 n p = <1,故取 N=1。 683.8 15 即最小輸量下熱站數(shù)為2個，泵站數(shù)為1個 2.5判斷翻越點 根據(jù)管道縱斷面圖知: (80km,90m可能存在翻越點 H 1.01iL Zz Zq 0.00258 220 103 1.01 88 28 633.276m Hg 1.01iLf1 ZZ1 3 ZQ 0.00258 80 10 1.01 9

59、0 28 270.464.m Hf1 H 在最小輸量下也不存在翻越點 2.6最大輸量下確定熱站數(shù)和泵站數(shù) 生產天數(shù)350天 最大質量流量G 最質量流量 Q 2000 1000 10000 max= =661.38kg/s 350 24 3600 2000 1000 10000 846.12 350 24 3600 Q m max 5 m d ln( ) b max =0.7817m/s 對應的水利坡降為：i max 3 =4.59 X10 Gc R =— K D Tz T (3-5) 其中： gi maxG max b=

60、k D 站間距由公式 L = 9.8 0.00459 661.38 1.623 3.14 0.813 =7.18 所以計算可得LR=299.2km 熱站數(shù)： n= — <1 ,取 N=1。 Lr 平均站間距 :L R=L=220km n 反算Tr : TR1 = :eaL(TZ t0 b )+T0 b =49.31 C 迭代一次 Tr1 =49.09 C, 迭代第二次Tr2=49.09 Co I max 泵站數(shù)： Qmax =4.74 X10 故取 tr=49.09 C 則： Tpj 2 Tz =36.36 C 3 pj = 20

61、仃功 20) = 848.64 kg/m 3 則Pj — pj 69.0 5 . 3 9.51 10 m/ s 848.64 103 Qmax = G =0.7793 m3/s=2805.6 m 3/h 管道最大承受壓力5.7105Mp時， 688.63m P [H] g 5.7105 104 9.8 848.64 查表選擇泵型號： 20X20X9HS B泵：H 322 6.9824 “ 5 J75 10 Q 串聯(lián)泵， 額定流量 Q =2500 m3 /h ， 額定效率 =0.87。 20X20X5HS B泵

62、：H 139 3.1759 1.75 10 Q 串聯(lián)泵， 額定流量 Q =2500 m3/h , 額定效率 =0.89。 n p = 633.3 =1.86,故取 N=2 683.8 15 最大輸量下，熱站數(shù)1,泵站數(shù)2。 2.7翻越點的校核 根據(jù)管道縱斷面圖知：(80km,90m可能存在翻越點 H 1.01iL ZZ ZQ 0.00474 220 103 1.01 88 28 1113.228m 3 H f1 1.01iLf1 ZZ1 Zq 0.00474 80 10 1.01 90 28 444.992.m H f1 H 在最大輸量下也不存在翻越點。 3.

63、 確定站址 表3-2 熱站數(shù) 泵站數(shù) 最小輸量 2 1 最大輸量 1 2 根據(jù)地形的實際情況，本著熱泵合一的原則，進行站址的調整：最大輸 量下設1個熱泵站和1個泵站，最小輸量下1個熱泵站和1個熱站。 根據(jù)水利坡降系數(shù)畫出管道縱斷面圖， 由管道縱斷面圖進行布站，可將 各站平 均布 站，無 需進行調 整，站址為：(0km,28mj) ； ( 110km,35m)； (220km,88m。 3.1熱力校核 (1) Qmin : 令 b=0, KD a= = GminC LR=110Km, 2#—首站, 10 6 匸623 3.14 0.813=4

64、.261 462.97 2.1 103 由Lr 3n立衛(wèi)得： a tz To Tr =46.74 C 1 2 Tpj Tr Tz =35.58 C 3 3 炯=2.692-0.02158T=1.924 3 pj = 20 (Tpj 20)=849.19 kg / m pj ——9.89 10 5m/s pj G Qmin = =0.5452 I min Q i m in =2.56 10 b=giminGmin =2 81 k D 由Lr 1l得: a TZ T0 Tr =45.06 C . 1 2 Tpj Tr Tz =35

65、.02 C pj 3 3 pj 4 ——1.02 10 m/s pj )min ' G 3 3 = =0.5449 m3/s=1961.78 m3 / h pj = 20 (Tpj 20)=849.57 kg / m3 i min Q i m 10 3 炯=2.692-0.02158T=1.9363 器礦=2.58 d G Gmin = =462.96kg/s q= Gmin C(Tr Tz )=14641.7kw 滿足熱力要求，計算符合要求 (2) Qnax : 末站一2#站 令 b=0, a= -KD =2.983 10 6, G max

66、C LR=110Km, 1 . Tr T0 由Lr In 得： a Tz T° Tr =40.87 C Tpj 1 2 。 Tr Tz =33.62 C 3 3 =2.692-0.02158T=1.966 pj = 20 (Tpj 20)=850.55 kg / m3 pj ——1.087 pj G Qmax= =0.7776 10 4m/s m3 / s m max Q 3 =4.88 10 d gi G b=竺 =7.64 k D 由Lr丄山亙丄得： a Tz T0 Tr =37.91 C . 1 2 。 Tpj -Tr —Tz =32.64 C 3 3 炯=2.692-0.02158T=1.988 (Tj I max max max pj 一 20 20)=851.23 kg / m3 1.14 pj pj G Qmax= =0.7770 4 10 m/ s 3 3 m / s =2797.1 m / h Q m 3 I max mh^=4.94 10 3 d G