加熱輸油管道的總體設(shè)計(jì)

加熱輸油管道的總體設(shè)計(jì)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，發(fā)展中國家逐漸成為能源需求增長的主體。作為連接上下游的大中型油氣管道、站場正在被迅速建設(shè),高度自動化的計(jì)算機(jī)軟件和模擬系統(tǒng)也越來越多的應(yīng)用于管道設(shè)計(jì),加速了管道設(shè)計(jì)和建設(shè)的進(jìn)度,但是作為初學(xué)者,很有必要了解設(shè)計(jì)中的一些初步計(jì)算,以防止一些輸入錯(cuò)誤而導(dǎo)致的重大設(shè)計(jì)事故。1設(shè)計(jì)參數(shù)和內(nèi)容1.1設(shè)計(jì)參數(shù)1.1.1年數(shù)量最大輸量為320萬t/a,生產(chǎn)期生產(chǎn)負(fù)荷(各年輸量與最大輸量的比率)見表1。1.1.2土壤導(dǎo)熱系數(shù)年最低月平均地溫1℃;年最高月平均地溫22℃;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)1.5W/(m·℃)。1.1.3餾點(diǎn)及凝固點(diǎn)(1)20℃的密度855kg/m3;(2)初餾點(diǎn)63℃;(3)凝固點(diǎn)23℃;(4)比熱2.1kJ/(kg·℃);(5)燃油熱值4.18×104kJ/kg。(6)粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)見表2。1.1.4里程和高度數(shù)據(jù)見表3。1.1.5該泵的特性泵的型號200D-65×10,額定流量280m3/h,η=74.1%;單泵的特性方程H=795-0.006415Q1.75。1.2熱站數(shù)和水泵數(shù)的確定(1)確定管徑、總傳熱系數(shù)、粘度等基本參數(shù)。(2)通過熱力和水力計(jì)算確定該經(jīng)濟(jì)管徑方案下的熱站數(shù)和泵站數(shù),并進(jìn)行熱泵站的合一。(3)站址確定,在縱斷面圖上布站。2工藝設(shè)計(jì)2.1基本參數(shù)的確定2.1.1出站、進(jìn)出溫度計(jì)算用加權(quán)平均法計(jì)算加熱站間油流的平均溫度Tpj,根據(jù)公式:式中:TR,TZ——加熱站的出站、進(jìn)站溫度,℃。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取出站油溫TR=50℃,進(jìn)站油溫TZ=28℃。經(jīng)計(jì)算:2.1.2t2020t根據(jù)20℃時(shí)油品密度按下式換算成計(jì)算溫度下的密度式中:ρt、ρ20——溫度為t℃及20℃時(shí)的油品密度,kg/m3;ξ——溫度系數(shù),ξ=1.825-0.001315ρ20,kg/(m2·℃)。2.1.3確定鋼管規(guī)格表長輸管道經(jīng)濟(jì)流速的變化范圍一般在1.0~2.0m/s范圍內(nèi),我國一般采用經(jīng)濟(jì)流速為1.5~2.0m/s。經(jīng)濟(jì)管徑為d:式中:d——經(jīng)濟(jì)管徑,m;Q——體積流量,m3/s;查API標(biāo)準(zhǔn)鋼管規(guī)格表選定管徑和壁厚。取d=315.1mm;壁厚δ=4.4mm;D=323.9mm反算經(jīng)濟(jì)流速在1.5~2.0m/s之間,故所選管徑符合要求。2.1.4油流至管外壁的熱系數(shù)的計(jì)算對于無保溫層的大直徑熱油管道,其內(nèi)外徑之差可忽略,則總傳熱系數(shù)可近似按下式計(jì)算:式中:α1——油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù),W/(m2·℃);δi——管道第i層的厚度,m;λi——第i層的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m2·℃);α2——管外壁與周圍介質(zhì)的放熱系數(shù),W/(m2·℃)。(1)油流至管內(nèi)壁放熱系數(shù)α1的計(jì)算紊流時(shí)的α1對總傳熱系數(shù)的影響很小,可以忽略不計(jì),即α1=0。(2)管壁至土壤的放熱系數(shù)α2的計(jì)算式中:λt——土壤導(dǎo)熱系數(shù),λt=1.4W/(m2·℃);Dw——與土壤接觸的管外徑,m。帶入數(shù)據(jù)計(jì)算則總傳熱系數(shù)2.2計(jì)算石油粘度帶入已知溫度下的粘度2.3計(jì)算的熱量2.3.1為0.2436,m為0.32%雷諾數(shù)因此,屬與水力光滑區(qū),則β=0.0246,m=0.25。(2)水力坡降管道的水力坡降就是單位長度管道的摩阻損失,可表示為:所以2.3.2布站結(jié)果再核算熱油管道工藝設(shè)計(jì)過程是首先進(jìn)行熱力計(jì)算,得出全線所需加熱站數(shù)。按加熱站間管道進(jìn)行水力計(jì)算,根據(jù)全線所需壓頭計(jì)算所需泵站數(shù)。在線路縱斷面圖上布置加熱站、泵站并進(jìn)行調(diào)整,根據(jù)布站結(jié)果再核算熱力與水力工況。確定了加熱站的出、進(jìn)口溫度TR和TZ后,可按冬季月平均最低地溫,及全線的K值估算加熱站間距LR。式中: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,kg/s,一般取最小輸量;C——油品比熱,kJ/(kg·℃);i——水力坡降;L——管路總長,m。加熱站數(shù)帶入計(jì)算可得站間距向上取整NR=10,加熱站的平均距離這只是初步估算,實(shí)際上各站間的K值不完全相同。更重要的是,為了便于生產(chǎn)管理,應(yīng)盡可能使加熱站與泵站合并。因此在布置泵站時(shí),加熱站的位置要相互調(diào)整。2.3.3平均加熱站2.4計(jì)算的河水2.4.1液流東南角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)某高峰f處的高程為Zf,距起點(diǎn)的距離為Lf,則將規(guī)定流量的液流輸送到該高峰處所需要的壓力為如果Hf小于H則沒有翻越點(diǎn);如果Hf大于H則有翻越點(diǎn),需要在翻越點(diǎn)后換用小直徑管路、在終點(diǎn)或中途設(shè)減壓站截流等措施。經(jīng)計(jì)算Hf<H,所以全程不存在翻越點(diǎn)。2.4.2任務(wù)輸量下水泵的揚(yáng)程全線N個(gè)泵站提供的總揚(yáng)程必然與消耗的總能量平衡,于是有泵站數(shù)式中:H——輸油泵總壓頭,m;iL——管道沿程摩阻,m;ΔZ——管道終點(diǎn)(或翻越點(diǎn))與起點(diǎn)的高程差,m;Hc——任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程,m液柱;因?yàn)?最大流量Qmax=450m3/h,200D-65×10泵,額定流量280m3/h,采用2臺泵并聯(lián),泵站的特性方程H=795-0.0019072Q1.75,每個(gè)泵站有3臺泵,其中1臺備用?？倝侯^揚(yáng)程泵站數(shù)取5個(gè)泵站,平均泵站間距。2.4.3站配置2.5經(jīng)過檢查和重新配置2.5.1出站溫度tz(1)最大輸量下,固定進(jìn)站溫度TZ=28℃,出站溫度取進(jìn)站溫度TZ=30℃,出站溫度(2)最小輸量下,出站溫度低于最高出站溫度,符合要求。2.5.2到達(dá)終點(diǎn)的出站壓力(1)在最大流量下出站壓力50+711–30=731m2#站進(jìn)站壓力5#站進(jìn)站壓力為110.594m(此處考慮了最小輸量)出站壓力110.594+711-30=791.594m為到達(dá)終點(diǎn)需要鋪設(shè)變徑管。經(jīng)計(jì)算終點(diǎn)的進(jìn)站壓力為118.6,需要在終點(diǎn)設(shè)減壓站。(2)在最小流量下出站壓力50+748.7-30=768.7m2#不加熱終點(diǎn)進(jìn)站壓力為382.7,需要在終點(diǎn)設(shè)減壓站。(3)鋼管承壓經(jīng)校核進(jìn)出站壓力均符合要求。2.5.3站壓力最大流量下進(jìn)出站壓力見表8。最小流量下進(jìn)出站壓力見表9。2.5.4重復(fù)使用水泵站2.5.5熱泵站的組合2.5.6管道縱斷面分布3確定壓力—結(jié)論(1)原油的溫度、粘度及總傳熱系數(shù)對管道的水力和熱力計(jì)算均有影響,正確的計(jì)算這些參數(shù)能有效的減少一些誤差。(2)全線所需要的泵站數(shù)和熱站數(shù)由水力和熱力計(jì)算來確定,但仍需要進(jìn)行校核來重新布站。(3)本文中在水力校核時(shí),考慮到最小數(shù)量的影響,采用鋪設(shè)副管的方式來達(dá)到末站進(jìn)站的壓力要求。(4)本文只是提供了一些基本的計(jì)算方法,還需要結(jié)合實(shí)際深入分析才能指導(dǎo)實(shí)踐。v——經(jīng)濟(jì)流速,m/s;Q——取最大輸量。ht——管中心埋深,ht=1.5m;δ——瀝青防腐層厚度,一般為6~9mm,取δ=6mm,其導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.15W/