課程設(shè)計：輸油管道設(shè)計與管理

東北石油大學(xué)課 程 設(shè) 計課程輸油管道設(shè)計與管理題目等溫及熱油管道設(shè)計院 系 石油工程學(xué)院 專業(yè)班級 油氣儲運工程11-2班 2015年3月27日東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 輸油管道設(shè)計與管理題目 等溫及熱油管道設(shè)計專油氣儲運工程 姓黃滿初 學(xué)110202140214 一、主要內(nèi)容了解石油管道特點、石油管道發(fā)展概況、石油管道設(shè)計內(nèi)容及方法，石油管道的一般設(shè)計步驟，了解等溫輸油管道設(shè)計和熱油管道設(shè)計的基本參數(shù)，并能準(zhǔn)確的進(jìn)行計算。培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題和充分利用計算機技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計的能力。二、基本要求等溫管道的設(shè)計要求，根據(jù)基本參數(shù)，按平均地溫作以下計算和設(shè)計：對差值。結(jié)果的相對差值。輸送柴油的工藝計算：用最小二乘法求泵特性方程，比較計算與實測值的相對誤差。確定泵站泵機組的運行方式及臺數(shù)（不計備用泵）。按列賓宗公式計算水力坡降，求所需泵站數(shù)并化整。用解析法求工作點。在管線縱斷面圖上布置泵站。根據(jù)站址計算全線各站進(jìn)、出站壓力，檢查全線動靜水壓力。3年平均地溫時的進(jìn)、出站壓力比較。從起點到翻越點，計算站間距Lf/nLj/j據(jù)此定性分析油品粘度變化時各站壓力的變化趨勢，對比⑥、⑦的計算結(jié)果是否符合這個規(guī)律，若不符合，請說明原因。熱油管道設(shè)計要求，根據(jù)基本參數(shù)，作如下計算：60-2525℃。按平均溫度法計算站間摩阻，選泵及泵的組合方式，確定所需泵站數(shù)（25℃）。調(diào)整站數(shù)或站址。選擇各站加熱爐。按任務(wù)輸量，計算冬季全線月耗油量。若管線投產(chǎn)初期的輸量在三、四年內(nèi)僅為100萬噸/么問題？（工藝計算、加熱站數(shù)、泵站數(shù)、主要設(shè)備選擇、站址選擇等方面）。若夏季地溫為15滿足要求嗎？式考慮，即開式和閉式）。三、參考資料[1]楊筱蘅，張國忠.[M].石油大學(xué)出版社.1996.8.[2]吳宏譯.[M]..2004.3.曲慎揚.[M].石油工業(yè)出版社.1991.4.唐智圓等.[M]..2002.6.[5]蔣華義.[M]..2010.8.目錄一、課程設(shè)計的目的及意義 1二、石油管道概述 2（一）石油管道的特點 2（二）石油管道的發(fā)展概況 2（三）石油管道的設(shè)計內(nèi)容及方法 3（四）石油管道的一般設(shè)計步驟 3三、等溫輸送管道設(shè)計 6（一）基本參數(shù) 6（二）計算（設(shè)計）內(nèi)容及步驟 6四、熱油管路設(shè)計 15（一）基本參數(shù) 15（二）計算（設(shè)計）內(nèi)容及步驟 16結(jié)束語 21參考文獻(xiàn) 22一、課程設(shè)計的目的及意義管輸工藝是油氣儲運專業(yè)的一門主要專業(yè)課程。主要內(nèi)容包括：輸油管道勘察設(shè)計；等溫及熱油輸送管道、順序輸送管道的工藝計算；熱油管道的運行管理等內(nèi)容。其中，等溫管道和熱油管道的設(shè)計是該門課程的重點問題，但在課堂理論教學(xué)的過程中，學(xué)生參與實際設(shè)計計算的機會較少，為使學(xué)生真正掌握等溫和熱油管道的設(shè)計，在學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識后，輔以實際問題的設(shè)計計算，是十分必要的。通過課程設(shè)計環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握油氣儲運領(lǐng)域中常規(guī)的工程設(shè)計的基本內(nèi)容和方法。通過讓學(xué)生根據(jù)管道實際里程高程，泵和加熱爐等資料，綜合運分析問題、解決問題和充分利用計算機技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計的能力。1東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告221111二、石油管道概述（一）石油管道的特點720200012001億噸。建設(shè)投資相對較小，占地面積少，受地理條件限制少。占用土地少。管道可以從河流、湖泊、鐵路、公路下部穿過，也可以翻越高ft，受地形與坡度的限制，可以縮短運輸里程。由于埋于地下，基本不受氣候影響，可以長期穩(wěn)定運行。沿線不產(chǎn)生噪聲，有利于環(huán)境保護。104%。（二）石油管道的發(fā)展概況19世紀(jì)中葉，1865年美國賓夕法尼亞建成了世界50mm10km，之后輸油管道雖在世界范圍1003019503萬公里的輸油管道系統(tǒng)，俄羅斯和中東國家也擁有復(fù)雜的輸油管道系統(tǒng)。連接俄羅斯和東歐的“友誼”輸油管道是截至目前世界上最長的輸油管道，起自俄羅斯的阿爾麥季耶夫斯克至匈牙利、捷克、斯洛伐克、波蘭和德國。為雙55001.05500044121.227000萬噸，該管道承擔(dān)東歐國家的重要能源供給。美1287km20112013年4079320207%20153.6萬公里長度的輸油管道，其中中國201420208000公里的輸油管道。(三)石油管道的設(shè)計內(nèi)容及方法型輸油管道建設(shè)的前期任務(wù)工作包括由上級主管部門或管道設(shè)計單位委托設(shè)計計和施工圖設(shè)計兩個階段進(jìn)行設(shè)計。（四）石油管道的一般設(shè)計步驟可行性研究《關(guān)十建設(shè)項目進(jìn)行可行性研究的試行管理辦法》指出:可行性研究的任務(wù)東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告PAGEPAGE10PAGEPAGE5(1)可行性研究報告內(nèi)容輸油管道工程項目可行性研究報告一般應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：① 總論、工程概況、依據(jù)與原則。② 論述建設(shè)該輸油管道的必要性。③ 油源、油品去向的近期、遠(yuǎn)期規(guī)劃。④ 線路情況，包括走向、線路長度、大型穿（跨）水文及工程地質(zhì)概況等。⑤ 送溫度、輸送壓力、輸油站數(shù)、站址及規(guī)模、主要設(shè)備類型等。⑥ 人員編制等說明。⑦ 環(huán)境保護與勞動保護⑧ ⑨ 表。設(shè)計任務(wù)書的內(nèi)容文件的主要依據(jù)。一般包括以下主要內(nèi)容:①工程項目的依據(jù)。②管道的起、終點，主要走向及中間進(jìn)、出油點。③所輸油品品種，年輸量（近期與遠(yuǎn)期）。④對輸油管道技術(shù)水平及某些技術(shù)指標(biāo)的要求。⑤建設(shè)進(jìn)度與投資估算。⑥各設(shè)計階段的期限。初步設(shè)計要求，并能據(jù)以編制施工圖和總概算。保證設(shè)計質(zhì)量，每項設(shè)計要作多方案比較，合理地確定設(shè)計文案;設(shè)計必須有充分和準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)資料;設(shè)計所采用的設(shè)備、材料和要求的施工條件要切合實際;設(shè)計文件的嘗試要符合建設(shè)和生產(chǎn)的要求。初步設(shè)計須按照國家規(guī)定的上級下文稿字材料與圖紙:①概述，包括設(shè)計依據(jù)，設(shè)計指導(dǎo)思想、原則與特點，工程概況與主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，基礎(chǔ)資料與數(shù)據(jù)。②工藝部分，泵站數(shù)及站址包括輸送工藝，水力、熱力、及強度計算結(jié)果，管材規(guī)格首、末站儲油罐容量及數(shù)量。③線路包括線路走向及沿線狀況，線路工程及穿越工程，管道防腐與保溫。規(guī)格，供電與配電，儀表及自動控制，給水排水、消防、采暖通風(fēng)，其他輔助設(shè)施，總圖與主要建筑物。⑤通信，包通信方式、通信組織、主要設(shè)備。⑥安全專篇，說明工程項目采用的安全設(shè)施、安全措施。安全管理機構(gòu)及員配備情況，有關(guān)安全的專用投資概算等。⑦管理，包括組織機構(gòu)、人員編制。⑧設(shè)備與材料清單。⑨總概算。施工圖設(shè)計造的需要。本階段主要工作內(nèi)容為:組織施工圖階段的勘察工作，修改或補充原初步設(shè)計。和工藝流程的最后確定，平、立面布置，各單體（如泵房、罐區(qū)、加熱爐等）安裝設(shè)計與計算。材料、設(shè)備明細(xì)表與預(yù)算。各施工單位共同編制的施工技術(shù)要求和施工組織設(shè)計。三、等溫輸送管道設(shè)計（一）基本參數(shù)某長輸管線按“從泵到泵”方式輸送柴油，輸量為50萬噸/Φ159×6e=0.1mm,64×105Pa,to=12℃,最to=3℃,350天計算.型離心泵,允0-40m油柱,20m油柱計算,20m油柱。表3-165Y-50×12型離心泵輸水時參數(shù)Q(m3/h)H(m)η(%)N(kW)156724363.8256005278.5305525385.5表3-2油品的物性參數(shù)ρ ρ (kg/m3)20υ (m2/s)υ (m2/s)柴油汽油822746123.36×10-60.82×10-636.58×10-6表3-3管線長度及高程距離(km)050100125150162183235255268高程(m)30012047011551330130079091061060（二）計算（設(shè)計）內(nèi)容及步驟按平均地溫試做以下計算：1、按米勒和伯拉休斯公式計算輸送柴油的水力摩阻系數(shù)，并比較計算結(jié)果的相對差值。2、若改輸汽油，按列賓綜公式和依薩也夫公式計算水力摩阻系數(shù)，并比較計算結(jié)果的相對差值。3、輸送柴油的工藝計算。用最小二乘法求泵特性方程，比較計算與實測值的相對誤差。確定泵站泵機組的運行方式及臺數(shù)。按列賓宗公式計算水力坡降，求所需泵站并化整。用解析法求工作點。在管線縱斷面圖上布置泵站。根據(jù)站址計算全線各站進(jìn)、出站壓力，檢查全線動靜水壓力。計算冬季地溫3年平均地溫時的進(jìn)、出站壓力比較。按平均地溫12℃進(jìn)行以下計算：1、按米勒和伯拉休斯公式計算輸送柴油的水力摩阻系數(shù)，并比較計算結(jié)果的相對差值；設(shè)在12℃下，柴油的密度為12

，有： 柴 20（3-1）=1.8250.001315822=0.7441kg/(m3.℃)（3-2）

12

(t20)柴=8220.7441(1220)=827.9528kg/m3設(shè)柴油的體積流量為Q，有：Q=G/（3-3）

12=50×107/827.9528=0.02m3/s12℃下柴油運動粘度為

=3.3610-6m2/s，管內(nèi)徑12d=15926=147mm，根據(jù)以上公式可計算雷諾數(shù)Re：Re= （3-4）d12= 40.021471033.36106=51556根據(jù)管壁粗糙度e=0.1mm知，水力光滑區(qū)的上限雷諾數(shù)為：eR =59.7e1 87= 59.78

（3-5）20.17 147=1126501由于3000<Re<Re,所以油流處于水力光滑區(qū)。1利用米勒公式計算輸送柴油的水力摩阻系數(shù)λ，有：1/ 1.8lgRe1.53解得：

λ=0.0207λλ=0.3164Re-0.25=0.316451556-0.25=0.0210所求得的兩個值的相對差值為：（0.0210-0.0207）/0.0210×100%=1.43%結(jié)果表明米勒公式和伯拉休斯公式計算的水力摩阻系數(shù)很接近。當(dāng)層流邊Re國現(xiàn)有加熱輸送含蠟原油的長輸管道的流態(tài)大多為水力光滑區(qū)，一般在Re<500002、若改輸汽油，按列賓宗公式和伊薩也夫公式計算水力摩阻系數(shù)。12℃下，汽油的密度為

，有：12汽=1.825-0.001315746=0.8440kg/(m3.℃) 12 20

(t20)汽=746-0.8440(12-20)=752.7520kg/m3汽油的體積流量為Q'，有：Q'=G/'12=50×107/（752.752035024）=0.0220m3/s在12℃下，汽油的運動粘度為=0.8210-6m2/s，管內(nèi)徑d=147mm，根據(jù)12雷諾公式可求得雷諾數(shù)Re'如下：Re'=

4Q

4

=23249912

1471030.82106由公式（3-5）知Re'>Re1，油流不在水力光滑區(qū)，所以混合摩擦區(qū)的上限雷諾數(shù)：665765lg

66576520.1lg lg Re2

= = =2100410 20.1 147 Re1<Re'<Re2,所以管中油流處于混合摩擦區(qū)。λA=0.0935，m=0.123λ= =

0.0935

=0.0205Rem 2324990.123其中A為混合摩擦區(qū)系數(shù)。按伊薩也夫公式計算輸送汽油的水力摩阻系數(shù)λ，有：1 6.8 1.11

20.11.11=-1.8lg

7.4

=-1.8lg232499

7.4147

=7.195解得：

λ=0.0193

λλ0.00126%。3、輸送柴油的工藝計算。用最小二乘法求泵特性方程，比較計算與實測值的相對誤差。m=0.25yi=Hi，xi=-q2m,H1672m,H2600m,H3552m,Q1=15m3/s,Q2=25m3/s,Q

30m3/s根i據(jù)公式：

y bx

x

3nxy i i

i i i in xi得：a =723.031，b=0.4433

-nx2iVB最小二乘法擬合泵特性方程,OptionBase1PrivateSubForm_Click()Dimi%,a!,b!DimQAsVariant,HAsVariant,x(3)AsSingle,y(3)AsSingle,mAsSingleReDimt(2,2)AsDoubleQ=Array(15,25,30)H=Array(672,600,552)Fori=1To3x(i)=-Q(i)^y(i)=H(i)t(1,1)=t(1,1)+x(i)t(1,2)=t(1,2)+y(i)t(2,1)=t(2,1)+x(i)*y(i)t(2,2)=t(2,2)+x(i)^2Print"Q(";i;")";"=";Q(i),,"H(";i;")";"=";H(i)Nextib=(t(1,1)*t(1,2)-3*t(2,1))/((t(1,1)^2)-3*t(2,2))a=(t(1,2)-b*t(1,1))/3Print"泵的特性方程："Print"H=";a;"-";b;"Q^(2-m)"EndSub計算與實測值的相對誤差，計算得相對誤差見表3-4。表3-4相對誤差H計算值H實測值相對誤差672.34446720.000513599.11436000.001476552.54165520.0009813-42‰，好，符合誤差要求。確定泵站泵機組的運行方式及臺數(shù)。G 50104103長輸管線的輸量Q= =71.8928m3/h3502412

35024

=64105Pa=650m水柱max65-501215m3/h~303/552m~672m即（54.1~65.9）105Pa。由以上參數(shù)對比可知，泵站機組的運行方式為三臺泵并聯(lián)，泵站特性方程為：Q2mH=a-b =723.031-0.065Q1.75Ni N pNpNp————按列兵綜公式計算水力坡降，求所需泵站數(shù)并化整。i

Q2

其中β= 8d5m 4m2mg由于油流處于水力光滑區(qū)，則A=0.3164，m=0.25，Q=0.0200m3/s，=3.3610-6m2/s，d=147mm，代入公式得：β= 80.3164 =0.02464s2/m40.25

3.142

9.81東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告PAGEPAGE12PAGEPAGE13 i'=0.02460.020020.253.3610614710350.25

=0.01012把管線沿線的局部摩阻（按1％計算）考慮進(jìn)去后，管道水力坡降為：i=1.01i'=(100%+1%)0.0101=0.01022管路全線消耗的壓力能為：H=iL+ΔZ=0.0102268103+(60-300)=2498.96（m油柱）在管道縱斷面上繪制如圖3-1所示的水力坡降線H=(2493.6+300)-0.01022103L3-13-1可以看出，線路上存在翻越點。再平移水力坡降線，到翻越點在235km處，所以管路全線實際消耗的壓力能為：f f f H=iL+Z-Z=0.0102235103+910-300=3011.7（mf f f 管線輸量為Q=71.8928m3/h，代入泵站的特性方程，得：cH=723.031-0.06571.89281.75=607.7（m油柱）cΔ由題意知，首站的進(jìn)站壓力HΔs1

=20m

=20m油csz=20m油柱，則所需泵站數(shù)計算為：cszn=f sz=300720

=5.12?5個 hc c

607.720用解析法求工作點。已知m=0.25，n=5，,A=723.031m,B=0.065m3m-5/hm-2，hc=20m油柱，式計算得：

m油柱，而f由下考慮管道沿線的局部摩阻(按1%計算)并進(jìn)行單位換算得：把以上參數(shù)代入公式計算工作點流量Q：=2966.84mi=0.01把工作點流量帶入泵站方程得各泵站揚程Hc:3-2所示。東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告PAGEPAGE24PAGEPAGE15圖3-2 泵站布置圖2-12。站址距離，站址距離，km進(jìn)站壓力，m油柱065100115.51392034.3728.7438.4134.48出站壓力，m油柱609.37623.74618.48627.78623.85成品油管道的最低動水壓力一般應(yīng)高于0.2MPa，即：由上表可知各段均符合要求。管道縱斷面的最大地形高程差為，則其產(chǎn)生的靜水壓力為,大于管線的最高工作壓力，設(shè)置自控閥以減少靜水壓力等手段來防止安全事故發(fā)生。3℃平均地溫時的進(jìn)、出站壓力比較。3℃時柴油運動粘度為=6.5810-6m2/sRe為：Re=υd

4Q

40.02

=26340v πdv 3.141471036.58106

，所以油流處于水力光滑區(qū)。e1-Z=910-300=610m，L

=235103m，f Q j f=723.031，=0.065（m3m-/hm-2），c=20m油柱，s1=20mf由下式計算得：f'= β υm

=0.0246

6.580

0.25

=11.2392(m3/s)-1.75d5-m 14710

50.25考慮管道沿線的局部摩阻（按1%計算）并進(jìn)行單位換算得：f=1.01 11.24360020.25

=6.784610-6(m3/s)-1.75把以上參數(shù)代入公式計算工作點流量Q：1 5723.0312061052020.25=

=65.8698m3/h50.0656.79106235103把工作點流量代入泵站特性方程，得各泵站揚程Hc：cH=A-B Q2-m=723.031-0.06565.871.75=624.04（m油柱）c首站進(jìn)、出站壓力為：ΔHs1=20（m油柱）ΔHd1=ΔHs1+Hc-hc=20+624.04-20=624.04（m油柱）第二個泵站的進(jìn)、出站壓力為：ΔHs2=ΔHd1-fQ2-mL1-ΔZ1=624.04-6.7910-665.872-0.2565103-（225-300）=26.86（m油柱）ΔHd2=ΔHs2+Hc-hc=26.86+624.04-20=630.9（m油柱）第三個泵站進(jìn)、出站壓為：第四個泵站進(jìn)、出站壓為：第五個泵站進(jìn)、出站壓為：f L/nL/f 計算各站平均站間距E:==47km起點至各站的平均站間距分別為E、E、E、E，則：1 2 3 41 2 E= =65km，E= =50km，E1 2

=38.5km，E=4=34.75km41 2 3 L、L、L、L1 2 3 1 2 3 4c+1站入口列能量平衡方程：由全線能量平衡方程得：東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計報告PAGEPAGE17PAGEPAGE18隨著油品粘度增高分式的值增大所以一、二站進(jìn)站壓力減小后站增加。四、熱油管路設(shè)計（一）基本參數(shù)1K=2.15W/m2·t0=1??Φ325×746×105Pa7mm。2、管輸原油的物性參數(shù)如下:ρ20=860kg/m3,C=2.1kJ/kg·??,粘溫方程lnυ=3.62-0.041t(cs)(厘沱)。3、任務(wù)輸量G=300萬噸/年。4、沿線的里程、高程：距離（距離（km）高程（m）距離（km）高程（m）03.07.119.830.939.50.661.271.380.66117120117122121123123130138136002050452494.104118.120.126.134138.151.164.55552751471761591591521531611391325000522005、可供選擇的加熱爐、泵的性能加熱爐1745232634894652kW80%ηR=0.78BH=4.2×104kJ/kg。Dy155-67×(5-9)型多級離心泵泵進(jìn)口壓力范圍0-40m油柱；電動機效率ηe=0.93;表4-2Dy155-67×（5-9）型多級離心泵性能流量揚程軸功率效率允許汽特性方程型號（m3/h）H(m)kW%蝕余量mQ(m3/s)Dy155-67×590403157633.2電機240KW155335197725.0H=445-2.7×104.Q1.752950轉(zhuǎn)/分180303212706.6Dy155-67×690476185633.2電機240KW155402238725.0H=527.5-3.19×104.Q1.752950轉(zhuǎn)/分180356250706.6Dy155-67×790549212633.2電機240KW155469276725.0H=610-3.69×104.Q1.752950轉(zhuǎn)/分180409288706.6Dy155-67×890622242633.2電機240KW155536316725.0H=692-4.18×104.Q1.752950轉(zhuǎn)/分180462324706.6Dy155-67×990695269633.2電機240KW155603355725.0H=774.5-4.67×104.Q1.752950轉(zhuǎn)/分180515361706.66、站內(nèi)壓降：對熱泵站取30m油柱，泵站或加熱站取15m油柱。（二）計算（設(shè)計）內(nèi)容及步驟根據(jù)基本參數(shù)，作以下計