畢業(yè)論文--某成品油管道工藝設(shè)計(jì).

1、某成品油管道工藝設(shè)計(jì)摘要在一條成品油順序輸送管線中，順序輸送的循環(huán)次數(shù)越少，每一種油品的一次輸 送量越大，在管道內(nèi)形成的混油段和混油損失也隨之減少， 但另一方面，油品的生產(chǎn) 和消費(fèi)通常是均衡進(jìn)行的，各種油品每天都在生產(chǎn)和消費(fèi)，順序輸送管道對(duì)每一種油 品來(lái)講是間歇輸送。循環(huán)次數(shù)越少，就需要在管道的起、終點(diǎn)以及沿線的分油點(diǎn)和進(jìn) 油點(diǎn)建造較大容量的儲(chǔ)罐區(qū)來(lái)平衡生產(chǎn)、消費(fèi)和輸送之間的不平衡，油罐區(qū)的建造和 經(jīng)營(yíng)費(fèi)用就要增加。因而，最優(yōu)循環(huán)次數(shù)的確定應(yīng)從建造、經(jīng)營(yíng)油罐區(qū)的費(fèi)用和混油 的貶值損失兩方面綜合考慮。成品油順序輸送管道設(shè)計(jì)應(yīng)首先根據(jù)輸量確定管道的管徑以及首末站、分輸站、中間泵站等基本工藝條件，同

2、時(shí)考慮管道應(yīng)能適應(yīng)不同季節(jié)成品需求量的變化。在確定了這些基本工藝條件后，順序輸送和罐容的優(yōu)化只與管道輸送次序、混油處理方式 和油罐設(shè)置等有關(guān)。優(yōu)化批次、罐容時(shí)應(yīng)根據(jù)不同批次分別計(jì)算首站罐容、分輸油庫(kù) 和末站罐容，并根據(jù)輸送順序計(jì)算混油量以及混油處理的各項(xiàng)費(fèi)用，最終確定管道的最優(yōu)批次和罐容配置。本文以所給的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為依據(jù)，在進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)編 程對(duì)該管道進(jìn)行了水力計(jì)算、經(jīng)濟(jì)計(jì)算，確定了最經(jīng)濟(jì)的管道工藝參數(shù)（如管徑、壁 厚、工作壓力、泵站數(shù)），并計(jì)算出了該方案中油品的輸送天數(shù)、最優(yōu)循環(huán)次數(shù)、首 末站所需的最優(yōu)油罐容積，并確定了油品的切割方案，繪制了水力坡降、和首站工藝 流程圖

3、。關(guān)鍵詞：管道 輸送批次 混油量 混油處理罐容設(shè)計(jì)81AbstractWith in a product oil botched tran sportati onpipeli ne,the less thetran sportati on circles are and the more the tran sportatio n sum of each kind of oil, the less the mixed oil segment and oil mixture loss will form. However, oils produc ing and con sumpti on are

4、 usually bala need. Each day, every kinds of oil are produced and con sumed, so botched tran sportati on is in termitte nt for each oil kind. The less the tran sportati on circles are, the bigger the storage oilca n areas are n eeded at the pipeli nes start and final point and the oil output and in

5、put point along the pipeli ne so as to bala nee the imbala nee of oils produci ng, con sumptio n and tran sportati on, thus in creases the oilca n areas construction and run fee. So, the optimum transportation circle should be decided from the two aspects of the fee cost by con structi on and run of

6、 oilca n areas and the depreciati on loss of oil mixture.The desig n work of a product oil batched tran sportatio n pipeli ne should be started from selecting the suitable diameter of pipelineaccording to thetran sportati on sum and the basic tech ni cal parameters of start and final station, output

7、 station and the pumping station,simultaneityconsidering thepipeli ne should be adapted to the cha nges of requireme nt sum of differe nt seas ons. After that, the optimizati on work is only related to the transportationorder, method of managing the oil mixture and the settings ofoilca ns. During th

8、e optimizati on, we should calculate the oilca n cubage of the start stati on, output oil deposit and the final stati on accord ing to differe nt tran sportati on circle, and calculate the oil mixture sum and the man ageme nt fee accord ing to tran sport ing seque nee, the n fin ally decide the opti

9、mum tran sportati on circle and the cubage of oilca ns.This paper gives the desig n task on the basis of Follow ing the related desig n calculati on on the basis of computer program ming on the cha nn els of hydraulic calculati on, the economy, determ ine the most econo mical pipeli ne process param

10、eters (such as diameter, wall thick ness, the pressure of work, a number of pumping stations),on the pipeline and for the process to calculatea year of the delivery of oil a few days, the optimal nu mber of cycles, theend of the first stops for the optimal oil tank volume and determine the oilscutt

11、ing programs, Draw ing a hydraulic gradie nt and the statio n map and thefirst stop of the process flow chart.Key words: hatched transportation； pipeline ; transportationcircle ;oil mixture sum ； management of oil mixture； design of oilcans cubage目錄1緒論 61.1研究目的和意義 61.2成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 61.2.1世界成品油管道技術(shù)現(xiàn)

12、狀 61.2.2世界成品油管道技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì) 61.2.3我國(guó)成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀 71.2.4國(guó)內(nèi)外成品油管道技術(shù)差距分析 71.2.5我國(guó)油氣管道技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 71.3主要研究?jī)?nèi)容 81.4采用方法 82設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 102.1熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的內(nèi)容，掌握基本數(shù)據(jù)和原始資料 102.2方案設(shè)計(jì) 102.3設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟 103計(jì)算說(shuō)明書(shū) 163.1計(jì)算物性參數(shù) 163.1.1溫度計(jì)算 163.1.2計(jì)算年平均地溫下的密度 163.1.3計(jì)算年平均地溫下油品的粘度 173.1.4計(jì)算流量 173.2管徑和壓力 183.2.1初定管徑 183.2.2泵及管道壓力 183.2.3確定管道壁厚 2

13、13.2.4管壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核 233.3水力坡降、翻越點(diǎn)、管道長(zhǎng)度計(jì)算 253.3.1 計(jì)算雷諾數(shù)，判斷流態(tài) 253.3.2判斷有無(wú)翻越點(diǎn) 263.4泵站數(shù)的確定 283.4.1 泵站數(shù)化整 293.5投資總額計(jì)算 313.5.1管道的投資費(fèi)用計(jì)算 313.5.2機(jī)泵投資 323.5.3操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 333.5.4折舊費(fèi)用和維修費(fèi)用 343.5.5總投資 353.6最優(yōu)方案工作點(diǎn)參數(shù)計(jì)算及泵站位置 363.7工況校核 373.7.1進(jìn)出站壓頭校核 373.7.2動(dòng)、靜水壓力校核 383.8順序輸送工藝計(jì)算 393.8.1 一年中每種油品輸送天數(shù)的計(jì)算 403.8.2循環(huán)次數(shù) 403.8.

14、3首站和終點(diǎn)站所需油罐總?cè)莘e 413.8.4混油長(zhǎng)度的計(jì)算 423.8.5 最優(yōu)循環(huán)次數(shù) 443.8.6 全線首、末站所需建的最優(yōu)儲(chǔ)罐總?cè)萘?453.8.7 最優(yōu)循環(huán)周期 463.8.8循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時(shí)間 463.8.9混油切割方案以及混油虧損 463.9混油處理 473.10減少混油的措施 50結(jié)論 51致謝 52參考文獻(xiàn) 53附錄 54附錄 1 編程計(jì)算 541緒論1.1研究目的和意義隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)步發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量不斷增長(zhǎng)，各地區(qū)的成品油消費(fèi)需求量增長(zhǎng)加速，對(duì)運(yùn)輸能力的提高和安全及時(shí)間的保證度提出了新的要求，同時(shí)成品油輸送量的增大為發(fā)展和采用管道運(yùn)輸提供了可能。管道

15、運(yùn)輸具有一次性投資 少、運(yùn)輸成本低、安全性高、利于環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢(shì) ，尤其適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸易燃、易爆 的石油天然氣。近年來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)以及世界各國(guó)對(duì)能源需求的快速發(fā) 展,全球油氣管道的建設(shè)步伐加快，建設(shè)規(guī)模和建設(shè)水平都有很大程度的提高。1.2成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1世界成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀目前國(guó)際成品油管道輸送技術(shù)已相當(dāng)成熟， 輸送的品種多、規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了化工 產(chǎn)品和成品油的順序輸送；原油和成品油的順序輸送；汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油品， 液化石油氣、液化天然氣、化工產(chǎn)品及原料和重質(zhì)油品等的順序輸送。 世界最大的成 品油管道系統(tǒng)一一美國(guó)的科洛尼爾管道，雙線可順序輸送不同牌號(hào)的

16、成品油 118種, 一個(gè)順序周期僅為5天。國(guó)際成品油輸送工藝多采用紊流密閉輸送和順序輸送流程。 輸送性質(zhì)差距較大的 兩種油品時(shí)，多采用隔離輸送方式?；煊徒缑娑嗖捎糜?jì)算機(jī)進(jìn)行批量跟蹤。 界面檢測(cè) 方法大致分為標(biāo)示法和特性測(cè)量法，其中采用特性測(cè)量法居多，尤以密度測(cè)量法最多。 為了提高檢測(cè)的精度，也常采用各種組合式的檢測(cè)方法。1.2.2世界成品油管道技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)（1）成品油管道正向著大口徑、大流量、多批次方向發(fā)展，除輸送成品油外， 還輸送其他液體烴類(lèi)化合物。（2）廣泛采用管道優(yōu)化運(yùn)行管理軟件系統(tǒng)，合理安排各批次油品交接時(shí)間；在 極短的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)可自動(dòng)生成調(diào)度計(jì)劃，對(duì)管內(nèi)油品的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖表

17、分析， 遠(yuǎn)程自動(dòng)控制泵和閥門(mén)的啟停，實(shí)現(xiàn)水擊的超前保護(hù)。（3）順序輸送的混油界面檢測(cè)以超聲波檢測(cè)法為發(fā)展趨勢(shì)，美國(guó)在這方面保持 著技術(shù)領(lǐng)先地位。1.2.3我國(guó)成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代后隨著成品油管道的建設(shè)，我國(guó)成品油管道輸送研究有了進(jìn)展，先后開(kāi)展了成品油順序輸送水力計(jì)算、批量跟蹤等方面的研究及運(yùn)行管理軟件的開(kāi)發(fā)，但與國(guó)外相比差距還很大。我國(guó)成品油管道除格-拉管道采用“旁接油罐”順序輸送工藝外，均采用密閉順序輸送工藝。順序輸送主要有兩種輸送方式：一種是紊流輸送；一種是隔離輸送。2002年投入運(yùn)營(yíng)的蘭-成-渝管道是我國(guó)第一條大口徑、高壓力、長(zhǎng)距離、多出口、多油品、全線自動(dòng)化管理的商用成品

18、油管道。全線采用密閉順序輸送工藝，沿途13個(gè)分輸點(diǎn)，輸送油品為90 #汽油、93#汽油和0井柴油。油品界面檢測(cè)、跟蹤采用密度法、超聲法和計(jì)算跟蹤，代表了我國(guó)成品油管道目前最高水平。1.2.4國(guó)內(nèi)外成品油管道技術(shù)差距分析目前我國(guó)成品油順序輸送技術(shù)尚處于初級(jí)水平，且自動(dòng)化程度較低，無(wú)法全面體現(xiàn)成品油管道的輸送特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)成品油需求的不斷增長(zhǎng)， 我國(guó)應(yīng)逐步建 立起長(zhǎng)距離成品油管道干線和區(qū)域性成品油管網(wǎng)。因此必須對(duì)解決復(fù)雜地形下大落差動(dòng)、靜壓控制，防止管道出現(xiàn)不滿(mǎn)流，以及順序輸送的混油界面監(jiān)控等技術(shù)難題進(jìn)行 聯(lián)合攻關(guān)。1.2.5我國(guó)油氣管道技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(1) 油氣管道技術(shù)發(fā)展目標(biāo)未來(lái)我國(guó)

19、油氣管輸技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)如下： 在易凝高粘含蠟原油管輸工藝方面保持世界領(lǐng)先水平。 具備保證大型油氣管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化運(yùn)行的能力。 新建干線管道實(shí)現(xiàn)高水平的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 提高成品油管道輸送工藝水平,2015年成品油長(zhǎng)距離輸送運(yùn)量比例將提高30% 2015年新建油氣管道各項(xiàng)指標(biāo)將達(dá)到世界平均水平。 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,天然氣管道管理為0.10.2人/km。 降低油氣管道輸送能耗,原油管道綜合能耗低于 400 kJ/(t km),天然氣管道綜合能耗低于890 kJ/(t km)。(2) 油氣管道重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)2004年中國(guó)石油管道技術(shù)與管理座談會(huì)指出，今后中國(guó)石油將攻關(guān)、推廣應(yīng)

20、用和 超前研發(fā)43項(xiàng)技術(shù),包括需要重點(diǎn)攻關(guān)的技術(shù)26項(xiàng),推廣應(yīng)用的新技術(shù)10項(xiàng)和超前 研究的儲(chǔ)備技術(shù)7項(xiàng)。通過(guò)這些重點(diǎn)技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)施，逐步形成油氣輸送技術(shù)、油氣 儲(chǔ)存技術(shù)、管道工程技術(shù)、管道完整性評(píng)價(jià)及配套技術(shù)、油氣管道運(yùn)行管理與信息技 術(shù)五大管道技術(shù)系列，以全面提升管道技術(shù)水平。需要重點(diǎn)攻關(guān)的 26項(xiàng)技術(shù)如下： 7項(xiàng)油氣輸送技術(shù)。東北管網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)、進(jìn)口俄羅斯原油輸送工藝及配套技術(shù)、西部油田及進(jìn)口原油管道輸送技術(shù)、 原油管道新型化學(xué)添加劑的研制與應(yīng) 用、多品種順序輸送工藝及配套技術(shù)、原油流變性研究及LNG技術(shù)。 2項(xiàng)油氣儲(chǔ)存技術(shù)。原油低溫儲(chǔ)存技術(shù)與儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)技術(shù)。 4項(xiàng)管道工程技術(shù)。國(guó)

21、家石油儲(chǔ)備地下庫(kù)建設(shè)工程技術(shù)、15 104m3儲(chǔ)罐工程建 設(shè)技術(shù)、管道水土保護(hù)技術(shù)與大口徑管道高清晰度漏磁內(nèi)檢測(cè)裝備及技術(shù)。 4項(xiàng)管道完整性評(píng)價(jià)及配套技術(shù)。管道完整性評(píng)價(jià)技術(shù)、油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)、地質(zhì)災(zāi)害及特殊地段監(jiān)測(cè)與防護(hù)技術(shù)、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備安全檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)。 9項(xiàng)油氣管道運(yùn)行管理與信息技術(shù)。數(shù)字管道技術(shù)、天然氣管網(wǎng)安全優(yōu)化運(yùn)行 技術(shù)、成品油管道優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)、天然氣氣質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)、天然氣貿(mào)易計(jì)量技術(shù)、管道 快速維搶修技術(shù)、管道節(jié)能與環(huán)保技術(shù)、油氣管網(wǎng)規(guī)劃研究、天然氣經(jīng)濟(jì)研究。 推廣應(yīng)用的10項(xiàng)新技術(shù)。管道自動(dòng)焊接和超聲波檢測(cè)等集成技術(shù)、大型河流 穿越技術(shù)、仿真技術(shù)、天然氣管道內(nèi)涂層技術(shù)、管道生產(chǎn)

22、信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、 管道安全評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)、站區(qū)陰極保護(hù)技術(shù)、大口徑X70高鋼級(jí)管道鋼管件制 造裝備及工藝技術(shù)、大口徑輸氣管道干燥技術(shù)。 將要進(jìn)行超前研發(fā)的7項(xiàng)儲(chǔ)備技術(shù)。富氣管道輸送技術(shù)、超稠油管道輸送技術(shù)、 天然氣減阻劑研制與應(yīng)用技術(shù)、X80以上高強(qiáng)度管道鋼制管與施工技術(shù)、管道防腐新 技術(shù)、海洋管道工程技術(shù)與永凍土地帶工程施工技術(shù)。1.3主要研究?jī)?nèi)容對(duì)某條管道順序輸送三種油品，已知管長(zhǎng)、任務(wù)輸量、所輸油品的性質(zhì)、沿線高 程等，要求：利用計(jì)算機(jī)編程對(duì)該管道進(jìn)行水力計(jì)算、經(jīng)濟(jì)計(jì)算，確定出最經(jīng)濟(jì)的管 道工藝參數(shù)（如管徑、壁厚、工作壓力、泵站數(shù)等），并且對(duì)該管道進(jìn)行工藝計(jì)算， 計(jì)算一年中油

23、品的輸送天數(shù)、最優(yōu)循環(huán)次數(shù)、首末站所需的最優(yōu)油罐容積，并確定出 油品的切割方案等，并繪制相關(guān)的圖紙。1.4采用方法采用方案比較法：在熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)任務(wù)書(shū)給出的數(shù)據(jù)，提出多種 可供競(jìng)爭(zhēng)的方案；對(duì)所提出的方案分別進(jìn)行水力計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算；選擇優(yōu)化算法， 找出最經(jīng)濟(jì)合理的管道參數(shù)（管徑、壁厚、泵站數(shù)等）；根據(jù)所求得的最經(jīng)濟(jì)的管道 參數(shù)，對(duì)順序管道進(jìn)行工藝計(jì)算；最優(yōu)循環(huán)次數(shù)；一年中每種油品的輸送天數(shù)；首末 站所需建的油罐容積；混油切割方案以及混油虧損等；編制計(jì)算機(jī)程序；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō) 明書(shū)和設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，并繪制管道水力坡降圖及首站工藝流程圖。(2-1)2設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.1熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的內(nèi)容，掌握

24、基本數(shù)據(jù)和原始資料(1) 輸送量、管道長(zhǎng)度，所輸送油品性質(zhì)；沿線氣象及低溫資料、管理縱斷面圖；(2) 查閱相關(guān)資料，收集有關(guān)管材規(guī)格；泵、原動(dòng)機(jī)型號(hào)及性能等的材料，以備比較 選用。2.2方案設(shè)計(jì)(1) 根據(jù)任務(wù)書(shū)算出平溫度下的油品密度，粘度和平均輸量。(2) 查相關(guān)資料，得知成品油流速在1.22.7m/s，由此初定五個(gè)油品經(jīng)濟(jì)流速，并計(jì) 算出經(jīng)濟(jì)管徑。(3) 根據(jù)任務(wù)輸量和初選的工作壓力選擇工作泵的型號(hào)、然后計(jì)算泵臺(tái)數(shù)以及確定組 合方式。本設(shè)計(jì)采取3臺(tái)或4臺(tái)泵串聯(lián)的方案，并計(jì)算出管道的工作壓力。(4) 根據(jù)泵站所確定的管道工作壓力和選定的管徑計(jì)算壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度校核和穩(wěn)定 性校核。計(jì)算任務(wù)輸量

25、下的水力坡降，并判斷翻越點(diǎn)。(6) 計(jì)算全線總壓頭，確定泵站數(shù)并化整。(7) 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算各方案的基建投資及輸油成本費(fèi)用。(8) 綜合比較各方案，確定最優(yōu)方案。(9) 按最優(yōu)方案的參數(shù)，計(jì)算求解工作點(diǎn)參數(shù)。(10) 按水力坡降和工作點(diǎn)的壓頭在縱斷面圖上布置泵站，確定泵站的位置。(11) 根據(jù)所求得的最經(jīng)濟(jì)管道參數(shù)，對(duì)順序輸送管道進(jìn)行工藝計(jì)算。2.3設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟(1) 根據(jù)任務(wù)書(shū)算出平均輸送量(質(zhì)量流量和體積流量)、油品的粘度查相關(guān)資料，得知成品油流速一般在1 2.7m/s，由此初定油品經(jīng)濟(jì)流速，由公式V二計(jì)算出經(jīng)濟(jì)管徑，根據(jù)管徑的出算值，根據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)算選擇一系列可能的管 徑。然后

26、參考輸油管道工藝設(shè)計(jì)規(guī)范(GB502532003)中，不同直徑管道的工作 壓力及經(jīng)濟(jì)輸量范圍初選各管徑下的輸送壓力。(3) 根據(jù)任務(wù)輸量和初選的工作壓力選擇工作泵的型號(hào)、然后計(jì)算泵臺(tái)數(shù)以及確定組合方式。式中Hc離心泵揚(yáng)程，m液柱;為便于長(zhǎng)輸管道的應(yīng)用，泵的特性曲線方程可近似表示為: 比=a_bQ2_mQ離心泵排量，m3/h；a b常數(shù)；m管道流量一壓降公式中的指數(shù)，在水力光滑區(qū)內(nèi)m=0.25.混合摩擦區(qū)中m=0.123.手冊(cè)中給出的（H, Q）值一般為多組，我們可以用最小二乘法算出 法是：a, b的值其方2 _m令 Hi 二yi，Qi =xi;所以:nQi2i 4n八（yi-a bx)2(2-

27、2)對(duì)a, b求偏導(dǎo)使得:0；b求得：二 XiXiy Xa =2Xi(V x)2 -n Xi2(2-3)n遲x y人-遲x2 yib22(2-4)(遲 x ) -nE xi將a，b代入公式就可以求得泵的特性方程。并用相關(guān)指數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果來(lái)選擇泵站的組合方式，對(duì)初步制定的壓力、管徑搭配做出相 應(yīng)的更改，并確定為本設(shè)計(jì)的管徑、壓力組合的比較方案（4）根據(jù)泵站所確定的P和選定的管徑根據(jù)下列公式PD C C(2-5)式中;管壁厚度計(jì)算值，m ；D外徑，m；P設(shè)計(jì)壓力或管道的工作壓力，MPa； 一一輸油管道的許用應(yīng)力，MPa焊縫系數(shù)，無(wú)縫鋼管取1.0；C=02mm。C考慮鋼管公差和腐蝕的余

28、量，根據(jù)管路的工作環(huán)境，取(5) 求出各方案的壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核，然后求出管道的內(nèi)徑1 )強(qiáng)度校核： 熱應(yīng)力：(2-6)式中 a管道材料的線性膨脹系數(shù) m/C；E管材的彈性模量，MPa t管道的工作溫度與安裝溫度只差，取極限有環(huán)向應(yīng)力的泊松效應(yīng)；t年最低apPD=u2、(2-7)式中u管材的泊松系數(shù);P設(shè)計(jì)壓力D外徑，m；:壁厚，m?？偟妮S向應(yīng)力；a = - ap at ： ；- s(2-8)滿(mǎn)足上述條件即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。2)穩(wěn)定性校核地下管道被土壤嵌住，直管段所收最大軸向壓力P為:pd _v pd +吐和A =-t0.2- +aEAt.4 6算2算込一P 二A(2-9)式中P管道軸向

29、壓力，N ；P內(nèi)壓，MPa；A 管子的管壁截面積，m2;D 管道直徑，m；E管道彈性模量，MPa；算一一管道壁厚，m；:膨脹系數(shù)，m/C；覽溫度變化，按最危險(xiǎn)情況考慮，C當(dāng)軸向力P達(dá)到或超過(guò)某一臨界值PCR時(shí)，埋地管道將喪失軸向穩(wěn)定性，管道將產(chǎn)生 波浪形彎曲，發(fā)生拱出地面而造成破壞事故。因此，必須對(duì)管道的軸向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)直管段的失穩(wěn)臨界力；(2-10)&R =2 KoDEI式中PCR失穩(wěn)臨界力，N ;Ko土壤壓縮抗力系數(shù)；D管道外徑，m；E管道的彈性模量，MPaI管道橫截面積慣性矩，m4當(dāng)P0.6 Pcr時(shí)，穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。.h - Q2vm | P m-(6) 計(jì)算任務(wù)流量下的水里坡降L d

30、，并判斷翻越點(diǎn)，確定管道計(jì)算長(zhǎng)度(7) 計(jì)算全線需要的總壓頭、確定各方案的泵站數(shù)并化整。根據(jù)任務(wù)輸量，在泵站工作特性曲線上可以得到每個(gè)泵站所能提供的揚(yáng)程為He管路全線消耗的壓力能為(2-11)H -iLj Z HSZ全線N個(gè)泵站提供的總揚(yáng)程必然與消耗的總能量平衡，于是有N(He -hm) =iLj ：Z HSZ(2-12)泵站數(shù)(2-13)式中He任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程， m液柱;hm泵站站內(nèi)損失， m液柱;H任務(wù)輸量下管道所需總壓頭，m液柱；H sz末站剩余壓力， m液柱；Lj管道計(jì)算長(zhǎng)度，m,考慮到局部摩阻取為管道實(shí)際長(zhǎng)度的 1.01倍顯然計(jì)算出的N不一定是正數(shù)，只能取之相近的整數(shù)作為該方案

31、需建的泵站數(shù)。(8) 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算各方案的基建投資及輸油成本費(fèi)用。主要包括基本建設(shè)投資指標(biāo)和經(jīng)營(yíng)成本指標(biāo)兩大類(lèi)。管道基本建設(shè)指標(biāo)包括路線建設(shè)部分、 泵站部分。輸油成本主要包括維修、動(dòng)力、 折舊等費(fèi)用。(9) 綜合比較各方案的經(jīng)濟(jì)行指標(biāo)，選出最佳方案;(10) 按最優(yōu)方案的參數(shù)，計(jì)算求解工作點(diǎn)參數(shù)；(11) 按水力坡降和工作點(diǎn)的壓頭在縱斷面圖上布置泵站，確定泵站的位置;(12) 根據(jù)所求得的最經(jīng)濟(jì)管道參數(shù)，對(duì)順序輸送管道進(jìn)行工藝計(jì)算。 計(jì)算一年中每種油品的輸送天數(shù)DpQ p350(2-14) 計(jì)算最優(yōu)循環(huán)次數(shù)-.5N ,B(JzE+G)NOP a + (JzE+G)Vpcm一式中Jz單位

32、有效容積儲(chǔ)罐的建設(shè)費(fèi)用，元；E石油工業(yè)規(guī)定的投資年回收系數(shù)1/a；G單位有效容積儲(chǔ)罐的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，元；a每次循環(huán)混油的貶值損失，元；V PCM一個(gè)循環(huán)中的混油體積，m3。 根據(jù)最優(yōu)循環(huán)次數(shù)確定全線首、末站所需建的最優(yōu)儲(chǔ)罐總?cè)萘?2-15)Vop -bNop(2-16)式中 Nop最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。Nop 確定最優(yōu)循環(huán)周期(2-17)式中 Nop最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。D輸油管每年的工作時(shí)間，本設(shè)計(jì)取 350D 循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時(shí)間D(2-18)Nop式中Di每年輸送第i中油品的時(shí)間;Nop最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。 確定混油切割方案以及計(jì)算混油虧損3計(jì)算說(shuō)明書(shū)對(duì)于成品油管道輸送多種油品時(shí)，要按管道埋深處全年月平均

33、低溫輸送高粘油品 進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按最高月平均溫度輸送低粘油品進(jìn)行校核， 對(duì)于本設(shè)計(jì)即按管道埋深處 全年月平均低溫輸送柴油設(shè)計(jì)，最高月平均溫度輸送汽油校核。3.1計(jì)算物性參數(shù)3.1.1溫度計(jì)算根據(jù)任務(wù)書(shū)可知年平均地溫：9.42 C，最低月平均溫度為1.03C，最高月平均溫度為 16.75C。3.1.2計(jì)算年平均地溫下的密度已知20C時(shí)油品密度，按下式換算成計(jì)算溫度下的密度。(3-2)；(t -20)式中 叫、20溫度t C及20 C時(shí)油品密度，kg/m3；溫度系數(shù)，；=1.825-0.001315：20， kg/ （m3C）；333已知油品密度.20汽油=730kg / m %航煤=800kg /

34、mP 20柴油=835kg / m求得輸送油品20C的平均密度：3P = z n Pi =730匯 0.5+ 800漢 0.2+835漢0.3 = 775.5kg/m3130溫度系數(shù):；汽油=1.825-0.001315 73 0.865kg (m3 C)3 o；航煤=1.825 0.001315 800 = 0.773kg/(m3 C)3 o；柴油二 1.825-0.001315 835 = 0.727kg/(m3 C)3 0；平均二 1.825-0.001315 775.5 =0.805kg/(m3 C)平均地溫下油品的密度：平均(汽油)二 730-0.865 (9.42-20) = 73

35、5.15kg/m33平均(航煤) =800 -0.773 漢(9.42 -20) = 808.18kg / m平均(柴油)二835-0.727 (9.42-20) = 842.69kg/m3輸送油品在平均溫度下的密度_3：9.42c (輸送油品)=775.5 0.805 (9.42 20) = 784.02kg / m3.1.3計(jì)算年平均地溫下油品的粘度表1成品油粘溫關(guān)系溫度(e)0102030運(yùn)動(dòng)粘度(10-6m2/s)0.950.880.800.75汽油2.501.771.250.83航煤18.0012.008.206.00柴油根據(jù)油品粘溫特性表求出粘溫特性方程_0.007879625 (

36、t _L)汽油：6 2求得平均地溫下的汽油粘度T氣油9.42C = .919 10 m /S，最低氣溫下的粘度6 26 2汽油1.03e = 0.942 10 m /s .夏季最高氣溫下的粘度汽油16.75e = 0.832 10 m /s。_0.36754( t _t0)航煤：七“代_6 2求得平均地溫下的航煤粘度：5煤942.830 10 m /s,最低氣溫下的粘度6 2 6 2 航煤1.03C = 2.407 10 m /s .夏季最高氣溫下的粘度 航煤16.75C = 1 .351 10 m / S。.0.03662( t _t0)柴油：11 二 i e62求得平均地溫下柴油粘度：柴油

37、9.4212.748 10 m /S，最低氣溫下的粘度6 2 2柴油1.03C =17.333 10 m /s ；夏季最高氣溫下的粘度 柴油we = 9.747 10 m /s。3.1.4計(jì)算流量由公式求得體積流量(3-1)式中Q體積流量，m3/s；M任務(wù)輸量，kg；t年輸送時(shí)間，s。將數(shù)據(jù)代入上式得到汽油、航煤、柴油的輸量分別為;3800X 10000X 1000X 0.5/735/ (350X 24X 3600) =0.18m3/s800X 10000X 1000X 0.2/808/ (350X 24X 3600) =0.066m3/s800X 10000X 1000X 0.3/842/

38、(350X 24X 3600) =0.095m3/s 總輸量約為：0.3m3/s3.2管徑和壓力3.2.1初定管徑查閱相關(guān)資料，成品油經(jīng)濟(jì)流速在1.2-2.7m/s之間最好，故初選經(jīng)濟(jì)流速1.2m/s、1.4m/s、1.5m/s1.8m/s 2.3m/s五種方案，算經(jīng)濟(jì)管徑有公式：（以1.5m/s為例）4x0.3 二 1.5=0.505m = 504mm(3-3)406.4、457、508、529、由此可得根據(jù)公式，可計(jì)算其他經(jīng)濟(jì)流速對(duì)應(yīng)的管徑為:559的管徑。表2不同直徑的輸油管道的工作壓力和輸量成品油管道外徑，mm工作壓力（105N/m2）年輸量，106t/a219901000.70.92

39、7375851.31.632567751.82.237755651.53.242655651.54.853055656.58.53.2.2泵及管道壓力可供選用的泵有:表3泵型號(hào)型號(hào)Q (m3/h)H( m)ZLM IP 440/0614001701200180450200400205ZLM IP 530/0616002701400290100030040031512X 12X15SP B908.52531135.62451362.82381589.9223從其中選前兩種泵作為備用方案: 特性方程即公式：He選用 ZLM IP 440/06，ZLM IP 530/06 計(jì)算泵的（3-4）式中He

40、離心泵揚(yáng)程，m液柱；Q離心泵排量，m3/h；a b常數(shù)；m管道流量一壓降公式中的指數(shù)，在水力光滑區(qū)內(nèi)m=0.25,混合摩擦區(qū)中m=0.123。手冊(cè)中給出的(H , Q)值一般為多組，我們可用最小二乘法算出 a, b的值，計(jì) 算方法為：2-m令Hi牛，Qi =Xi ；所以：nn Q：二 (% -a b)27心(3-5)對(duì)a，b求偏導(dǎo)使得：廣Qi2-=0-0-b求得：_送Xiyi送人一送yi送工a (W x)2 _nW Xj2n Xiy Xi x, yi b22(送 Xi) n送 Xi通過(guò)計(jì)算可得出：(1)當(dāng)選擇 ZLM IP 440/06 時(shí)，a=207.201, b=1.1 X 10-4,(假

41、設(shè)在混合摩擦區(qū) m=0.123) 所以單個(gè)泵的H-Q特性方程為：Hc=207.201 1.1X 10-4Q1.877。當(dāng)多臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)，根據(jù)離心泵串聯(lián)組合的特點(diǎn)，每臺(tái)泵排量相當(dāng)，均等于泵站排量, 泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和，所以若有 N臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)的特性方程為:NNN(3-6)比八已八-Q2叫bi 4iz!i A泵站的特性方程為:NHe = a _bQ2B八biv ，如果N臺(tái)型號(hào)的泵串聯(lián)工作，泵站的特性方程的常系數(shù)為:A=Na B=Nb本設(shè)計(jì)方案之一取四臺(tái)同型號(hào)的泵串聯(lián)使用組成泵站，則泵站的特性方程Hc=a-bQ2為：-41.877Hc=4X 207.2014X 1.1X 10 Q-41 877=8

42、28.8044.4X 10 Q .按照平均任務(wù)輸量0.3m3/s=1080m3/h計(jì)算泵站的性能參數(shù)：-41 877Hc=828.8044.4X 10 Q .-41 877=828.8044.4X 10 X 1080 .=611.44m預(yù)選的輸油泵站，在給定的任務(wù)輸量的工作條件下，泵站的進(jìn)站壓力厶H的范圍 為0.20.7MPA,設(shè)定本設(shè)計(jì)中的進(jìn)站壓頭為 30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計(jì)算壓力為：P= (Hc+ H) pg式中 P泵站工作壓力，MPAHc任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，m H泵站進(jìn)站壓力換算的液柱，30m即為：P= (611.44+30)X 784.02X 9.8=6.4MPA當(dāng)選擇ZLM I

43、P 530/06時(shí)，根據(jù)泵的特性方程，即公式：He =a-bQ2_同上由最小二乘法可以得出-5A=319.329b=4X 105所以由此得到單個(gè)泵的H-Q方程為：Hc=319.3294X 10-5Q1877本設(shè)計(jì)取三臺(tái)相同的泵串聯(lián)作為泵站，故H-Q方程為：-41 877Hc=957.987 1.2X 104Q1.877按照平均任務(wù)輸量0.3m3/s=1080m3/h計(jì)算泵站的性能參數(shù)：-41 877Hc=957.987 1.2X 104Q1.8=957.987 1.2X 10-4X 10801.877=898.86m故由此計(jì)算泵站的特性方程為：-41 877HC=957.987 1.2X 10

44、4Q1.8預(yù)選的輸油泵站，在給定的任務(wù)輸量的工作條件下，泵站的進(jìn)站壓力厶H的范圍為0.20.7MPA,設(shè)定本設(shè)計(jì)的進(jìn)站壓力為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計(jì)算壓力：P= (Hc+A H) pg式中 P泵站工作壓力，MPAHc任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，m H泵站進(jìn)站壓力換算的液柱，30mP= (898.89+30)X 784.02X 9.8=7.13MPA根據(jù)所選的泵型號(hào)和泵站組合方式，管徑和工作壓力可以設(shè)定為：406.4(8.0mpa7.0mpa)457(8.0mpa、7.0mpa)508(8.0mpa、7.0mpa)529(8.0mpa、7.0mpa)559(8.0mpa、7.0mpa)以上即為管徑

45、和壓力的初定方案。參考已投產(chǎn)管道的用鋼情況和今年來(lái)管道的發(fā) 展趨勢(shì)，可選用X65的螺旋焊管作為本管道設(shè)計(jì)用鋼。3.2.3確定管道壁厚按照我國(guó)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB502532003)中規(guī)定，輸油管道直管 段的設(shè)計(jì)公式如下：(3-7)式中-管壁厚度計(jì)算值，m ；D外徑，m；P設(shè)計(jì)壓力或管道的工作壓力，MPa；輸油管道的許用應(yīng)力，MPa焊縫系數(shù)，無(wú)縫鋼管取1.0；C考慮鋼管公差和腐蝕的余量，根據(jù)管路的工作環(huán)境，取C=02mm。由輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50253 2003)可知X65鋼的最低屈服強(qiáng)度c s=450mpa彈性模量E=210GPA線性膨脹系數(shù)a =1.2 X 10-5 C-1，焊

46、縫系數(shù)*=1.0, U=K c S=0.72 X 1.0 X 450=324MPA輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50252003)。式中 c s鋼管的最低屈服強(qiáng)度，MPAK強(qiáng)度系數(shù)，取K=0.72焊縫系數(shù)；鑒于方案較多，故編程計(jì)算管道壁厚。根據(jù)國(guó)產(chǎn)鋼管部分規(guī)格和API標(biāo)準(zhǔn)鋼管部 分規(guī)格，可對(duì)計(jì)算做出計(jì)算壁厚和圓整壁厚如下表(C=1mm):表5管道參數(shù)萬(wàn)案管道外徑mm工作壓力MPa計(jì)算壁厚mm圓整后壁厚mm萬(wàn)案1406.475.45.6萬(wàn)案2406.486.06.4方 345775.96.4萬(wàn)案445786.67.0萬(wàn)案550876.57.0萬(wàn)案650887.27.5萬(wàn)案752976.77.0萬(wàn)案8

47、52987.58.0萬(wàn)案955977.17.5方案1055987.98.6根據(jù)管徑壁厚反算流速并檢驗(yàn)反算流速是否合理。 同樣，可用編程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表:表6反算流速表萬(wàn)案管道內(nèi)徑mm經(jīng)濟(jì)流速m/s反算流速m/s萬(wàn)案1395.21.52.44萬(wàn)案2393.61.52.46方 3444.21.51.93萬(wàn)案44431.51.94萬(wàn)案54941.51.56萬(wàn)案64931.51.57萬(wàn)案75151.51.44萬(wàn)案85131.51.45萬(wàn)案95441.51.29方案10541.81.51.3由此可知，反算的實(shí)際流速在1.3m/s2.46m/s之間，故認(rèn)為上述管徑、工作壓力、 壁厚的選定或計(jì)算基本符合

48、條件。3.2.4管壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核(1) 強(qiáng)度校核A熱應(yīng)力：-a - E t-210 103 1.2 10* (16.75-1.03)= 39.6144Mpa式中式中a 管道材料的線性膨脹系數(shù) 1.20X 10-5C-1;E管材的彈性模量， MPa t管道的工作溫度與安裝溫度只差，取極限，有4 = t年最高-t年最低B. 對(duì)于不同的方案環(huán)向應(yīng)力的泊松效應(yīng)應(yīng)該有不同的值，可由公式計(jì)算，為便于計(jì)算，可編程:apPD2式中 v管材的泊松系數(shù)，v=0.3 ;p 設(shè)計(jì)壓力，MPa ;D外徑，m ；-壁厚，m?？偠? a1 -atC. 總的軸向應(yīng)力也因環(huán)向應(yīng)力不同而具有不同的值，可由公式計(jì)算，為便于計(jì)

49、算, 可編程：(3-8)D. 判斷二總”6是否成立，通過(guò)編程計(jì)算，成立。(2) 穩(wěn)定性校核地下管道被土壤嵌住，直管段所收最大軸向壓力P為:pd _v Pd 性A =0.2+gE J算2d算2 &算P 二A式中P管道軸向壓力，N ;P內(nèi)壓，MPa；A 管子的管壁截面積，m2;D 管道直徑，m；E管道彈性模量，MPa；算 管道壁厚，m；:膨脹系數(shù)，m/C；氏溫度變化，按最危險(xiǎn)情況考慮，C。當(dāng)軸向力P達(dá)到或超過(guò)某一臨界值PCR時(shí)，埋地管道將喪失軸向穩(wěn)定性，管道將產(chǎn)生 波浪形彎曲，發(fā)生拱出地面而造成破壞事故。因此，必須對(duì)管道的軸向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn) 算。直管段的失穩(wěn)臨界力；Pcr.KoDEI式中PCR 失穩(wěn)

50、臨界力，N ； K0土壤壓縮抗力系數(shù)；D管道外徑，m；E管道的彈性模量，MPaI管道橫截面積慣性矩，m4當(dāng)P0.6 Pcr時(shí)，穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。鑒于方案較多，故可采用編程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下:表7管道直管段穩(wěn)定性校核萬(wàn)案總的軸向應(yīng)力Mpa是否超出屈服強(qiáng)度最大軸向應(yīng)力N臨界軸向應(yīng)力N是否超出失穩(wěn)極限萬(wàn)案136.6否6.4X105107.7X1O10否萬(wàn)案236.6否7.3X105108.2X 1010否萬(wàn) 335.4否8.1X105111.0X1011否萬(wàn)案438.7否59.1X 10111.1 X 10否萬(wàn)案536.6否1.0X106111.3X 1011否萬(wàn)案641.7否1.1X 106111.

51、3X 10否萬(wàn)案739.7否1.1X 106111.4X 1011否萬(wàn)案839.7否1.2X 10111.4X 10否萬(wàn)案938.6否1.2X 106111.6X 1011否方案1038.4否1.4X 106111.7X 1011否3.3水力坡降、翻越點(diǎn)、管道長(zhǎng)度計(jì)算計(jì)算任務(wù)流量下的水力坡降，并判斷翻越點(diǎn)，確定管道計(jì)算長(zhǎng)度3.3.1計(jì)算雷諾數(shù)，判斷流態(tài)4Q二小式中 油品的運(yùn)動(dòng)粘度,Q 油品在管路中的體積流量， ms ；d管道內(nèi)徑方案不同，管徑不同的方案有不同的雷諾數(shù)。 鑒于方案較多，故可編程計(jì)算最大 管徑和最小管徑的雷諾數(shù)。表8流態(tài)的劃分及不同流態(tài)的摩阻系數(shù)的值流態(tài)劃分范圍扎=f (Re,s )層流Re 2000、64A =Re紊流水力光滑區(qū)cccc c c59.53000 吒 Re v Re只 7 名871=1.81lg Re 1.53V扎Re 105 時(shí)