原油管道工藝設(shè)計(jì)論文

64/77重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目某原油管道工藝設(shè)計(jì)院（系）石油與天然氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)油氣儲(chǔ)運(yùn)2009學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱評(píng)閱教師職稱2013年5月30日注意事項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)許多于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)許多于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)不字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，設(shè)計(jì)（論文）中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的講明并表示了謝意。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）：年月日摘要本設(shè)計(jì)要緊內(nèi)容包括：由經(jīng)濟(jì)流速確定經(jīng)濟(jì)管徑，確定所使用管材，由原油輸量確定其熱站數(shù)和其泵站數(shù)，并計(jì)算不同布站方式下的運(yùn)行參數(shù)等等，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，對(duì)不同的布站方式進(jìn)行比較，選擇出比較經(jīng)濟(jì)的布站。此設(shè)計(jì)管材采納D40×10,20號(hào)鋼管,采納加熱密閉式輸送流程，先爐后泵的工藝，充分利用設(shè)備，全線輸油主泵和給油泵均采納串聯(lián)方式，加熱爐采納直接加熱的方法。通過熱力和和水力計(jì)算，兩種方案的比較，最終選擇更為經(jīng)濟(jì)的方案二。方案二選用管道材料選定為GB9711-S315鋼材，布站方案是全線兩個(gè)熱站，三個(gè)泵站。關(guān)鍵字：原油輸送工藝經(jīng)濟(jì)性管道運(yùn)輸ABSTRACTThedesignofthemaincontentsinclude:economicvelocitydeterminedbythediameteroftheeconomy,todeterminetheuseofpipes,theamountdeterminedbytheoutputofcrudeoilheatpumpingstationsandtheirnumber,andcalculatethedifferentmodesofdistributionstationsoperatingparameters,andso,finally,economiccalculationsfordifferentwaystocompareclothstations,choosethemoreeconomicaldistributionstation.ThisdesignusesD40×10,20pipesteelpipe;sealedusingheattransportprocesses,thefirstafterthefurnacepumptechnology,fulluseofthedevice,themainoillinepumpsareusedtopumpandinseries,usingthedirectmethodofheatingfurnace.Andafterthermalandhydrauliccalculation,comparingthetwoprograms,andultimatelychooseamoreeconomicalsolutiontwo.OptionIIisselectedasthepipematerialselectionGB9711-S315steel,clothStationprogramacrosstheboardtwohotstations,threepumpingstations.Keywords：Crudeoil；transportationtechnology；economy；pipelinetransportation目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1原油管道工藝設(shè)計(jì)的目的的及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 11.3研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容 22工程概況及差不多參數(shù) 42.1工程概況 42.2差不多參數(shù)的選取 42.3其他參數(shù)的選擇 62.4摩阻損失 72.5確定加熱站及泵站數(shù) 82.6校核計(jì)算 102.7站內(nèi)工藝流程的設(shè)計(jì) 112.8要緊設(shè)備的選擇 12320#鋼管工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 143.1經(jīng)濟(jì)管徑 143.2熱力計(jì)算與確定熱站數(shù) 153.3水力計(jì)算與確定泵站數(shù) 183.4布站方案 213.5各站運(yùn)行參數(shù) 223.6其他設(shè)備的選取 224GB9711-S315鋼管工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 244.1經(jīng)濟(jì)管徑 244.2熱力計(jì)算與確定熱站數(shù) 254.3水力計(jì)算與確定泵站數(shù) 284.4布站方案 304.5各站運(yùn)行參數(shù) 314.6其他設(shè)備的選取 325經(jīng)濟(jì)效益分析 335.1方案一經(jīng)濟(jì)效益分析 335.2方案二經(jīng)濟(jì)效益分析 345.3方案經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果 356結(jié)論 36參考文獻(xiàn) 37致謝 38附件 39 1緒論1.1原油管道工藝設(shè)計(jì)的目的的及意義國(guó)內(nèi)盛產(chǎn)含蠟原油,據(jù)統(tǒng)計(jì),蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%的原油幾乎占整個(gè)產(chǎn)出原油的90%,而且大部分原油蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在20%以上,有的甚至高達(dá)40%～50%。含蠟原油在地層條件下,蠟一般溶解在原油中,隨著采出過程中壓力、溫度的下降和輕質(zhì)組分的逸出,蠟逐漸析出,并在地層、油管、管線中沉積,給原油的開采和輸送帶來許多困擾。近年來，尤其是隨著我國(guó)西氣東輸一線、二線管道的鋪設(shè)，管道運(yùn)輸特不是長(zhǎng)距離輸油管道差不多成為原油和成品油最要緊的運(yùn)輸方式。長(zhǎng)距離大口徑油氣管道運(yùn)輸，具有輸送能力大、能源消耗低、損耗少、成本低、可連續(xù)均衡運(yùn)輸、不受氣象季節(jié)阻礙、永久性占用土地少和運(yùn)輸安全性高等特點(diǎn)，是公路、鐵路、水路、航空運(yùn)輸方式無法替代的第五大運(yùn)輸方式。在五大運(yùn)輸方式中，關(guān)于油品及天然氣的運(yùn)輸，采納水路運(yùn)輸當(dāng)前逐漸被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)方式，但它要受到地理?xiàng)l件等自然環(huán)境的制約及各種人為因素的干擾；公路運(yùn)輸盡管較為靈活，但因其運(yùn)輸量小且運(yùn)費(fèi)高，一般用于少量且短途的區(qū)域運(yùn)輸；鐵路運(yùn)輸成本較高，關(guān)于大量的油氣運(yùn)輸是不經(jīng)濟(jì)的，而且鐵路總的運(yùn)力的有限也使油氣的運(yùn)輸量受到限制；航空運(yùn)輸盡管快捷，但因其高昂的運(yùn)輸價(jià)格使其只在專門的情況下間或被采納。管道建設(shè)的規(guī)模大，投資多，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)展有重大的阻礙。我國(guó)輸油管道建設(shè)、運(yùn)營(yíng)治理已取得不小的成但也面臨著許多的問題和挑戰(zhàn)績(jī)，。我國(guó)東部油區(qū)許多已進(jìn)入了產(chǎn)量遞減時(shí)期，需對(duì)東部原油管網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，確保高粘易凝原油管道在低輸量下安全運(yùn)行，節(jié)能降耗；我國(guó)石油開發(fā)的重點(diǎn)正向西部轉(zhuǎn)移，隨著新疆、陜甘寧地區(qū)大型油氣田的開發(fā)，建設(shè)西部外輸管道的任務(wù)已擺在面前。這就給我們提出了更高的要求，因此專門有必要對(duì)輸油管道的設(shè)計(jì)做比較詳盡的了解。此次設(shè)計(jì)在遵守國(guó)家有關(guān)規(guī)定，通過技術(shù)對(duì)比選擇最優(yōu)工藝方案，設(shè)計(jì)中在保證安全運(yùn)行條件下，盡量節(jié)約投資，便于生產(chǎn)操作，并考慮環(huán)境愛護(hù)的要求。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析石油是目前世界上最重要的戰(zhàn)略能源。1865年美國(guó)在賓夕法尼亞州建成世界上第一條原油管道起，油氣管道的進(jìn)展已有近130年的歷史了。到目前為止，可能世界各種管道的總長(zhǎng)度超過200萬公里，其中油氣干線的總長(zhǎng)度超過150萬公里。世界石油管道工業(yè)歷經(jīng)400多年的風(fēng)風(fēng)雨雨，現(xiàn)已成為民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，管道技術(shù)差不多進(jìn)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科和行業(yè)。1963年印度建成的納霍卡蒂亞—高哈蒂—伯勞尼輸油管線,加熱輸送工藝第一次在原油管輸系統(tǒng)中實(shí)施,迄今已進(jìn)展到包括:加熱輸送、熱處理輸送、添加化學(xué)劑輸送、摻水保溫輸送及稀釋輸送等多種輸送工藝技術(shù)。我國(guó)的輸油管道始建于20世紀(jì)50年代。1958年建成克拉瑪依—獨(dú)山子輸油管道，這是我國(guó)的第一條原油管道。到21世紀(jì)初，我國(guó)的油氣管道已超過2萬公里，其中干線原油管道超過1萬公里，已形成東北、華北、華東輸油管網(wǎng)，西部的西氣東輸工程正在建設(shè)之中，“西油東輸”也正在擬議中，在原油運(yùn)輸量中，管道輸送的比重近幾年突然上升，已達(dá)到80%以上。目前，管道運(yùn)輸已與鐵路、公路、水運(yùn)、航空一起，成為我國(guó)的五大運(yùn)輸行業(yè)。能耗指標(biāo)已成為代表當(dāng)前各生產(chǎn)企業(yè)有無競(jìng)爭(zhēng)力乃至企業(yè)生死存亡的最重要的表征之一。低耗、節(jié)能、提高管道輸送的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，是管道運(yùn)輸行業(yè)科研攻關(guān)的大目標(biāo)。由于管道輸運(yùn)中普遍存在析蠟、結(jié)垢、凝管及堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)峻阻礙管道輸送能力和效率，因此，所有這些輸送工藝研究和應(yīng)用(包括物理的和化學(xué)的方法)的目的旨在解決原油輸送過程中存在諸如析蠟、結(jié)垢、凝管、堵塞等問題，從宏觀效果改善原油的流淌特性，尤其是低溫狀況下的流變特性，從而達(dá)到降低能耗，安全輸油，提高社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益之目的。當(dāng)前，含蠟粘性原油輸送工藝研究與實(shí)施情況分述如下：（1）加熱輸送，（2）熱處理輸送，（3）添加降凝劑、減阻劑輸送工藝，（4）稀釋輸送，（5）低粘液環(huán)輸送，（6）乳化輸送，（7）伴熱保溫輸送工藝（8）水懸浮輸送，（9）天然氣飽和輸送，（10）漿料輸送，（11）壓力處理輸送。除上述中要緊輸送工藝外，差不多研究和正在醞釀研究的輸送工藝還有：熱裂解，脫蠟，加氫減粘，磁處理，核輻照，界面處理減阻等。但這些工藝普遍存在技術(shù)研發(fā)難度大，操作復(fù)雜，安全性差等不足。1.3研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容1.3.1研究的目標(biāo)本次設(shè)計(jì)的題目是某原油管道的工藝設(shè)計(jì)，原油管道的投資巨大，需要在長(zhǎng)期時(shí)刻內(nèi)保持在其經(jīng)濟(jì)輸量范圍內(nèi)，才有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此選擇合適的輸送管徑，合理確定建設(shè)規(guī)模，選擇正確站址，關(guān)于節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用，以及安全保障等差不多上此次研究的目標(biāo)。1.3.2研究?jī)?nèi)容（1）用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)確定經(jīng)濟(jì)管徑。(2)經(jīng)濟(jì)管徑下的水力和熱力計(jì)算。（3）要緊設(shè)備的選型。（4）站址確定及調(diào)整和工況校核。（5）對(duì)不同方案進(jìn)行比較，選擇經(jīng)濟(jì)性好的方案。2工程概況及差不多參數(shù)2.1工程概況2.1.1線路差不多概況本設(shè)計(jì)依據(jù)已給出的管長(zhǎng)、任務(wù)輸量、所輸油品的性質(zhì)、沿線高程和加熱方式來設(shè)計(jì)某原油管道。管線全長(zhǎng)335km。管線設(shè)計(jì)采納密閉輸送方式，能夠支持長(zhǎng)時(shí)刻的運(yùn)輸任務(wù)，外界環(huán)境對(duì)輸油時(shí)的阻礙比較小，油耗少，對(duì)環(huán)境的危害小，運(yùn)行能耗少，運(yùn)費(fèi)經(jīng)濟(jì)低廉。2.1.2輸油站要緊工程項(xiàng)目本管線設(shè)計(jì)的任務(wù)輸量為500萬噸／年，設(shè)計(jì)時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)的因素，采納“熱泵合一”的方式。使用的方案為：設(shè)立熱泵站兩座，設(shè)立泵站一座，即首站和三號(hào)中間站為熱泵站，二號(hào)中間站為泵站。在設(shè)計(jì)中管道采納密閉輸送方式，有利于減少蒸發(fā)損耗，而且流程簡(jiǎn)單，工程施工中投資少，能更好的利用剩余壓力來運(yùn)輸，同時(shí)采納“先爐后泵”的加熱工藝方案。選用加熱爐為直接加熱式。2.1.3管道設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中通過計(jì)算選擇的管道為外徑400mm，壁厚10.0mm，管材為20號(hào)鋼的管道。2.2差不多參數(shù)的選取2.2.1設(shè)計(jì)依據(jù)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50253—2003《油氣管道設(shè)計(jì)與施工》中國(guó)石化出版社《油氣管道工程》中國(guó)石化出版社《輸油管道設(shè)計(jì)與治理》中國(guó)石油大學(xué)出版社其它有關(guān)法規(guī)及技術(shù)文件2.2.2設(shè)計(jì)原則(1)設(shè)計(jì)中遵守國(guó)家有關(guān)政策和設(shè)計(jì)規(guī)范，積極采納新的工藝、技術(shù)、設(shè)備和材料，做到經(jīng)濟(jì)合理、安全使用、確保質(zhì)量；(2)在做到愛護(hù)環(huán)境的前提下，盡量降低能源消耗，滿足管線設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還要充分利用管線的承壓能力來減少不必要的損耗；(3)管道全線采納地下埋設(shè)方式。當(dāng)受到自然條件的限制時(shí)，受限地段能夠采納地上敷設(shè)或者土堤埋設(shè)。2.2.3原始數(shù)據(jù)(1)最大設(shè)計(jì)輸量為500萬噸/年；(2)年最低月平均溫度4.2C；(3)管道中心埋深1.5m；(4)土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.4w/(mC)；(5)瀝青防腐層導(dǎo)熱系數(shù)0.15w/（mC)；(6)原油物性：①20℃的密度832kg/m；②初餾點(diǎn)71℃；③反常點(diǎn)32℃；④凝固點(diǎn)28℃；⑤熱熔0.45千卡/kg；⑥燃油熱值4.18×10kJ/kg。(7)粘溫關(guān)系:36～42℃lgμ=2.86924-0.026477137T42～71℃lgμ=2.594060-0.02004657T(8)沿程里程、高程（管道全程335km）數(shù)據(jù)見表2.1表2.1管道縱斷面數(shù)據(jù)樁號(hào)1234567891011里程（km）0716286783105124145160173高程（m）48.260.390.8120.9111.5102.392.180.475.657.855.6樁號(hào)1213141516171819202122里程（km）182196212235254287295310318324335高程（m）60.271.4106.3135.4141.6160.5157.8120.9110.390.275.3（9）管道沿線月平均氣溫見表2-2表2-2管道沿線月平均氣溫月份123456789101112地溫4.24.88.610.515.818.221.722.519.614.87.55.72.2.4溫度參數(shù)的選擇(1)出站油溫在考慮原油出站溫度時(shí)，因?yàn)樵椭胁豢尚颐獾暮幸欢康乃?，因此加熱溫度不?yīng)該高于水的沸點(diǎn)100℃，以防止發(fā)生沸溢。因?yàn)樵O(shè)計(jì)采取的加熱方式是先爐后泵，因此加熱溫度不能高于原油的初餾點(diǎn)，幸免免阻礙油泵的吸入。設(shè)計(jì)的管道防腐絕緣層是采納瀝青防腐絕緣層，，故輸送溫度不能高于瀝青的耐熱程度。同時(shí)考慮到管道的熱變形等因素，因此加熱溫度也不宜太高。綜合上述中的考慮，初步確定的出站溫度為T=65℃。(2)進(jìn)站油溫考慮進(jìn)站原油溫度時(shí)要緊取決于經(jīng)濟(jì)比較。含蠟原油凝點(diǎn)較高時(shí)，因?yàn)樵谀c(diǎn)附近粘溫曲線專門陡，因此原油的經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度一般要高于凝固點(diǎn)。隨熱處理?xiàng)l件不同，含蠟原油的粘溫特性及凝點(diǎn)都會(huì)隨之變得不同，因此最優(yōu)熱處理?xiàng)l件及經(jīng)濟(jì)比較是確定進(jìn)出站溫度必須考慮的因素。綜合上述中的考慮，同時(shí)依照經(jīng)驗(yàn)，初步確定的進(jìn)站溫度為T=36℃。(3)平均溫度當(dāng)管路中原油的流態(tài)處于紊流光滑區(qū)時(shí)，按平均溫度下的油流粘度來計(jì)算站間摩阻。計(jì)算平均溫度時(shí)采納以下的公式：式中—平均油溫，℃；、—加熱站的出站、進(jìn)站溫度，℃。2.3其他參數(shù)的選擇2.3.1工作日一年的工作天數(shù)為350天。2.3.2油品密度依照20℃時(shí)油品的密度按下式換算成計(jì)算溫度下的密度：式中—分不為溫度為℃和20℃下的密度ζ—溫度系數(shù)，2.3.3粘溫方程2.3.4總傳熱系數(shù)K管道傳熱有兩部分：(1)管壁、瀝青防腐層的熱傳導(dǎo)(2)管外壁周圍土壤的傳熱式中Di，Di+1—鋼管、瀝青防腐層的內(nèi)徑和外徑，m；λi—導(dǎo)熱系數(shù)，w/(mC)；Dw—管道最外圍的直徑，m；α1—油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，w/（m2C)；α2—管壁至土壤放熱系數(shù)，w/（m2C)；λt—土壤導(dǎo)熱系數(shù)，w/(mC)；Ht—管中心埋深，1.5m。2.3.5摩阻計(jì)算當(dāng)管路中的原油流態(tài)在紊流光滑區(qū)時(shí)，可按平均溫度下的油流粘度來計(jì)算站間摩阻。管道設(shè)計(jì)參數(shù)：(1)熱站、泵站間壓頭損失20m；(2)熱泵站內(nèi)壓頭損失40m；(3)年輸送天數(shù)為350天；(4)首站進(jìn)站壓力80m。2.3.6最優(yōu)管徑的選擇在一定輸量下，假如選用較大的管徑，能夠降低管道輸送壓力，減少泵站的數(shù)量，從而減少泵站的建設(shè)費(fèi)用，降低輸油的動(dòng)力消耗，然而也增加了管道的建設(shè)費(fèi)用。依照目前國(guó)內(nèi)加熱輸油管道的實(shí)際例子和經(jīng)驗(yàn)，熱油管道的經(jīng)濟(jì)流速在1.5～2.0m/s范圍內(nèi)。通過計(jì)算，最終選定為外管徑400mm，壁厚10.0mm。2.4摩阻損失高含蠟及易凝易粘油品在管道輸送的過程中，假如直接在環(huán)境溫度下進(jìn)行輸送，則油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻損失大，這些都會(huì)導(dǎo)致管道壓降大，動(dòng)力耗費(fèi)高，運(yùn)行成本高，而且在冬季的時(shí)候?qū)ｉT容易發(fā)生凝管，產(chǎn)生事故，因此在油品進(jìn)入管道前一定要采取降凝降粘的措施。目前在國(guó)內(nèi)外大部分差不多上采納加入降凝劑或者給油品加熱的方法，促使油品的溫度升高，粘度降低，從而達(dá)到輸送目的。這次的管線設(shè)計(jì)采納加熱降粘的方法，降低油品的粘度，減少管道摩阻損失，從而減小管道壓降，節(jié)約動(dòng)力消耗，然而同時(shí)也增加了熱能消耗和加熱設(shè)備的費(fèi)用。熱油管道與等溫輸送不同，在輸送中存在摩阻損失和熱能損失兩種能量損失，而且這兩種損失之間相互阻礙，摩阻損失的大小對(duì)油品的粘度有決定性，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低，管道的散熱損失往往占去了能量損失的大部分。熱油沿管道線路流淌時(shí)，溫度不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也隨之不斷變化。在對(duì)熱油管道的摩阻進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須要考慮管道沿線的溫降情況和油品的粘溫特性。因此在設(shè)計(jì)管路時(shí)，必須先進(jìn)行熱力計(jì)算，然后再進(jìn)行水力計(jì)算，此外，熱油管的摩阻損失應(yīng)該按照一個(gè)加熱站的間距來進(jìn)行計(jì)算。全線摩阻為各站摩阻的總和。2.5確定加熱站及泵站數(shù)2.5.1熱力計(jì)算埋地不保溫管道的散熱傳遞過程是由三部分組成的，一是油流至管壁的放熱，二是瀝青絕緣層的熱傳導(dǎo)和第三個(gè)管外壁至周圍土壤的傳熱，由于在這次設(shè)計(jì)中所輸送的介質(zhì)的要求不高，同時(shí)管徑和輸量較大，油流到管壁的溫降較小，因此管壁到油流的散熱忽略不計(jì)。而總傳熱系數(shù)要緊取決于管外壁至土壤的放熱系數(shù)，值在紊流狀態(tài)下對(duì)傳熱系數(shù)值的阻礙可忽略。計(jì)算中周圍介質(zhì)的溫度取最冷月土壤的平均溫度，以加權(quán)平均溫度作為油品的物性計(jì)算溫度。由于設(shè)計(jì)流量較大，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將進(jìn)站溫度取為T=36℃，出站溫度取為T=65℃。(1)流態(tài)推斷:式中Q—流量，m3/sν—運(yùn)動(dòng)粘度d—內(nèi)徑，m；e—管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度，m。經(jīng)計(jì)算2000﹤Remin﹤Remax﹤Re1，因此各流量下流態(tài)均處于水力光滑區(qū)。(2)加熱站數(shù)確定加熱站間距L的確定式中To—管道埋深處年最低月平均地溫，取3℃；G—原油的質(zhì)量流量，㎏/s；C—油品比熱，kJ/（kg?℃）；i—水力坡降。加熱站數(shù)：經(jīng)計(jì)算，需要設(shè)2個(gè)加熱站。2.5.2水力計(jì)算通過輸量求泵站數(shù)，首先反算出站油溫，通過計(jì)算，確定出站油溫為65℃。由粘溫關(guān)系得出粘度等數(shù)據(jù)，為以后計(jì)算打好基礎(chǔ)。為了便于計(jì)算和校核，本設(shè)計(jì)中將局部摩阻歸入一個(gè)加熱站的站內(nèi)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阻礙，用迭代法計(jì)算最大輸量下的出站油溫TR式中β、m—由流態(tài)確定，水力光滑區(qū)：m=0.25，β=0.0246；Q—體積流量，m3/s。(2)管道沿程摩阻式中△Z—起終點(diǎn)高差，m；∑hj—局部壓頭損失，m(3)推斷有無翻越點(diǎn)經(jīng)推斷，全程無翻越點(diǎn)。(4)泵的選型及泵站數(shù)的確定因?yàn)榱髁枯^大，沿線地勢(shì)較平坦，且從經(jīng)濟(jì)角度考慮并聯(lián)效率高，便于自動(dòng)操縱優(yōu)化運(yùn)行，因此選用串聯(lián)方式泵。選型并依照設(shè)計(jì)任務(wù)書中的已知條件,選擇DKS450-550型輸油泵,H=550m。計(jì)算管道承壓確定站內(nèi)泵的個(gè)數(shù)：管道承壓確定站內(nèi)泵的個(gè)數(shù):確定泵站數(shù):經(jīng)計(jì)算，需要設(shè)3個(gè)泵站。2.5.3站址確定依照地形的實(shí)際情況，本著熱泵合一的原則，進(jìn)行站址的調(diào)整。確定站址，除依照工藝設(shè)計(jì)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(yùn)輸?shù)葪l件，并結(jié)合施工、生產(chǎn)、環(huán)境愛護(hù)，以及職工生活等方面綜合考慮，當(dāng)熱站數(shù)和泵站數(shù)合一后，既要考慮滿足最大輸量下壓能的要求，又要考慮最小輸量下的熱能要求，應(yīng)滿足：(1)進(jìn)站油溫為35℃；(2)依照進(jìn)站油溫反算出的出站油溫應(yīng)低于管道同意的最高出站油溫；(3)進(jìn)站壓力應(yīng)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熱泵站站址里程（km）0111.6223.3335高程（m）48.288.2120.5975.3布站情況首站1#熱泵站2#泵站3#熱泵站末站2.6校核計(jì)算2.6.1熱力、水力校核由于對(duì)站址的綜合考慮，使熱站、泵站的站址均有所改變，因此必須進(jìn)行熱力、水力校核。求得站址改變后的進(jìn)出站溫度、壓力，以確保管線的安全運(yùn)行。2.6.2進(jìn)出站溫度校核在規(guī)定輸量下由進(jìn)站油溫反算出站油溫，所得油溫符合要求（低于初餾點(diǎn)等）即可。2.6.3進(jìn)出站壓力校核在規(guī)定輸量下，利用反算出的出站油溫，得出水力坡降，近而得出進(jìn)出站壓力，出站壓力滿足摩阻等要求。各站進(jìn)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，就能夠合格。2.6.4壓力越站校核當(dāng)輸油主泵不可幸免地遇到斷電、事故或檢修時(shí)，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小，從而導(dǎo)致沿程摩阻減小，為了節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用，能夠進(jìn)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(duì)其的進(jìn)出站壓力進(jìn)行確定以滿足要求，關(guān)于壓力越站而言，其所具有的困難要緊是地形起伏的阻礙及加熱站間距的阻礙。壓力越站的計(jì)算目的是計(jì)算出壓力越站時(shí)需要的最小輸量，并依照此輸量計(jì)算越站時(shí)所需壓力，并校核其是否超壓。2.6.5熱力越站校核當(dāng)輸油主泵不可幸免地遇到斷電、事故或檢修時(shí)，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小2.6.6動(dòng)、靜水壓力校核(1)動(dòng)水壓力校核動(dòng)水壓力是指油流沿管道流淌過程中各點(diǎn)的剩余壓力，即管道縱斷面線與水力坡降線之間的垂直高度，動(dòng)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(yùn)行情況有關(guān)，從縱斷面圖上能夠看出，動(dòng)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淌后，由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力，由縱斷面圖可知靜水壓力也滿足輸送要求。2.7站內(nèi)工藝流程的設(shè)計(jì)輸油站的工藝流程是指油品在站內(nèi)的流淌過程，實(shí)際上是由站內(nèi)管道、器件、閥門所組成的，并與其他輸油設(shè)備相連的輸油系統(tǒng)。該系統(tǒng)決定了油品在站內(nèi)可能流淌的方向、輸油站的性質(zhì)和所能承擔(dān)的任務(wù)。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(chǎn)環(huán)節(jié)的要求。輸油站的要緊操作包括：①來油與計(jì)量；②正輸；③反輸；④越站輸送，包括全越站、壓力越站、熱力越站；⑤收發(fā)清管器；⑥站內(nèi)循環(huán)或倒罐。(2)便于事故處理和維修。(3)采納先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，提高輸油水平。(4)流程盡量簡(jiǎn)單，盡可能少用閥門、管件，力求減少管道及其長(zhǎng)度，充分發(fā)揮設(shè)備性能，節(jié)約投資，減少經(jīng)營(yíng)費(fèi)用輸油站工藝流程：(1)首站同意來油、計(jì)量、站內(nèi)循環(huán)或倒罐，正輸、一直油處反輸、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)末站同意來油，正輸、反輸，收發(fā)清管器，站內(nèi)循環(huán)，外輸，倒罐等操作。流程簡(jiǎn)介：(1)來油計(jì)量來油—計(jì)量—閥組(2)站內(nèi)循環(huán)及倒罐罐—閥組—泵—加熱爐—閥組—罐(3)正輸（首站）上站來油—閥組—加熱爐—給油泵—主輸泵—下站(4)反輸下站來油—閥組—加熱爐—給油泵—主輸泵—上站(5)壓力越站來油—閥組—加熱爐—下站2.8要緊設(shè)備的選擇2.8.1輸油泵的選擇選泵原則：(1)為便于維修和治理，盡量選取同系列泵；(2)盡量滿足防爆、防腐或露天安裝使用地要求；(3)為保證工作穩(wěn)定，持續(xù)性好，滿足密閉輸送要求，選用大排量的離心泵，配用效率高的電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。(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(jià)。故所選輸油主泵為：DKS450-5502.8.2加熱爐的選擇選爐原則：(1)應(yīng)滿足加熱站的熱負(fù)荷要求，爐效高；(2)為便于檢修，各站宜選用兩臺(tái)以上加熱爐。加熱站的熱負(fù)荷由下面的公式計(jì)算：式中Q—加熱站的熱負(fù)荷，kw；G—油品流量，m3/h；c—油品比熱，kJ/kg℃。提供的加熱爐型號(hào)如下：800kw,1000kw,1250kw,1600kw,2000kw,2500kw,3150kw,4000kw,5000kw。320#鋼管工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1經(jīng)濟(jì)管徑式中d經(jīng)濟(jì)管徑（m）Q質(zhì)量流量（kg/s）v經(jīng)濟(jì)流速（m/s）--原油密度（kg/m）選定:進(jìn)站油溫T=36C出站油溫T=65CT=（65+2×36）/3=45.67C=832-0.681(45.67-20)=813.24kg/mQ=G/=165.34/813.24=0.20m/s3.1.1經(jīng)濟(jì)流速含蠟原油經(jīng)濟(jì)流速在1.5m/s~2.0m/s之間當(dāng)v=1.5m/s時(shí)：當(dāng)v=2.0m/s時(shí)：選擇管徑的范圍為357mm和412mm之間。選管：由國(guó)產(chǎn)鋼管部分規(guī)格初步選定鋼管，取D=400mmδ=10.0mmd=380mm反算經(jīng)濟(jì)流速：經(jīng)濟(jì)流速在1.5m/s~2.0m/s之間，故所選管徑符合要求。3.1.2確定管道承壓管道材料選定為20號(hào)鋼因此1106.68米油柱，此為管道最大承壓。3.2熱力計(jì)算與確定熱站數(shù)3.2.1確定計(jì)算用各參數(shù)粘溫關(guān)系:36～42℃lgμ=2.86924-0.026477137T42～71℃lgμ=2.594060-0.02004657T3.2.2確定流態(tài)屬水力光滑區(qū)：36～42℃時(shí):42～71℃時(shí):因此，屬水力光滑區(qū)，β=0.0246，m=0.25。水利坡降：3.2.3總傳熱系數(shù)的確定其中，管外壁至大氣放熱系數(shù)：紊流時(shí)管內(nèi)放熱系數(shù)α對(duì)K阻礙專門小，可忽略土壤導(dǎo)熱系數(shù)：λ=1.4w/(mC)管中心埋深：h=1.5m瀝青防腐層一般6mm-9mm,那個(gè)地點(diǎn)取6mm即瀝青防腐層：厚度δ=6mm,導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.15w/mC計(jì)算如下：確定總傳熱系數(shù)：=1.2833.2.4確定熱站數(shù)站間距：其中：熱站數(shù):平均站間距:熱力布站及校核，初步在0km,167.5km。反算出站油溫：T=65℃T=36℃則依照該溫度下流量:Q=0.2m/s因?yàn)?則:取n=2因此出站溫度取65℃，滿足要求。3.3水力計(jì)算與確定泵站數(shù)3.3.1計(jì)算出站油溫假設(shè)b=0Q=0.202m/s進(jìn)站油溫=36℃，出站油溫=65℃,。3.3.2推斷翻越點(diǎn)依照翻越點(diǎn)定義推斷28km,,和287km處可能是翻越點(diǎn)。其中0km處高程48.2m，28km處高程120.9m，287km處高程160.5m。從起點(diǎn)到終點(diǎn)所需壓頭為:從起點(diǎn)到28km處所需壓頭為:從起點(diǎn)到287km處所需壓頭為:在28km處，=315.9m=0.0086×28×1000+75.3-120.9=195.2m在287km處，=2605.18=0.0086×287×1000+75.3-160.5=2383m經(jīng)推斷，全程無翻越點(diǎn)。3.3.3選泵確定泵站數(shù)沿程總摩阻：式中h——站內(nèi)摩阻泵站數(shù)：,其中，hc為站內(nèi)損失選擇的泵型號(hào)為：20×20×19HSB三臺(tái)泵串聯(lián)揚(yáng)程H=877m取整n=4，總共選4臺(tái)，其中1臺(tái)備用。3.3.4確定站址初步泵址為0km,83.75km，167.5km,251.25km校核如下：首站進(jìn)站壓力:80m出站壓力:80+877-40=917m1#站進(jìn)站壓力:出站壓力:135.65+877-40=972.65m2#站進(jìn)站壓力:出戰(zhàn)壓力:290.9+610-40=860.9m3#站進(jìn)站壓力:出站壓力:47.35+877-40=884.35m末站進(jìn)站壓力：進(jìn)出站壓力經(jīng)校核均滿足要求。3.4布站方案確定熱站數(shù)為兩個(gè)。出站溫度TR=65進(jìn)站溫度TZ=36Q=0.2m/s沿程總摩阻：泵的揚(yáng)程H=305，三臺(tái)泵串聯(lián)，泵站的揚(yáng)程H=877。泵站數(shù):綜上，最終布站情況為兩個(gè)熱站，四個(gè)泵站。按照熱泵和一的原則可得各站站址如表3-1：表3-1熱泵站站址里程（km）083.75167.5251.25335高程（m）48.2102.156.4142.575.3布站情況首站1#熱泵站2#泵站3#中間站熱泵站4#泵站末站3.5各站運(yùn)行參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表3.2,四泵站二熱站表3.2各站運(yùn)行參數(shù)里程（km）083.75167.5251.25335高程（m）48.2102.156.4142.575.3進(jìn)站溫度（）36/36/36出站溫度（）65/65/36進(jìn)站壓力（m）80135.65290.947.35224.1泵站揚(yáng)程（m）8778776108770出站壓力（m）917972.64860.9884.35224.13.6其他設(shè)備的選取3.6.1加熱爐選取代入數(shù)據(jù)可得：TR=65℃,TZ=36℃q=2157.68kw因此選2臺(tái)2500kw的加熱爐，一臺(tái)備用。3.6.2電動(dòng)機(jī)選擇式中——輸送溫度下泵排量為時(shí)的輸油效率；——輸油泵軸功率，kW；——輸送溫度下的排量（m/s）；——輸送溫度下介質(zhì)的密度（kg/m）；——輸油泵排量為時(shí)的揚(yáng)程。式中——輸油泵配電機(jī)額定功率，kW；——輸油泵軸功率，kW；——傳動(dòng)系數(shù)；——電動(dòng)機(jī)額定功率安全系數(shù)。4GB9711-S315鋼管工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4.1經(jīng)濟(jì)管徑式中d經(jīng)濟(jì)管徑（m）Q質(zhì)量流量（kg/s）v經(jīng)濟(jì)流速（m/s）--原油密度（kg/m）選定:進(jìn)站油溫T=36C，出站油溫T=65CT=（65+2×36）/3=45.67C=832-0.681(45.67-20)=813.24kg/mQ=G/=165.34/813.24=0.20m/s4.1.1經(jīng)濟(jì)流速含蠟原油經(jīng)濟(jì)流速在1.5m/s~2.0m/s之間當(dāng)v=1.5m/s時(shí)：當(dāng)v=2.0m/s時(shí)：選擇管徑的范圍為357mm和412mm之間。選管：由國(guó)產(chǎn)鋼管部分規(guī)格初步選定鋼管，取D=400mmδ=10.0mmd=380mm反算經(jīng)濟(jì)流速：經(jīng)濟(jì)流速在1.5m/s-2.0m/s之間，故所選管徑符合要求。4.1.2確定管道承壓管道材料選定為GB9711-S315鋼材其中：因此：1587.06米油柱，此為管道最大承壓。4.2熱力計(jì)算與確定熱站數(shù)4.2.1確定計(jì)算用各參數(shù)粘溫關(guān)系:36～42℃lgμ=2.86924-0.026477137T42～71℃lgμ=2.594060-0.02004657T4.2.2確定流態(tài)屬水力光滑區(qū)：36～42℃時(shí):42～71℃時(shí):因此，屬水力光滑區(qū)，β=0.0246，m=0.25水利坡降：m/m4.2.3總傳熱系數(shù)的確定其中，管外壁至大氣放熱系數(shù)：紊流時(shí)管內(nèi)放熱系數(shù)α對(duì)K阻礙專門小，可忽略。土壤導(dǎo)熱系數(shù)：λ=1.4w/(mC)管中心埋深：h=1.5m瀝青防腐層一般6mm-9mm,那個(gè)地點(diǎn)取6mm即瀝青防腐層：厚度δ=6mm,導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.15w/mC確定總傳熱系數(shù)：=1.283；k=1.22w/mC。4.2.4確定熱站數(shù)站間距：其中：熱站數(shù):平均站間距:熱力布站及校核，初步在0km,167.5km,反算出站油溫：=65℃,=36℃則依照該溫度下流量:Q=0.2m/s因?yàn)?則:圓整取n=2因此出站溫度取65℃,滿足要求。4.3水力計(jì)算與確定泵站數(shù)4.3.1計(jì)算出站油溫假設(shè)b=0Q=0.202m/s進(jìn)站油溫=36℃，出站油溫=65℃,。4.3.2推斷翻越點(diǎn)依照翻越點(diǎn)定義推斷28km,,和287km處可能是翻越點(diǎn)。其中0km處高程48.2m，28km處高程120.9m，287km處高程160.5m。從起點(diǎn)到終點(diǎn)所需壓頭為:從起點(diǎn)到28km處所需壓頭為:從起點(diǎn)到287km處所需壓頭為:在28km處，=315.9m=0.0086×28×1000+75.3-120.9=195.2m在287km處，=2605.18m=0.0086×287×1000+75.3-160.5=2383m經(jīng)推斷，全程無翻越點(diǎn)。4.3.3選泵確定泵站數(shù)沿程總摩阻：h為站內(nèi)摩阻泵站數(shù)：其中，hc為站內(nèi)損失選泵為：DKS450-550，額定揚(yáng)程H=550m，兩臺(tái)泵串聯(lián)揚(yáng)程H=1100m?？偣策x3臺(tái)其中1臺(tái)備用取整n=34.3.4確定站址初步泵址為0km,111.68km，223.3km校核如下：1臺(tái)泵的揚(yáng)程H=550m,2臺(tái)泵H=1100,3臺(tái)泵H=1650m。首站進(jìn)站壓力:80m出站壓力:80+1100-40=1140m1#站進(jìn)站壓力:出站壓力:210.03+1100-40=1270.03m2#站進(jìn)站壓力:出戰(zhàn)壓力:333.06+1100-20=1386.06m末站進(jìn)站壓力:進(jìn)出站壓力經(jīng)校核均滿足要求。4.4布站方案確定熱站數(shù)為兩個(gè)。出站溫度=65℃,進(jìn)站溫度=36℃則依照Q=0.2m/s沿程總摩阻：泵的揚(yáng)程H=550m，兩臺(tái)泵串聯(lián)，泵站的揚(yáng)程H=1100m。泵站數(shù):綜上，最終布站情況為兩個(gè)熱站，三個(gè)泵站。按照熱泵和一的原則可得各站站址如表3.3：表3.3熱泵站站址里程（km）0111.6223.3335高程（m）48.288.2120.5975.3布站情況首站1#熱泵站2#泵站3#熱泵站末站4.5各站運(yùn)行參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表3-4：三泵站二熱站表3-4各站運(yùn)行參數(shù)里程（km）0111.6223.3335高程（m）48.288.2120.5975.3進(jìn)站溫度（）36/36/出站溫度（）45/45/進(jìn)站壓力（m）80210.03333.06281.76泵站揚(yáng)程（m）1100110011000出站壓力（m）11401270.031380.06281.764.6其他設(shè)備的選取4.6.1加熱爐選取代入數(shù)據(jù)可得：,q=2157.68kw因此選2臺(tái)2500kw的加熱爐。4.6.2電動(dòng)機(jī)選擇式中——輸送溫度下泵排量為時(shí)的輸油效率；——輸油泵軸功率，kW；——輸送溫度下的排量（m/s）；——輸送溫度下介質(zhì)的密度（kg/m）；——輸油泵排量為時(shí)的揚(yáng)程。式中——輸油泵配電機(jī)額定功率，kW；——輸油泵軸功率，kW；——傳動(dòng)系數(shù)；——電動(dòng)機(jī)額定功率安全系數(shù)。計(jì)算如下：5經(jīng)濟(jì)效益分析5.1方案一經(jīng)濟(jì)效益分析5.1.1熱力、動(dòng)力費(fèi)用計(jì)算求全線所需壓頭式中—水力坡降，m/mL—管道總長(zhǎng)，mZ—管道首末站壓差,mn—輸油站數(shù)hf—站內(nèi)摩阻損失，熱泵站取40m,熱站或泵站取20m=4×500×2.1×1100×(65-36)/41800/86%=2756.5263萬元=2.723×0.5×500×2462.71×10/78.4%/95%=2250.926萬元5.1.2其它費(fèi)用計(jì)算假設(shè)：首站20人，末站20人，熱站10人，泵站10人，熱泵站15人首站為熱泵站20人，中間1個(gè)熱泵站有15人，2個(gè)泵站有20人，末站為20人，總共有75人。固定資產(chǎn)總投資=（線路工程投資+輸油站工程投資）/0.9+建設(shè)期借款利息+固定投資方向調(diào)節(jié)稅工程投資=（線路工程投資+輸油站工程投資）/0.9=（335×450+4500+4500+3500+2×2000）/0.9=185833.33萬元貸款利息=185833.33×0.7×[0.4×（1.099-1）+0.655×0.099]=19247.83萬元固定資產(chǎn)總投資=工程投資+貸款利息185833.33+19247.83=205081.16萬元工資及福利12×3500×75=315萬元其它費(fèi)用500萬元5.1.3總費(fèi)用2756.5263+2250.926+205081.16+315+500=210903.6123萬元5.2方案二經(jīng)濟(jì)效益分析5.2.1熱力、動(dòng)力費(fèi)用計(jì)算求全線所需壓頭:式中—水力坡降，m/mL—管道總長(zhǎng)，mZ—管道首末站壓差,mn—輸油站數(shù)