煙景輸油管道初步設(shè)計(jì)-大學(xué)論文

中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE3煙景輸油管道初步設(shè)計(jì)摘要煙景管線工程全長(zhǎng)440km，年設(shè)計(jì)最大輸量為500萬(wàn)噸，最小輸量為350萬(wàn)噸。管線沿程地形較為起伏，最大高差為32m，經(jīng)校核全線無(wú)翻越點(diǎn)；在較大輸量時(shí)可熱力越站，較小輸量時(shí)可壓力越站。輸油管采用瀝青加強(qiáng)級(jí)外保護(hù)的防腐措施。全線共設(shè)熱泵站12座，管線埋地鋪設(shè)。管材采用406.4×7.9，L245的直弧電阻焊鋼管；采用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用并聯(lián)方式。加熱爐采用直接加熱的方法。管線上設(shè)有壓力保護(hù)系統(tǒng)，出站處設(shè)有泄壓裝置，防止水擊等現(xiàn)象，壓力過(guò)大造成的危害。首站流程包括收油、存儲(chǔ)、正輸、清管、站內(nèi)循環(huán)、來(lái)油計(jì)量及反輸?shù)裙δ?；中間站流程包括正輸、反輸、越站、收發(fā)清管球等功能。采用SCADA檢測(cè)系統(tǒng)，集中檢測(cè)、管理，提高操作的安全性和效率。由計(jì)算分析證明該管線的運(yùn)行可收到良好的效益并有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。關(guān)鍵詞:管型；輸量；熱泵站；工藝流程ABSTRACTThewholelengthofthepipelineis440kilometerandtheterrainisplan.Themaximumoftransportcapacityis500milliontonperyearandminimumofthroughoutis350milliontonperyear.Thechoiceofmainequipmentanddeterminationofstationsitearebasedontheconditionofeverythroughout.Afterthetechnicalevaluation,onetypeofsteelpipelinecalledL245isselect.Theoptimumdiameteris404.6millimeterandthewallthicketis7.9millimeter.Inordertoreducethelossofheat,thepipelineisburiedundertheground.Thepipelineiscoatedwith7-millimeterthickanti-corrosionasphaltlayerandimpressedcurrentcatholicprotectiontoprotectthepipefromcorrosion.Theprocessoftransportationispump-to-pumptightlineoperation.Crudeoilisheatedatfirstandthepumpineachstation.Therearethree220D-65×10pumpsareequippedasthetransportingpump.Theprocessofflowsinthestationincludes:collectingcrudeoil;forwardtransportation;reversepumpingoverstationandcirculationinthestation.Alongthemainline,oiltransportationincludedheadstation,intermediateheatingandpumpingstation,andterminalstation.Throughthebenefitanalysisandfeasibilitystudyofoperation,theprojecthasagoodeconomicbenefitandthedesignisfeasible.Keywords：pipelinecorrosion；pump-to-pumpstation；analysis-PAGE14--PAGE1-目錄前言 1第1章工藝計(jì)算說(shuō)明書(shū) 21.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 21.1.1設(shè)計(jì)依據(jù) 21.1.2設(shè)計(jì)原則 21.2設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 21.2.1設(shè)計(jì)輸量 21.2.2環(huán)境參數(shù) 31.2.3原油物性 31.2.4粘溫關(guān)系 31.2.5沿程里程、高程 31.3運(yùn)行參數(shù)的選取 41.3.1進(jìn)出站油溫選取 41.3.2其它參數(shù)選取 51.4基礎(chǔ)計(jì)算及經(jīng)濟(jì)管徑選取 51.4.1最優(yōu)管徑的選取 51.4.2粘溫方程 61.4.3總傳熱系數(shù)K 61.5熱力計(jì)算 61.5.1熱力計(jì)算說(shuō)明 71.5.2流態(tài)判斷 71.5.3加熱站數(shù)確定 81.6水力計(jì)算 91.6.1確定出站油溫 91.6.2沿程摩阻確定 91.6.3翻越點(diǎn)判斷 101.6.4泵的選型及泵站數(shù)的確定 101.7站址確定及熱力、水力校核 101.7.1站址確定 101.7.2熱力、水力校核 111.8反輸計(jì)算 131.8.1反輸量的確定 131.8.2反輸泵的選取 131.8.3反輸?shù)倪M(jìn)出站壓力校核 131.9主要設(shè)備的選擇 141.9.1輸油泵的選擇 141.9.2加熱爐的選擇 151.9.3首末站罐容的選擇 161.9.4閥門(mén)選取 161.9.5管材選?。?171.10站內(nèi)工藝流程的設(shè)計(jì) 171.10.1輸油站工藝流程： 171.10.2工藝流程簡(jiǎn)介： 17第2章工藝設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 192.1基礎(chǔ)計(jì)算 192.1.1溫度計(jì)算 192.1.2密度計(jì)算 192.1.3流量換算 192.1.4經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算 192.1.5管材選取 202.1.6粘溫方程 202.1.7流態(tài)判斷 212.1.8總傳熱系數(shù)K 222.2最小輸量下的工況計(jì)算 232.2.1熱力計(jì)算 232.2.2水力計(jì)算 242.3最大輸量下的工況計(jì)算 262.3.1熱力計(jì)算 262.3.2水力計(jì)算 272.4站址確定及熱力、水力校核 282.4.1站址確定 282.4.2熱力、水力校核 302.5反輸計(jì)算 332.5.1反輸量確定 332.5.2翻越點(diǎn)判斷 332.5.3開(kāi)泵方案 342.5.4壓力校核 342.6設(shè)備選型 352.6.1加熱爐的選擇 352.6.2輸油主泵的選擇 352.6.3給油泵選擇 352.6.4反輸泵的選擇 362.6.5儲(chǔ)油罐的選擇 362.6.6原動(dòng)機(jī)的選擇 362.6.7閥門(mén) 372.7開(kāi)爐開(kāi)泵方案 372.7.1最大輸量下： 372.7.2最小輸量下： 38結(jié)論 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41第1章工藝說(shuō)明書(shū)前言前言長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)是對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生綜合素質(zhì)和能力的一次重要培養(yǎng)與鍛煉，也是對(duì)其專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的一次綜合考驗(yàn)。此設(shè)計(jì)管材采用406.4×7.9，L245鋼管；采用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用并聯(lián)方式，加熱爐采用直接加熱的方法。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：確定經(jīng)濟(jì)管徑、站址確定、調(diào)整及工況校核、設(shè)備選型、反輸計(jì)算、站內(nèi)工藝流程設(shè)計(jì)和開(kāi)爐開(kāi)泵方案；繪制首站及中間熱泵站的工藝流程圖、首站的平面布置圖、泵房安裝圖、管道的縱斷面圖。此外還進(jìn)行了一定量的外文翻譯。在本次設(shè)計(jì)中，自己學(xué)到了許多平常課堂無(wú)法學(xué)到的東西，使自己不但系統(tǒng)地整理了以前的所學(xué)的知識(shí)，而且對(duì)管輸設(shè)計(jì)有了更深刻的理解和掌握，為以后的工作打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。由于自己水平有限，難免存在疏漏和錯(cuò)誤之處，希望老師和同學(xué)們多批評(píng)、指正。第1章工藝計(jì)算說(shuō)明書(shū)1.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)《煙景輸油管道初步設(shè)計(jì)》任務(wù)書(shū)中國(guó)石油大學(xué)儲(chǔ)運(yùn)教研室《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50253—2003《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ74《工程管道安裝手冊(cè)》中國(guó)石化出版社《輸油管道設(shè)計(jì)與管理》中國(guó)石油大學(xué)出版社1.1.2設(shè)計(jì)原則（1）設(shè)計(jì)中貫徹國(guó)家有關(guān)政策，積極采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備和新材料，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全使用、確保質(zhì)量；（2）保護(hù)環(huán)境，降低能耗，節(jié)約土地；處理好與鐵路、公路、空運(yùn)、水路間的相互關(guān)系，在滿足管線設(shè)計(jì)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；（3）積極采用先進(jìn)技術(shù)、合理吸取國(guó)內(nèi)外新的科技成果。管線線路選擇應(yīng)根據(jù)沿線的氣象、水文、地形、地質(zhì)、地震等自然條件和交通、電力、水利、工礦企業(yè)、城市建設(shè)等的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，在施工便利和運(yùn)行安全的前提下，通過(guò)綜合分析和技術(shù)比較確定；（4）采用地下埋設(shè)方式。受自然條件的限制時(shí)，局部地段可采用土堤埋設(shè)或地上敷設(shè)；（5）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。1.2設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)1.2.1設(shè)計(jì)輸量最大輸量為500萬(wàn)噸/年；生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷（各年輸量與最大輸量的比率）見(jiàn)下表1-1。表1-1生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷表年12345678910111213生產(chǎn)負(fù)荷（%）70809010010010010010010010010090801.2.2環(huán)境參數(shù)年最低月平均溫度1℃；管道中心埋深1.5m；土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.4w/(m?℃)；瀝青防腐層導(dǎo)熱系數(shù)0.15w/（m?℃）；1.2.3原油物性①20℃的密度885kg/m；②初餾點(diǎn)85℃；③反常點(diǎn)32℃；④凝固點(diǎn)28℃；⑤比熱2.1kJ/(kg?℃)；⑥燃油熱值4.18×10kJ/kg。1.2.4粘溫關(guān)系見(jiàn)表1-2表1-2油品溫度與粘度數(shù)據(jù)溫度（℃）3235404550556065粘度（cp）6053.444.136.43026.423.3211.2.5沿程里程、高程數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-3表1-3管道縱斷面數(shù)據(jù)高程（km）0256194122155183212里程（km）1850303515382622高程（km）243268303336367394415440里程（km）28304448503525181.3運(yùn)行參數(shù)的選取1.3.1進(jìn)出站油溫選?。?）出站油溫考慮到原油中不可避免的含水，故加熱溫度不宜高于100℃，以防止發(fā)生沸溢。由于本設(shè)計(jì)采取先爐后泵的方式，則加熱溫度不應(yīng)高于初餾點(diǎn)，以免影響泵的吸入。另外，管道采用瀝青防腐絕緣層，其輸油溫度不能超過(guò)瀝青的耐熱程度。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，借鑒經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步確定出站溫度=65℃。（2）進(jìn)站油溫加熱站進(jìn)站油溫的確定主要取決于經(jīng)濟(jì)比較。本設(shè)計(jì)中輸送的油品含蠟量和膠質(zhì)含量均較高，且于凝點(diǎn)較高的含蠟原油，由于在凝點(diǎn)附近粘溫曲線很陡，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝固點(diǎn)。由于含蠟原油的粘溫特性及凝點(diǎn)都會(huì)隨熱處理?xiàng)l件不同而不同，故應(yīng)在熱處理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,考慮最優(yōu)熱處理?xiàng)l件及經(jīng)濟(jì)比較來(lái)選擇進(jìn)出站溫度。綜合考慮，借鑒經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步設(shè)計(jì)進(jìn)站溫度=33℃。（3）平均溫度有上面得到進(jìn)出站油溫計(jì)算平均溫度可采用下式：(1-1)式中—平均油溫，℃；、—加熱站的出站、進(jìn)站溫度，℃。1.3.2其它參數(shù)選?。?）熱站、泵站間壓頭損失15m；（2）熱泵站內(nèi)壓頭損失30m；（3）進(jìn)站壓力范圍一般為20~80m；（4）年輸送天數(shù)為350天；（5）首站進(jìn)站壓力50m。1.4基礎(chǔ)計(jì)算及經(jīng)濟(jì)管徑選取1.4.1最優(yōu)管徑的選取在規(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(shè)費(fèi)用，降低了輸油的動(dòng)力消耗，但同時(shí)也增加了管路的建設(shè)費(fèi)用。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)加熱輸油管道的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，熱油管道的經(jīng)濟(jì)流速在1.0～2.0m/s范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，查API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格確定標(biāo)準(zhǔn)管徑及壁厚，最終選定為外管徑φ406.4，壁厚7.9mm。（1）密度計(jì)算（1-2）式中—溫度為℃及℃時(shí)的油品密度，kg/m；—原油在20℃時(shí)的密度，ρ20=885㎏/m3—溫度糾正系數(shù)，kg/(·℃)，。（2）初選經(jīng)濟(jì)管徑(1-3)（3）反算經(jīng)濟(jì)管徑（1-4）式中—流速，m/s—管道內(nèi)直徑，m1.4.2粘溫方程根據(jù)粘度和溫度的原始參數(shù)，用最小二乘法回歸得到：㏒=2.21136-0.0141136T（1-5）1.4.3總傳熱系數(shù)K管道傳熱由：（1）油流至管內(nèi)壁的熱傳導(dǎo)；（2）管壁、瀝青防腐層的熱傳導(dǎo)；（3）管外壁周?chē)寥赖膫鳠帷?+∑㏑+（1-6）=（1-7）當(dāng)（）〉2時(shí)：=（1-8）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/（m?℃）；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/（m2?℃）；α2—管壁至土壤放熱系數(shù)，w/（m2?℃）；λt—土壤導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m?℃）；ht—管中心埋深，1.5m。1.5熱力計(jì)算對(duì)于高含蠟及易凝易粘油品的管道輸送，如果直接在環(huán)境溫度下輸送，則油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻損失大，導(dǎo)致了管道壓降大，動(dòng)力費(fèi)用高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，且在冬季極易凝管，發(fā)生事故，所以為了安全輸送，在油品進(jìn)入管道前必須采取降凝降粘措施。目前國(guó)內(nèi)外很多采用加入降凝劑或給油品加熱的辦法，使油品溫度升高，粘度降低，從而達(dá)到降凝目的。本設(shè)計(jì)采用加熱的辦法，提高油品溫度以降低其粘度，減少摩阻損失，降低管輸壓力，使輸油總能耗小雨不加熱輸送，并使管內(nèi)最低油溫維持在凝點(diǎn)以上，保證安全輸送。熱油管道不同于等溫輸送的特點(diǎn)在于在輸送過(guò)程中存在摩阻損失和散熱損失兩種能量損失，因此我們必須從兩方面給油流供應(yīng)能量，由加熱站供應(yīng)熱能，由泵站供應(yīng)壓力能。此外這兩種損失相互影響，摩阻損失的大小決定于油品的粘度，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低，通常管子的散熱損失往往占能量損失的主導(dǎo)地位。當(dāng)熱油沿管路流動(dòng)時(shí)，溫度不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也不斷變化。計(jì)算熱油管道的摩阻時(shí)，必須考慮管路沿線的溫降情況及油品的粘溫特性。因此設(shè)計(jì)管路時(shí)，必須先進(jìn)行熱力計(jì)算，然后進(jìn)行水力計(jì)算。此外，熱油管的摩阻損失應(yīng)按一個(gè)加熱站間距來(lái)計(jì)算，全線摩阻為各站間摩阻之和。1.5.1熱力計(jì)算說(shuō)明埋地不保溫管線的散熱傳遞過(guò)程是由三部分組成的，即油流至管壁的放熱，瀝青絕緣層的熱傳導(dǎo)和管外壁至周?chē)寥赖膫鳠?，由于本設(shè)計(jì)中所輸介質(zhì)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記。而總傳熱系數(shù)主要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)值的影響可忽略。由于本設(shè)計(jì)中所輸介質(zhì)為高粘原油，故而在熱力計(jì)算中考慮了摩擦生熱對(duì)溫升的影響。計(jì)算中周?chē)橘|(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℃，出站溫度取為℃。然后由蘇霍夫公式計(jì)算站間距，從而進(jìn)一步求得加熱站數(shù)。1.5.2流態(tài)判斷Re=（1-9）臨界雷諾數(shù)Re1=（1-10）ε=e=0.1(1-11)式中d—內(nèi)徑，m；e—管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度，m。經(jīng)計(jì)算3000﹤Remin﹤Remax﹤Re1，所以各流量下流態(tài)均處于水力光滑區(qū)。1.5.3加熱站數(shù)確定由最小輸量進(jìn)行熱力計(jì)算確定加熱站數(shù)。加熱站間距LR的確定：LR=㏑加熱站數(shù)NR=（1-12）i=β（1-13）式中=b=（1-14）T0—管道埋深處年最低月平均地溫，取1℃；G—原油的質(zhì)量流量，㎏/s；C—油品比熱kJ/(kg?℃)，取2.1kJ/(kg?℃)；i—水力坡降；β,m—由流態(tài)確定，因?yàn)樘幱谒饣瑓^(qū)，m=0.25,β=0.0246；Q—體積流量，m3/s。由式（1-13）（1-14）℃則得站間距km加熱站數(shù)化整取，即初定八個(gè)加熱站。所以加熱站間距＝＝55km1.6水力計(jì)算當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時(shí)，摩阻僅與粘度的0.25次方成正比，可按平均溫度下的油流粘度，用等溫輸送的方法計(jì)算加熱站間摩阻；先根據(jù)流量和管徑判斷流態(tài)。在大于35℃時(shí)一直處于紊流水力光滑區(qū)，由平均溫度求出平均粘度，再由列賓宗公式計(jì)算站間摩阻；最大輸量下求泵站數(shù)，首先反算出站油溫，經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定出站油溫為62.87℃。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。1.6.1確定出站油溫不能忽略摩擦熱的影響，用迭代法計(jì)算最大輸量下的出站油溫TR：TR=T0+b+(TZ-T0-b)eal（1-15）i=β（1-16）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。1.6.2沿程摩阻確定H=1.01iL+△Z（1-17）式中△Z—起終點(diǎn)高差，m，。1.6.3翻越點(diǎn)判斷根據(jù)管道縱斷面圖找到可能存在翻越點(diǎn)的點(diǎn)。由公式：比較H與的大小，若則全程不存在翻越點(diǎn)；反之則存在。1.6.4泵的選型及泵站數(shù)的確定因?yàn)榱髁枯^小，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)控制優(yōu)化運(yùn)行，所以選用并聯(lián)方式泵。選型并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的已知條件：選200D-6510泵。泵的特性方程：H=795-0.006415Q1.75（1-18）額定流量280m/h，。計(jì)算管道全線摩阻確定站內(nèi)泵的個(gè)數(shù)：H=1.01iL+△Z式中△Z—起終點(diǎn)高差，m。確定泵站數(shù)Np=（1-19）經(jīng)計(jì)算，需要設(shè)7個(gè)泵站1.7站址確定及熱力、水力校核1.7.1站址確定根據(jù)地形的實(shí)際情況，本著熱泵站合一的原則，進(jìn)行站址的調(diào)整。確定站址，除根據(jù)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)境保護(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33℃；（2）根據(jù)進(jìn)站油溫反算出的出站油溫應(yīng)低于管道允許的最高出站油溫；（3）進(jìn)站壓力應(yīng)滿足泵的吸入性能；（4）出站壓力不超過(guò)管線承壓能力。所以確定設(shè)8個(gè)熱泵站且平均布置無(wú)須進(jìn)行調(diào)整站址如下表1-4：表1-4布站情況表站號(hào)站類(lèi)型里程（km）高程(m)1熱泵站0182熱泵站55333熱泵站110234熱泵站165335熱泵站220246熱泵站275327熱泵站330468熱泵站385401.7.2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。各站進(jìn)站壓力均滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過(guò)最大承壓，出站溫度低于最高出站溫度，校核合格。（1）進(jìn)出站溫度校核為了滿足工藝和熱力要求，對(duì)以其輸量校核時(shí)，應(yīng)固定進(jìn)站油溫為℃，根據(jù)初算時(shí)的值和值反算得出站溫度，此時(shí)的值和值都是估算值，需進(jìn)一步校準(zhǔn)，由于對(duì)值影響較大的是油品粘度，因而根據(jù)之前所得數(shù)據(jù)計(jì)算出平均溫度下的油品粘度，進(jìn)而得到水力坡降，并由水力坡降計(jì)算出值和值，再取進(jìn)站溫度為34℃，根據(jù)所得的和重復(fù)以上步驟，得到準(zhǔn)確的出站溫度，校核其是否低于最高出站溫度60℃。經(jīng)過(guò)以上校核，又因是平均布站，故各站進(jìn)出站壓力一樣。(2)動(dòng)水壓力校核動(dòng)水壓力是指油流沿管道流動(dòng)過(guò)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)，經(jīng)計(jì)算各站進(jìn)站壓力均滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過(guò)最大承壓，校核合格。表1-5最大輸量下各站進(jìn)出站壓力——首站2#3#4#5#6#7#8#末站m5025.19525.3976.5575.7557.94534.1430.33542.53m617.72592.915664.05644.275643.47625.665601.86598.055——表1-6最小輸量下各站進(jìn)出站壓力——首站2#3#4#5#6#7#8#末站m50——75.78——35.41——43.84——32.47m681.35——636.98——666.41——605.4————(3)靜水壓力校核靜水壓力是指油流停止流動(dòng)后，由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力，由縱斷面圖可知?jiǎng)铀畨毫σ矟M足輸送要求。(4)壓力越站校核為了節(jié)約動(dòng)力費(fèi)用，可以進(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，對(duì)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(jì)算目的是計(jì)算出壓力越站時(shí)需要的最小輸量，并根據(jù)此輸量計(jì)算越站時(shí)所需壓力，并校核其是否超壓。(5)熱力越站校核當(dāng)輸油主泵不可避免地遇到斷電、事故或檢修時(shí)，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小，可以進(jìn)行的熱力越站。1.8反輸計(jì)算在下列情況下需要進(jìn)行反輸計(jì)算：（1）輸量低于最小設(shè)計(jì)輸量時(shí)，需正反輸以滿足輸送要求；（2）管線投產(chǎn)時(shí)，需設(shè)正反輸以預(yù)熱管線；（3）管線停輸時(shí)，需反輸防止凝管。1.8.1反輸量的確定為了防止浪費(fèi)，反輸量應(yīng)該越小越好，但相應(yīng)地增加了加熱爐的熱負(fù)荷，在設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際情況的最小輸量為反輸輸量。(1-20)由式(1-20)知：>70%==115.74kg/s所以：G=115.74kg/sQ=0.13313m=479.28/h1.8.2反輸泵的選取反輸泵可充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，經(jīng)校核滿足熱力、水力及壓力越站要求；末站反輸泵不宜過(guò)大，經(jīng)計(jì)算知可選用并聯(lián)泵,泵參數(shù)的選取見(jiàn)后計(jì)算書(shū)。1.8.3反輸?shù)倪M(jìn)出站壓力校核如下表1-7：表1-7反輸量時(shí)各站進(jìn)出站壓力——末站8765432首站m50——76.09——70.7——53.3——40m704.66——658.3——653——636————經(jīng)計(jì)算各站進(jìn)站壓力均滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過(guò)最大承壓，校核合格。1.9主要設(shè)備的選擇1.9.1輸油泵的選擇首站而言，輸油管道用泵根據(jù)用途可分為給油泵和輸油主泵，而中間站一般不設(shè)給油泵，一般情況下，給油泵選用大流量，低揚(yáng)程，泵吸入口揚(yáng)程要求低的平行泵，其揚(yáng)程一般為幾十米，并采用并聯(lián)運(yùn)作，用以輸油主泵的正常吸入，由于本次設(shè)計(jì)的輸量較大，給油泵除要提供輸油主泵所需的吸入壓力外，還需要提供克服站內(nèi)摩阻所需要的壓頭，因而應(yīng)綜合考慮后選泵?？晒┻x擇的輸油泵類(lèi)型有離心泵和往復(fù)泵；原動(dòng)機(jī)主要有電動(dòng)機(jī)，其次是柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)。選泵原則：1）滿足工藝要求，排量、壓力、功率及所能輸?shù)囊后w要與輸油任務(wù)相適應(yīng)。一般情況下，每座泵站可選用3~4臺(tái)泵，其中一臺(tái)備用；2）便于維修和管理，盡量選取同系列泵；3）滿足防爆、防腐或露天安裝使用地要求；4）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)；5）效率高、價(jià)格低，能充分利用現(xiàn)有資源。=1\*GB3①給油泵選泵原則：大排量、低揚(yáng)程、高效率；另設(shè)泵房，也可作倒罐，站內(nèi)循環(huán)，輔助增壓之用。故所選輸油主泵為：SJA6×8P×18=2\*GB3②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：200D-65×10H=795-0.006415Q額定流量280m/h，選泵方案見(jiàn)后計(jì)算書(shū)。=3\*GB3③反輸泵：管道在以下兩種情況下需要反輸：1）輸量不足，需要正反輸交替來(lái)活動(dòng)管道以防止凝管；2）出現(xiàn)事故工況時(shí)進(jìn)行反輸，如末站著火。主要考慮資源利用問(wèn)題所以選用輸油主泵充當(dāng)。經(jīng)計(jì)算滿足要求。1.9.2加熱爐的選擇為管輸介質(zhì)提供熱量提高油溫的設(shè)備有兩種：加熱爐和換熱器，按照其加熱方式可以分為直接加熱和間接加熱式，而間接加熱式使用于自動(dòng)化程度較高的熱站，在本設(shè)計(jì)中考慮實(shí)際情況后，選擇直接加熱方式，即選用圓筒形加熱爐。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；3）每個(gè)加熱站不得小于2臺(tái)加熱爐，加熱爐型號(hào)差異不宜過(guò)多。加熱站的熱負(fù)荷由下面的公式計(jì)算：Q=Gc(TR-TZ)（1-21）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。1.9.3首末站罐容的選擇首、末站的油罐分別用來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)油、收油（轉(zhuǎn)運(yùn)）單位與管道的輸量不平衡，罐容較大。由實(shí)際輸量的要求，首、末站各設(shè)20000m的油罐3座。容積由下式確定：V=K(1-20)式中V—輸油首站、輸入站、分輸站、末站原油儲(chǔ)罐總?cè)萘浚╩）；G—輸油首站、輸入站、分輸站、末站原油年總運(yùn)轉(zhuǎn)量（m）；k—原油儲(chǔ)備天數(shù)，（d）,首站3d，末站4d；—儲(chǔ)油溫度下的原油密度（t/m）；—油罐裝量系數(shù)，宜取0.9。又根據(jù)規(guī)范要求，輸油站原油儲(chǔ)罐應(yīng)采用金屬罐，并且如果單罐容積大于或等于5000立方米，宜于選用浮頂罐，反之用拱頂罐。所以，首末站均選用3個(gè)20000立方米的浮頂罐。1.9.4閥門(mén)選取根據(jù)規(guī)范及各種閥門(mén)的用途，站內(nèi)選用的閥門(mén)類(lèi)型如下：油罐上的閥門(mén)用手動(dòng)閘閥；泵入口用手動(dòng)閘閥；串聯(lián)泵出口用閘閥；出站處設(shè)調(diào)節(jié)閥閥組；為防止泵出口管線超壓，泵出口管線上設(shè)高壓泄壓閥；熱泵站設(shè)低壓泄壓閥；清管器收發(fā)球筒與站間管線連接用球閥。閥門(mén)選用規(guī)格：閥門(mén)的公稱(chēng)直徑應(yīng)與管線的公稱(chēng)直徑相同；閥門(mén)的公稱(chēng)壓力應(yīng)大于閥門(mén)安裝處的壓力。1.9.5管材選?。狠斢凸艿浪捎玫匿摴懿馁|(zhì)應(yīng)根據(jù)使用壓力、溫度、原油物性等因素確定，經(jīng)技術(shù)比較后確定，應(yīng)具有良好的韌性和可焊性。本設(shè)計(jì)采用L245鋼。1.10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)的流動(dòng)過(guò)程，實(shí)際上是由站內(nèi)管道、器件、閥門(mén)所組成的，并與其他輸油設(shè)備（包括泵機(jī)組、加熱爐和油灌）相連的輸油系統(tǒng)。該系統(tǒng)決定了油品在站內(nèi)可能流動(dòng)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)劃工藝流程的原則：（1）滿足輸送工藝及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)；（2）便于事故處理和維修；（3）采用先進(jìn)工藝及設(shè)備，提高輸油水平；（4）在滿足上述條件下，流程盡量簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮設(shè)備性能，節(jié)約投資，減少經(jīng)營(yíng)費(fèi)用。1.10.1輸油站工藝流程：（1）首站接受來(lái)油、計(jì)量、站內(nèi)循環(huán)或倒罐，正輸、向來(lái)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(lái)油，正輸、反輸，收發(fā)清管器，站內(nèi)循環(huán)，外輸，倒罐等操作。1.10.2工藝流程簡(jiǎn)介：（1）來(lái)油計(jì)量來(lái)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(lái)油—閥組—給油泵—加熱爐—主輸泵—下站（4）反輸下站來(lái)油—閥組—給油泵—加熱爐—主輸泵—上站（5）壓力越站來(lái)油—閥組—加熱爐—下站（6）熱力越站來(lái)油—閥組—泵—閥組—下站（7）全越站來(lái)油—閥組—下站（8）收發(fā)清管球收球來(lái)油—收球筒—閥組—爐—閥組—下站發(fā)球來(lái)油—閥組—爐—泵—閥組—發(fā)球筒—下站各工藝流程的具體設(shè)計(jì)見(jiàn)各工藝流程圖。第2章工藝計(jì)算書(shū)第2章工藝計(jì)算書(shū)第2章工藝設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)2.1基礎(chǔ)計(jì)算2.1.1溫度計(jì)算根據(jù)凝點(diǎn)和輸送要求，及管線的實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)等因素，設(shè)定進(jìn)出站油溫分別如下：TZ=33℃TR=65℃由式（1-1）=45℃2.1.2密度計(jì)算根據(jù)20℃時(shí)的油品密度式換算成溫度下的密度由式（1-2）kg/(m·℃)=-（1.825-0.001315）(T-20)885-（1.825-0.001315×885）（43.67-20）=869.35kg/m2.1.3流量換算體積流量（2-1）由式（2-1）=165.34㎏/s=70%=115.74㎏/sQmax=G/=165.34/869.35=0.19019m/s=684.68m/hQmin=G/=115.74/869.35=0.13313m/s=479.28m/h2.1.4經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算（1）初算經(jīng)濟(jì)管徑含蠟原油經(jīng)濟(jì)流速在1.0m/s~2.0m/s之間.在Qmax下：v=1.0m/s時(shí)，d==0.4922mv=2.0m/s時(shí)，d==0.3481m在Qmin下：v=1.0m/s時(shí)，d==0.4118mv=2.0m/s時(shí)，d==0.2912m綜上所述，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格初步選定管子，其規(guī)格為：內(nèi)徑mm；壁厚7.9mm；外徑mm。（2）反算經(jīng)濟(jì)流速由式（3—1）可得,都在1.0-2.0m/s范圍內(nèi)，故確定經(jīng)濟(jì)管徑為mm2.1.5管材選取計(jì)算最大承壓：由δ=（2-2）式中：K計(jì)算系數(shù)，K＝0.72；φ焊縫系數(shù)，φ＝1.0。得P===6.86MPa2.1.6粘溫方程表2-1粘溫關(guān)系式計(jì)算表溫度（℃）3235404550556065粘度（cp）6053.444.136.43026.423.32110241225160020252500302536004225lgu1.77821.72751.64441.56111.47711.42161.36741.3222運(yùn)用最小二乘法得：由上表知：根據(jù)公式lgu=A+BT所以lgu=2.21136-0.0141136T(2-3)2.1.7流態(tài)判斷由粘溫公式(2-3)知：T=43.67℃時(shí)，則油品的動(dòng)力粘度u=39.36cp又因油品的運(yùn)動(dòng)粘度根據(jù)相對(duì)粗糙度式中—絕對(duì)粗糙度，mm。根據(jù)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦值：e=0.10mm 3000＜Re＜Re＜Re在最大最小輸量下管道內(nèi)油品的流態(tài)均處于水力光滑區(qū)。2.1.8總傳熱系數(shù)K(1)管外壁至大氣放熱系數(shù)確定：α=（1-7）紊流時(shí)管內(nèi)放熱系數(shù)α對(duì)K影響很小，可忽略；土壤導(dǎo)熱系數(shù)：=1.4w/（m?℃）；管中心埋深：h=1.5m；瀝青防腐層一般6mm~9mm,由于此管材的導(dǎo)熱系數(shù)小，加以管壁較厚，熱阻相當(dāng)大,所以取，其導(dǎo)熱系數(shù)為W/(m·℃)。由于大管徑，高輸量下的油流到管壁的溫降較小，故可以忽略及鋼壁導(dǎo)熱的影響，而只考慮瀝青防腐層及管外壁至土壤的放熱的影響。與土壤接觸的管外徑：m；可按下式確定：式中—土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，由于本設(shè)計(jì)中土壤為含水15%的亞粘土；W/(m·℃)。則W/（m·℃）（2）總傳熱系數(shù)K確定由于大直徑，高輸量下的油流溫降較小，故在本設(shè)計(jì)中采用不保溫輸送。對(duì)于無(wú)保溫層的大直徑管道，忽略其內(nèi)外徑差值，則其總傳熱系數(shù)為：（2-4）式中：—油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/(m·℃)；—第層的厚度，m；—第層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；—管外壁至土壤的放熱系數(shù)，W/(m·℃)。因?yàn)楦鞣N流量下的流態(tài)均處于水力光滑區(qū)，油流對(duì)管壁的傳熱可以忽略則1=0；鋼管壁導(dǎo)熱熱阻很小，也可忽略。式（2—2）可化簡(jiǎn)為(2-5)W/（m·℃）2.2最小輸量下的工況計(jì)算2.2.1熱力計(jì)算（1）考慮油流摩擦而引起的溫升b當(dāng)油流在管道中流動(dòng)時(shí)，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(yán)重。由于摩擦生熱從而會(huì)使油溫有所上升，即會(huì)引起溫升。溫升（1-14）其中水力坡降（1-13）水力光滑區(qū)根據(jù)式（1-13）(1-14)得℃（2）翻越點(diǎn)判斷根據(jù)管道縱斷面圖知：（367km,50m）可能存在翻越點(diǎn)最小輸量下不存在翻越點(diǎn)。（3）加熱站數(shù)確定由蘇霍夫溫降公式（1-12）則得站間距km加熱站數(shù)化整取，即初定八個(gè)加熱站。2.2.2水力計(jì)算（1）時(shí)按平均布站反算出站溫度km設(shè)℃℃℃則℃cpkg/mm/s℃km取整km℃取℃同理℃(2)泵站數(shù)確定由以上判斷在最小輸量下可選擇200D-6510泵，兩臺(tái)并聯(lián)，一臺(tái)備用。其特性方程是：全線摩阻：m最小輸量下的泵站數(shù)取整N=4故在最小輸量下應(yīng)設(shè)四個(gè)泵站。2.3最大輸量下的工況計(jì)算2.3.1熱力計(jì)算（1）確定i，a，b值：由公式（1-13）、（1-14）同理得：℃（2）翻越點(diǎn)判斷：根據(jù)管道縱斷面圖知：（367km,50m）可能存在翻越點(diǎn)在最大輸量下也不存在翻越點(diǎn)。（3）加熱站數(shù)確定由蘇霍夫溫降公式則得站間距km加熱站數(shù)整取，即初定五個(gè)加熱站。2.3.2水力計(jì)算（1）時(shí)按平均布站反算出站溫度km已知：℃a=8.528℃℃則℃cpkg/m℃km取整km℃故取℃同理℃(2)泵站數(shù)確定由以上判斷在最大輸量下可選擇200D-6510泵，三臺(tái)并聯(lián)，一臺(tái)備用。其特性方程是：全線摩阻：最小輸量下的泵站數(shù)m取整N=7在最大輸量下應(yīng)設(shè)七個(gè)泵站。綜上所述：表2-2布站方式——熱站數(shù)泵站數(shù)最小輸量84最大輸量572.4站址確定及熱力、水力校核2.4.1站址確定根據(jù)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：最大輸量下設(shè)八個(gè)熱泵站，最小輸量下四個(gè)熱泵站四個(gè)熱站。根據(jù)水利坡降系數(shù)畫(huà)出管道縱斷面圖，由管道縱斷面圖進(jìn)行布站，可將八個(gè)熱泵站平均布站，無(wú)需進(jìn)行調(diào)整，站址為：（0km,18m）；（55km,33m）；（110km,23m）；（165km,33m）；（220km,24m）；（275km,32m）；（330km,46m）；（385km,40m）。（1）最大輸量下：取℃KM令b=0℃同理得：℃cpkg/mm/s℃同理得：℃cpkg/mm/s（2）最小輸量下：取℃km令b=0則℃同理得：℃cpkg/mm/s℃同理得：℃P·skg/mm/s2.4.2熱力、水力校核（1）熱力校核已知：L=55km設(shè)：℃初取b=5.411℃℃同理得：℃i=0.009955℃km 滿足熱力要求，b值與假設(shè)相近，計(jì)算符合要求。同理在最小輸量下計(jì)算得：滿足熱力要求，b值與假設(shè)相近，計(jì)算符合要（2）水力校核管道承壓：=1\*GB3①最大輸量下八個(gè)熱泵站全開(kāi)，只能對(duì)泵站進(jìn)行拆級(jí)使用。設(shè)首站進(jìn)站壓力首~2#八級(jí)泵2#~3#八級(jí)泵3#~4#九級(jí)泵4#~5#八級(jí)泵5#~6#八級(jí)泵6#~7#八級(jí)泵7#~8#八級(jí)泵8#~末站八級(jí)泵出站壓力經(jīng)校核滿足要求。=2\*GB3②最小輸量下開(kāi)四個(gè)熱泵站四個(gè)熱站首~3#九級(jí)泵3#~5#八級(jí)泵5#~7#九級(jí)泵7#~末站八級(jí)泵出站壓力經(jīng)校核滿足要求。2.5反輸計(jì)算2.5.1反輸量確定在建設(shè)初期投產(chǎn)運(yùn)行之前要進(jìn)行反輸計(jì)算，以最小輸量計(jì)算。其中：取℃；T=33℃。由得：kg/s>70%==115.74kg/s所以反輸量G==115.74kg/s2.5.2翻越點(diǎn)判斷℃kg/m〉70%G所以：G=115.74kg/sQmin=G/=115.74/870.094=0.13302m/s=478.87m/hu=40.825P·s＝46.92×10-6m2/si=據(jù)管道縱斷面圖知：（415km,50m）可能存在翻越點(diǎn)顯然不存在翻越點(diǎn)。2.5.3開(kāi)泵方案在末站選200D-65×10H=795-0.006415Q2臺(tái)并聯(lián)，一臺(tái)備用泵的揚(yáng)程H=795-0.006415Q=795-0.006415=727.74m反輸泵站的布置和最小輸量下的一樣，設(shè)末站進(jìn)站壓力，2.5.4壓力校核末站~7#九級(jí)泵7#~5#八級(jí)泵5#~3#八級(jí)泵3#~首站八級(jí)泵出站壓力經(jīng)校核滿足要求。通過(guò)上述分析：反輸時(shí)加熱爐各熱泵站只開(kāi)兩個(gè)加熱爐，反輸泵的選取如上。2.6設(shè)備選型2.6.1加熱爐的選擇計(jì)算步驟見(jiàn)水力計(jì)算因?yàn)槭蔷鶆虿颊?，站間距均為55km，所以相同流量下每站所需有效負(fù)荷是相同的。各熱泵站所需熱量：其中：—平均溫度下的比熱容，kJ/(kg·℃)kW選擇兩臺(tái)3150kw，一臺(tái)4000kw的加熱爐2.6.2輸油主泵的選擇選泵為：200D-65×10H=795-0.006415 Q額定流量280m/h因?yàn)橐笞畲筝斄繛椋篞max=G/=165.34/869.35=0.19019m3/s=684.68m3/h故總共選四臺(tái)其中一臺(tái)備用2.6.3給油泵選擇選泵為：SJA6×8P×18Q=395m/h因?yàn)橐笞畲筝斄繛椋篞max==165.34/869.35=0.19019m3/s=684.68m3/h所以選三臺(tái)并聯(lián)一臺(tái)備用。2.6.4反輸泵的選擇選泵為：200D-65×10H=795-0.006415Q泵2臺(tái)并聯(lián)，一臺(tái)備用。2.6.5儲(chǔ)油罐的選擇首站、末站、分輸站、輸入站應(yīng)選用浮頂金屬油罐。設(shè)儲(chǔ)存溫度為33℃，則33℃下的原油密度：kg/m（1）輸油首站、輸入站的油源來(lái)自油田、管道時(shí)，其儲(chǔ)備天數(shù)選為3d，則輸油首站、輸入站儲(chǔ)油罐總?cè)萘扛鶕?jù)式（1—20）可得：m則應(yīng)選2萬(wàn)m的儲(chǔ)油罐3個(gè)。（2）分輸站、末站為向用戶(hù)供油的管道專(zhuān)輸站時(shí)，油品儲(chǔ)備天數(shù)宜為4d,則分輸站、末站儲(chǔ)油罐總?cè)萘扛鶕?jù)式（2—11）可得：m則應(yīng)選3萬(wàn)m的儲(chǔ)油罐2個(gè)，2萬(wàn)m的儲(chǔ)油罐1個(gè)。2.6.6原動(dòng)機(jī)的選擇（1）對(duì)200D-65×10的泵泵功率(2-6)P==1551.257KW電機(jī)功率(2-7)N==1706.383KW選用效率高的電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。（2）對(duì)SJA6×8P×18給油泵泵功率P==64.4