管道輸送工藝課程設(shè)計

1、重慶科技學(xué)院管道輸送工藝課程設(shè)計報告 學(xué) 院: 石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級: 油氣儲運升-13 學(xué)生姓名: 嚴小林 學(xué) 號: 2015520427 設(shè)計地點（單位） 石油與安全大樓k802 設(shè)計題目： 某熱油管道工藝設(shè)計 完成日期： 2017 年 1 月 6 日指導(dǎo)教師評語: _ 成績（五級記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字） : 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 目錄 目 錄1 總論31.1設(shè)計依據(jù)及原則31.1.1 設(shè)計依據(jù)31.1.2 設(shè)計原則31.2總體技術(shù)水平32 設(shè)計參數(shù)32.1 管道設(shè)計參數(shù)22.2 原油物性22.3 設(shè)計輸量22.4 其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)22.5工程概況23工藝計算53.1

2、采用的輸送方式53.2管道規(guī)格53.2.1平均溫度53.2.2油品密度53.2.3流量計算63.2.4油品粘度63.2.5管道內(nèi)徑63.2.6壁厚63.2.7管道外徑73.2.8驗證經(jīng)濟流速83.3熱力計算83.3.1雷諾系數(shù)83.3.2總傳熱系數(shù)83.3.3原油比熱容91重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 目錄3.3.4加熱站布站103.3.5水力計算123.3.6計算摩阻123.4選用泵的型號123.4.1 原動機的選型133.4.2加熱設(shè)備選型133.5站場布置133.6校核動靜壓力153.6.1判斷翻越點153.6.2動水壓力校核163.6.3靜水壓力校核163.7最小輸量164 設(shè)計結(jié)果19

3、參考文獻20重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 摘要摘 要易凝、高黏油品當其凝點高于管道周圍環(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下油流黏度很高，不能直接輸送，必須采用措施降黏、降凝。加熱輸送是目前最常用的的方法，即將原油加熱、加壓后進入管道，通過提高原油輸送溫度使油品黏度降低，減少管路摩阻損失，使管內(nèi)最低油溫維持在凝點以上，保證安全輸送，本設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書的設(shè)計要求并以及相關(guān)設(shè)計手冊規(guī)范進行設(shè)計，分別對輸油管線所采用輸送方式，管道規(guī)格及選材，加熱設(shè)備的選型，泵機組的選型及泵站、熱站的布置位置進行設(shè)計并進行校驗。關(guān)鍵詞：熱油 管道 輸送 工藝設(shè)計重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 1 總論1.1 設(shè)計依據(jù)及原則1.1.

4、1 設(shè)計依據(jù)（1）國家的相關(guān)標準、行業(yè)的有關(guān)標準、規(guī)范；（2）相似管道的設(shè)計經(jīng)驗；（3）設(shè)計任務(wù)書。1.1.2 設(shè)計原則（1）嚴格執(zhí)行現(xiàn)行國家、行業(yè)的有關(guān)標準、規(guī)范。（2） 采用先進、實用、可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，建立新的管理體制，保證工程項目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長期平穩(wěn)運行。（3）節(jié)約用地，不占或少占良田，合理布站，站線結(jié)合。站場的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊發(fā)展緊密結(jié)合。（4） 在保證管線通信可靠的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低工程投資。提高自控水平，實現(xiàn)主要安全性保護設(shè)施遠程操作。（5）以經(jīng)濟效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險投資，力爭節(jié)約基建投資，提高經(jīng)

5、濟效益。1.2 總體技術(shù)水平采用高壓長距離全密閉輸送工藝，整體工藝達到國內(nèi)較為先進的工藝設(shè)計水平2 設(shè)計參數(shù)2.1 管道設(shè)計參數(shù)最大運行壓力6.5MPa，末站剩余壓頭70m，局部摩阻為沿程摩阻的1.2%，進站溫度控制在33，最高輸送溫度70，最低輸送溫度30。2.2 原油物性20相對密度0.854，50粘度7.1mPa.s，粘溫指數(shù)0.038。2.3 設(shè)計輸量年輸量為220萬噸。2.4 其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1) 保溫層(聚氨酯膠泡沫塑料)46mm，土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.2 W/(m. )。（2）管道埋地深1.4m；（3）管道埋深處平均地溫：(4)年輸送天數(shù)：350天。2.5工程概況某油田計劃鋪設(shè)一條2

6、80公里、年輸量為220萬噸的熱油管道，管線經(jīng)過區(qū)域地勢起伏較大（里程和高程見表）。 表2.1 地溫資料月份123456789101112地溫245788.510118753.5表2.2 高程數(shù)據(jù)里程（km ）0.070.0100.0150.0200.0280.0高程（m ）7508008208107907603工藝計算3.1 采用的輸送方式密閉輸送也叫“從泵到泵”輸送，這種輸油工藝中，中間輸油站不設(shè)供暖沖用的旁接油罐，上站來油全部直接進泵。其特點是：整條管道構(gòu)成一個統(tǒng)一的密閉的水力系統(tǒng)，可充分利用上站余壓，節(jié)省能量，還可以基本中間站的輕質(zhì)油蒸發(fā)損耗；但對自動化程度和全線集中監(jiān)控要求較高；存在

7、水擊問題，需要全線的水擊監(jiān)測與保護。長距離輸油管道的離心泵大都采用“從泵到泵”的方式。現(xiàn)代的管線均為密閉輸送方式，如我國近些年建成的鐵大線、東黃復(fù)線等。所以本設(shè)計的輸送方法為加熱密閉輸送方式。3.2管道規(guī)格3.2.1平均溫度 （4.1）式中：加熱站的起點，終點溫度，。3.2.2油品密度 （4.2）式中：溫度t及20時的油品密度，；溫度系數(shù)。 3.2.3流量計算式中：G年任務(wù)質(zhì)量輸量，；Q體積流量，；油品平均溫度的密度，；3.2.4油品粘度油品黏度計算公式為： （4.3）式中：運動粘度； 粘溫指數(shù)；則根據(jù)式4.3代入數(shù)據(jù)有：3.2.5管道內(nèi)徑 （4.4）式中：Q體積流量，；經(jīng)濟流速，。經(jīng)濟流速取

8、值范圍是12之間。假設(shè)=1.6m/s。3.2.6壁厚 （4.5）式中：P管線設(shè)計的工作壓力，Mpa；D管線內(nèi)徑，mm；焊縫系數(shù)：無縫鋼管=1 ，其中： 直縫管和螺旋焊縫鋼管=1；螺旋埋弧焊鋼管=0.9。剛性屈服極限，Mpa(查表1)； C腐蝕余量，根據(jù)所輸介質(zhì)腐蝕性大小取值，當所輸油、氣中不含腐蝕性物質(zhì)時C=0,當所輸油、氣中含腐蝕性物質(zhì)時C=0.51.0mm；F設(shè)計系數(shù)（查表2）。 表2.1鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼A3F低合金鋼16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482表 2.2工作環(huán)境管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內(nèi)部、穿跨

9、越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬20m）輸油管線0.720.60輸氣管線0.600.503.2.7管道外徑 （4.6）式中：d管道內(nèi)徑，mm；管道壁厚，mm。表3.1DN外徑（mm）壁厚（mm）重量（kg/m）壁厚（mm）重量（kg/m）2002196.031.548.041.632502737.045.929.053.593003258.062.5411.085.18根據(jù)上表選擇公稱直徑為250，外徑為273mm，壁厚為7mm。3.2.8驗證經(jīng)濟流速根據(jù)選擇管道，內(nèi)徑經(jīng)濟流速滿足在12之間，所以，選擇的管道符合。3.3熱力計算3.3.1雷諾系數(shù)因為：，所以成紊流狀態(tài)。選取硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為

10、保溫材料，第一層低合金鋼管，16Mn是低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，是一個舊的牌號，舊的國標號是GB/T 1591-1988。 在現(xiàn)在的新國標GB/T 1591-1994中，16Mn對應(yīng)的是Q345，它的熱導(dǎo)系數(shù)：。第二層保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為。保溫材料厚度為4050mm。假設(shè)取厚度為46mm。3.3.2總傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) （4.7）總傳熱系數(shù) （4.8）式中：d管內(nèi)徑，m；第i層的外徑，m；第i層的內(nèi)徑，m；最外層的管外徑，m；D管徑，m。若，D取外徑；若，D取算數(shù)平均值；若，D取內(nèi)徑。油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，在紊流情況下比層流時大得多，通常情況下大都大于。因此在紊流情況下，對總傳熱系數(shù)的影響很小，可忽略

11、不計，而在層留情況下就必須計入。管最外層至周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)。 （4.9）式中：-土壤導(dǎo)熱系數(shù)，；-管中心埋深，m；-最外層的管外徑，m。 =2.7=0.573.3.3原油比熱容原油和石油產(chǎn)品的比熱容通常在1.62.5KJ/(Kg.)之間。時原油的相對密度為： （4.10） 式中：15時原油的相對密度； 溫度系數(shù)，； 溫度為20時的油品密度，原油的比熱容為： （4.11）式中：15時原油的相對密度；比熱容，；T原油溫度，。得： C （4.12）3.3.4加熱站布站質(zhì)量流量為： （4.13）確定出加熱站的出、進口溫度，即站間管段的起、終點溫度和后，可按冬季月平均最低溫度及全線的K值估算加熱站間距

12、， （4.14）熱油管全場280公里，加熱站數(shù)n， （4.15）在進行n的具體計算時，需要進行化整，必要時可適當調(diào)節(jié)溫度。在以上基礎(chǔ)上課求出每個加熱站的熱負荷： （4.16）式中：加熱爐的效率，%；c原油的比熱容，J/(kg.)；G原油質(zhì)量流量，kg/s；Q加熱站的熱負荷，J/s。管道周圍的自然溫度；=； =286kmN=280/286=0.98(個)取n=1個。6359.57KJ/s由于熱站的熱負荷不小，為了保證熱站不承受過大的負荷，所以取n=2個。則熱站間距為： （4.17） 式中：N加熱站數(shù)，個； L輸油管道總長，m； 加熱站間距，m；出站溫度為: （4.18）式中：原油質(zhì)量流量，；加熱

13、站的進站溫度，；加熱站的出站溫度，；比熱容，；加熱站間距，m；K管道總傳熱系數(shù)，；管道內(nèi)徑，m；管道周圍的自然溫度，。3.3.5水力計算時原油的密度為：故平均溫度下的運動粘度為： （4.19）式中：-溫度為平均溫度、時油品的運動黏度，；U-黏溫指數(shù)，。3.3.6計算摩阻一個加熱站間的摩阻為： （4.20）總摩阻為： （4.21）全線所需總壓頭為： （4.22）式中：沿線總摩阻，m；加熱站間距的摩阻，m；H全線所需要的總壓頭，m。3.4選用泵的型號假設(shè) 選用泵型號為DG280-55×10，其流量為280，揚程為550m,轉(zhuǎn)速為1480r/min，電動機功率為850千瓦，效率為73%。每

14、個泵站選用兩臺，其中一臺為備用泵。平均溫度下的密度為： 泵所產(chǎn)生的壓力為：式中：P泵所能夠提供的壓力，Pa；油品的密度，；H泵所提供的揚程，m。P故所選擇的泵符合要求。3.4.1 原動機的選型防爆型電動機，轉(zhuǎn)速為1480r/min，電動機功率為850千瓦，效率為73%。3.4.2加熱設(shè)備選型首站選用換熱器，其他加熱站選用加熱爐，其熱負荷為1095.6kJ/s，效率為80%。3.5站場布置泵站數(shù)為： （4.23）式中：n泵站數(shù)，個；H全線所需的總壓頭，m；泵所提供的揚程，m。得：n(個)向下取整，取n=6（個）；為了保證任務(wù)輸量不變，可對泵站中的泵機組采取減小級數(shù)等措施。采用平均法布站，其站間距

15、為： （4.24）式中：泵站站間距，m； L管線總長，m。取泵站內(nèi)壓頭損失為，泵站進口壓力控制在3080m范圍內(nèi)。（1）當首站與第二站站間距取46.7km,對應(yīng)高程為Z=783.36m時，其進口壓力為： （4.25） （4.26）式中：泵站進口的剩余壓頭，m；H泵站所提供的揚程，m；I水力坡降；L兩泵站的站間距，m；兩泵站間的高程差，m；泵站內(nèi)壓頭損失，m。得：由于其進口剩余壓頭小于30m，故不符合要求，需縮小站間距。（2）取首站與第二站的站間距為35km，Z=770，進口壓力為：符合要求，故第二站布置在距離首站35km處。（3）取首站與第三站的站間距為75km，Z=803進口壓力為：符合要求

16、，故第三站布置在距離首站75km處。（4）取首站與第四站的站間距為115km，對應(yīng)高程為Z=817m時，由公式（6-4）得進口壓力為：符合要求，故第四站布置在距離首站115km處。(5）取首站與第五站的站間距為175km，Z=800，進口壓力為：符合要求，故第五站布置在距離首站175km處。（6）取首站與第六站的站間距為220km，Z=771.25進口壓力為：符合要求，故第六站布置在距離首站220km處。（7）取首站與第七站的站間距為255km，對應(yīng)高程為Z=776.875m時，由公式（6-4）得進口壓力為：符合要求，故第七站布置在距離首站255km處。末站進口壓力為：410>70，所以

17、泵機組不符合要求。為了減小其壓頭，改用小揚程的泵，需要的揚程為：（8）其流量為180，揚程為150m，配帶電動機功率為30kw，轉(zhuǎn)速為2950r/min，效率76%。選用兩臺，一臺備用。終點剩余壓頭為：符合要求，故全線泵站布置完畢。3.6校核動靜壓力3.6.1判斷翻越點 則有翻越點存在，反之不存在。在35km處， 在75km處， 在115km處， 在175km處， 在220km處， 在255km處， 以上所得均小于H,故不存在翻越點，泵站布置合適。3.6.2動水壓力校核動水壓力的校核。 （4.27） 最大動水壓力為： （4.28） 式中：高程為i點處的動水壓頭，m；H泵站輸出的壓頭，m；X泵站

18、與低點處的距離，m；，Z1低點處、泵站的高程，m；P動水壓力，Pa。動水壓力為： 故動水壓力校核符合要求。3.6.3靜水壓力校核靜水壓力的校核： （4.29）式中：P靜水壓力，Pa；沿線的最大高程差，m。得： 故靜水壓力校核符合要求。3.7最小輸量管道的最小輸量： （4.30）式中：管道最小輸量，kg/s；K總傳熱系數(shù)，；D管道外徑，m；L加熱站間距，m；C原油比熱容，； 管道周圍的自然溫度，；加熱站的最低進站溫度，。加熱站的最高出站溫度，；可得：19重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 設(shè)計結(jié)果4 設(shè)計結(jié)果 表4.1 管道設(shè)計結(jié)果管材公稱直徑外 徑（mm）壁 厚（mm）低合金鋼16Mn2502737表4.2 泵設(shè)計結(jié)果型號臺數(shù)(臺)流量()揚程（m）轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)效率(%)功率（KW）DY280-55×106180150148076300表4.3 熱站設(shè)計結(jié)果熱站數(shù)站間距（km）進站溫度（）出站溫度（）熱負荷（kJ/s）效率214033586359.5780%表4.4 熱站布置設(shè)計結(jié)果熱站1熱站2