S-L輸油管道工藝設計

.工藝設計書3.1輸量換算設計允許首站最高出站油溫為60℃，允許最低進站油溫為24℃由公式（2.1）得平均油溫為：由公式（2.3）得溫度系數(shù)為：由公式（2.2）得40℃時原油的密度為：根據(jù)質(zhì)量流量換算體積流量為：式中——體積流量，；——年輸量，；——年輸油時間，按360天算。3.2管徑規(guī)格選擇3.2.1管徑選擇目前我國含蠟原油的經(jīng)濟流速在1.0m/s~2.5m/s秒之間。取經(jīng)濟流速為V=1.5m/s，則管徑為：式中——管道直徑，m；——體積流量，；——經(jīng)濟流速，。該設計中當經(jīng)濟流速1.5m/s時，計算管徑為402mm。由國產(chǎn)鋼管部分規(guī)格初選DN325，DN426，DN377三組管徑，并按6MPa時的工作壓力進行計算。3.2.2壁厚選擇查規(guī)范得，選取管材規(guī)格為X65鋼，其最小屈服強度為450MPa，由于原油中含有水和硫化物，為保證管道的安全運輸，需要采取相應的內(nèi)部防腐措施，壁厚腐蝕裕量取3mm。因此，其壁厚為：（3.1）式中——壁厚，m；——設計壓力（取工作壓力的1.5倍）；——管道外徑，；——許用壓力，；=；——設計系數(shù)，取0.72；——焊縫系數(shù)，取1.0；——鋼管的最小屈服強度。由公式（3.1）得各管徑下的壁厚：向上取整，分別為6mm、6mm、5mm。查API標準鋼管規(guī)格，選為方案一、為方案二、為方案三的標準管道。3.3熱力計算3.3.1計算加熱系數(shù)k方案一：的標準管道管道中的實際流速為：則：由公式（2.7）得：由公式（2.8）得：當油流為湍流時，流向管道內(nèi)壁的油流對整個傳熱系數(shù)幾乎沒有影響，因此可以忽略不計算。由公式（2.6）得：由公式（2.9）得：方案二：的標準管道計算過程如上，計算結果如下表：1.332.020.811.34方案三：的標準管道計算過程如上，計算結果如下表：1.102.020.871.593.3.2確定加熱站間距由公式（2.4）得15℃時原油的相對密度為：由公式（2.5）得：由公式得：式中——原油質(zhì)量流量，；——年輸量，；——年輸油時間，按360天算。方案一：的標準管道由公式（2.13）得加熱站總間距：由公式（2.14）計算得加熱站數(shù)：向上取整,取n=2由公式（2.14）計算得相鄰加熱站間距為：由公式（2.16）計算得出站溫度為：由公式（2.15）計算得一個加熱站間的熱負荷：由公式（2.15）計算得總熱負荷：故出站溫度取40℃滿足設計要求。方案二：的標準管道計算過程如上，計算結果如下表：31085561.638℃方案三：的標準管道計算過程如上，計算結果如下表：31087975.744℃3.4水力計算3.4.1平均溫度下的油品運動粘度方案一：的標準管道由公式（2.1）得平均油溫為：由公式（2.2）得50℃時的油品密度為：由公式（2.12）得50℃時油品的運動粘度為:查資料得20℃的運動粘度為:由公式（2.11）得50℃下的黏溫指數(shù)為：由公式（2.10）得平均油溫30℃下的運動粘度：方案二：的標準管道由公式（2.1）得平均油溫為：由公式（2.10）得平均油溫29℃下的運動粘度為：方案三：的標準管道由公式（2.1）得平均油溫為：由公式（2.10）得平均油溫31℃下的運動粘度為：3.4.2判斷流態(tài)方案一：的標準管道由公式（2.18）得雷諾數(shù)為：由公式（2.19）得臨界雷諾數(shù)為：由于,所以管段是處于水力光滑區(qū)。方案二：的標準管道雷諾數(shù)為：；臨界雷諾數(shù)為：由于,所以管段是處于水力光滑區(qū)。方案三：的標準管道雷諾數(shù)為：；臨界雷諾數(shù)為：由于,所以管段是處于水力光滑區(qū)。3.4.3判斷翻越點根據(jù)表2.1數(shù)據(jù)知：（150km，1890m）處有可能是翻越點位置由公式（2.11）得50℃下的黏溫指數(shù)為：由公式（2.12）得50℃時油品的運動粘度為:由公式（2.10）得36℃下的運動粘度：由公式（2.22）得水力坡降為：由公式（2.20）得全線總壓頭為：由公式（2.21）得150km處所需壓頭為：因為，所以管道中不存在翻越點。3.4.4計算摩阻方案一：的標準管道由公式（2.23）得一個加熱站間的摩阻：由公式（2.24）得總摩阻為：由公式（2.25）得全線總壓頭為：方案二：的標準管道由公式（2.23）得一個加熱站間的摩阻：由公式（2.24）得總摩阻為：由公式（2.25）得全線總壓頭為：方案三：的標準管道由公式（2.23）得一個加熱站間的摩阻：由公式（2.24）得總摩阻為：由公式（2.25）得全線總壓頭為：4.站場工藝設計4.1設備選型計算4.1.1泵的選型泵是一種輸送液體并提高其能頭的流體機械。要從以下幾個方面選擇輸油泵：工作平穩(wěn)，無喘振等不穩(wěn)定情況，能保證一段時間內(nèi)連續(xù)可靠的運行；操作方法簡單，拆裝方便，維修保養(yǎng)方便；要在高效率區(qū)穩(wěn)定運行，并且價格合理，穩(wěn)定地運行，盡可能地節(jié)約能源；符合防爆、防腐規(guī)范和程序，可在露天使用，對泵的各個部件不損壞。若正常輸送時的流量為QP，則要采用適當?shù)陌踩禂?shù)估算泵的流量，一般取QP=1.05~1.10Q則取為Q從經(jīng)濟角度來看。離心泵并聯(lián)操作的目的是一方面是為了增加流量；另一方面當輸送任務變化的幅度很大時，為了發(fā)揮泵的經(jīng)濟效果，使其能在高效范圍內(nèi)工作，往往采用兩臺或數(shù)臺泵并聯(lián)工作，以增減運行臺數(shù)來適應輸送量的變化。根據(jù)管道輸送要求，選KDY950-170×6泵，選KDY950-170×6作為備用泵，泵站內(nèi)由一個泵機組并聯(lián)，每個機組由兩臺KDY950-170×6泵并聯(lián)，泵的揚程1010m。方案一：由公式得平均油溫37℃時的密度為：泵所產(chǎn)生的壓力為：由公式得：泵所產(chǎn)生的壓力小于管道的設計壓力9MPa，故選擇的泵符合設計要求。方案二：由公式得平均油溫36℃時的密度為：泵所產(chǎn)生的壓力為：由公式得：泵所產(chǎn)生的壓力小于管道的設計壓力9MPa，故選擇的泵符合設計要求。方案三：由公式得平均油溫38℃時的密度為：泵所產(chǎn)生的壓力為：由公式得：泵所產(chǎn)生的壓力小于管道的設計壓力9MPa，故選擇的泵符合設計要求。4.1.2電動機的選擇電動機在輸油管道中應用最為廣泛，相對于重型柴油機，電機的價格更便宜、體積更小、重量更輕。柴油作為化石能源，廣泛使用將對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉的影響，電力比較清潔。電動機工作穩(wěn)定性好，可以一直連續(xù)工作，方便自動控制，具有良好的防爆性能。當泵站使用電機時，需要一個穩(wěn)定的電力系統(tǒng)來提供連續(xù)穩(wěn)定的電能，在電源較遠或電能不足的情況下，應新建一座電廠供電。原動機的選用需進行經(jīng)濟比較。輸油泵的電動機應當由泵的性能參數(shù)、原動機的特點、能源供應情況以及管道自控及調(diào)節(jié)方式等因素決定。一般情況下，如果泵站使用電機，則需要配備相應的電源系統(tǒng)，因此選擇燃氣輪機。JKZ異步電動機，型號：JKZ－3000，額定電壓：7000V，額定功率：2500kw，額定電流：354A，轉速：3885r/min，效率：97.5%。4.1.3加熱設備的選擇在首站用換熱器加熱，其余各站采用直接管式加熱爐，額定功率為5500KW，效率87%。4.2站場設計方案一：1.泵站布置：的標準管道泵站數(shù)為：式中：——管道全線的總壓頭，；——泵的揚程，；——泵站站內(nèi)的摩阻損失，由公式得： 向上取整，取n=4管道布站采用平均法布站，站間距為式中——泵站站間距，m；——管線總長，m。由公式得：初步選定泵站站址為：首站，距首站81km,距首站162km,距首站243km處。如果要保證達到任務輸量,泵站內(nèi)的泵組可采取減少級數(shù)等措施。2.熱站布置：根據(jù)第三章計算得需要布置2個熱站，采用平均布站法，初步選定熱站站址為：首站，距首站162km處。方案二：的標準管道1.泵站布置：泵站數(shù)為：向上取整，取n=3站間距為：初步選定泵站站址為：首站，距首站108km，距首站216km處。如果要保證達到任務輸量,泵站內(nèi)的泵組可采取減少級數(shù)等措施。2.熱站布置：根據(jù)第三章計算得需要布置3個熱站，采用平均布站法，初步選定熱站站址為：首站，距首站108km處，距首站216km處。方案三：的標準管道1.泵站布置：泵站數(shù)為：向上取整，取n=2站間距為：初步選定泵站站址為：首站，距首站162km處。如果要保證達到任務輸量,泵站內(nèi)的泵組可采取減少級數(shù)等措施。2.熱站布置：根據(jù)第三章計算得需要布置3個熱站，采用平均布站法，初步選定熱站站址為：首站，距首站108km處，距首站216km處。4.3設計結果本次設計采用加熱密閉運輸方式。各參數(shù)設計結果見下表：表4.1管道設計結果外徑mm管材最小屈服強度MPa壁厚mm377X654506426X654506529X654508表4.2泵的選型型號流量揚程轉速吸入直徑排除直徑效率KDY950-170×69501010298030025087表4.3泵站設計結果泵站數(shù)站間距km方案一481方案二3108方案三2162表4.4泵站布置結果泵站1泵站2泵站3泵站4方案一里程km081162243方案二里程km0108216方案三里程km0162表4.5熱站設計結果熱站數(shù)站間距km進站溫度℃出站溫度℃熱負荷kJ/s效率方案一216230518342.3787%方案二310830487150.6087%方案三310830549534.1487%表4.6熱站布置結果熱站1熱站2熱站3方案一里程km0162方案二里程km0108216方案三里程km01082164.4站址調(diào)整考慮到本次設計安全輸送、經(jīng)濟合理的設計原則，結合地形實際情況，采用“熱泵合一”設計，由此可以盡可能將熱站與泵站合并，節(jié)約成本，減少投資費用，而且便于維護與管理，因此對以上站址進行調(diào)整，結果如下：方案一：1個熱泵站，2個泵站，1個熱站；方案二：3個熱泵站；方案三：2個熱泵站，1個熱站；4.5輸油站的選址我國的土地資源具有山地較多、平地較少的特點，大多數(shù)輸油站建在平地上，山地不適合建立輸油站，因此，要想建立輸油站，必須從多方面出發(fā)、實地考察，站場的選址一定要大力落實節(jié)約土地的基本國策，必須合理利用土地資源，而不是因為建立輸油站而濫砍濫伐，更不能涸澤而漁，破壞生態(tài)系統(tǒng)。一定要盡可能的擴大土地利用率，站場的地理位置必須慎重選擇，看周圍是否有農(nóng)田，是否有自然保護區(qū)，在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下，輸油站場的位置一定要根據(jù)工程線路走向和工藝設計的要求量身定制。務必遵守安全防火，保護環(huán)境，工業(yè)衛(wèi)生等法律法規(guī)，減少火災隱患，保護生態(tài)環(huán)境，讓我們的地球村更加美麗。必須符合工礦企業(yè)和公路車站的安全距離要求，不影響其他行業(yè)的生產(chǎn)。輸油站的位置應該在平坦開闊，避開地震斷層帶，地形好，交通便利，供水和供電方便的地方，能滿足員工日常生活的需要。輸油站的平立面是指從場地的具體地形出發(fā)，結合當?shù)氐臍夂?、地質(zhì)條件，為滿足安全生產(chǎn)的要求，應對整個輸油站進行統(tǒng)一布置和施工。輸油站的平立面布置要充分考慮以下原則：（1）要充分體現(xiàn)生產(chǎn)要求和工藝流程，盡量避免管道互相交叉；（2）為便于自流，要充分利用地形優(yōu)勢，確保各管線走向合理，盡量減小土方工程量，并為各設施間創(chuàng)造有利條件，保證設施間的生產(chǎn)運作和聯(lián)系。（3）應系統(tǒng)的布置站內(nèi)各個系統(tǒng)，顧全大局，方便施工人員施工和工作人員的各項操作，務必將事故考慮在內(nèi)，一旦發(fā)生事故，要方便事故處理人員及時處理，減小事故造成的損失。（4）在確保防火間距的前提下，保證安全生產(chǎn)的同時布置要緊湊，并給事故處理留有場地，方便人員的撤離。（5）首、末站油罐區(qū)由于位置較中間站特殊，一個負責接收來油，一個負責將加壓后的油品送出去，一旦發(fā)生事故，帶來的后果不容小覷，損失更是難以估量，因此安全系數(shù)最大，站地面積也較中間站更大，隨之而來的是工程量相對較大，設計人員必須嚴格按照相關規(guī)范進行設計，不可疏忽。4.6輸油站工藝流程輸油站的工藝流程指的是油品在輸油站內(nèi)的流動過程，換言之輸油站的工藝流程就是用來描述油品在管內(nèi)是如何流動的。4.6.1首站工藝流程輸油首站是長輸管道的起點，它的任務是接收煉廠、礦廠或轉運站的來油計量后，輸入干線，一般首站都建有大型油罐和相應的計量、化驗及預處理設施。輸油首站要能完成接受來油、計量，站內(nèi)循環(huán)、正反輸，加熱、收發(fā)清管器的功能，全線的控制調(diào)度中心有時也設在首站。4.6.2中間站工藝流程中間站的設施是泵站，作用是給管道中的油流增補能量。中間站工藝流程有兩種：密閉輸油的中間站流程和旁接油罐的中間站流程，應當根據(jù)輸油泵的組合方式以及加熱方式來選擇采用哪種流程。密閉輸送的中間站工藝流程通常采用泵串聯(lián)的方式，間接加熱，主要進行正、反輸、清管器的收發(fā)、越站輸送。旁接油罐的中間站流程適用于泵并聯(lián)，直接加熱的輸送方式。主要進行正、反輸，壓力越站、站內(nèi)循環(huán)等操作。此流程設有旁接油罐，采用先泵后爐的流程，大口徑輸油管道通常采用此流程，可以減少油流在加熱爐爐管內(nèi)的阻力損失。因為本次設計的管道為輸油管道且輸送距離較長，故將兩臺輸油泵串聯(lián)起來作為一個泵機組，給油流提供能量，根據(jù)密閉輸送的特點，選擇密閉輸送的中間站流程，可以在很大程度上降低原油因為蒸發(fā)而帶來的損耗，沒有旁接油罐，經(jīng)濟性較高。4.6.3末站的工藝流程輸油站場末站作為輸油管道的終點，主要用于從管道接收石油，并將石油輸送給石油企業(yè)，在整個輸油站場中地位很重要。末站的任務包括接受來油、進罐儲存、計量后裝車、站內(nèi)循環(huán)、反輸。末站站內(nèi)的工藝流程和首站類似。4.7儲油罐的選擇輸油管道的首站、中間站、末站都要設置儲油罐，其中首站和末站的油罐的作用是保證來油和收油、輸油管道的輸量均衡，不會造成油品積壓、油品供應緊張的局面，所以罐容量相應要大一些。4.7.1儲罐總容量在輸油管道的首站、輸入站、分輸站和輸油的終點站都要布置油罐。這些地方的儲罐的容量由管道運輸量和需要儲存的天數(shù)決定。石油的供應或運輸方式?jīng)Q定了石油產(chǎn)品的儲存時間。油罐容量按下式計算：式中——輸油站場油罐的總容量，m3；——輸油站場各處原油年總周轉量，t；——不同儲存溫度下的油品密度，t/m3；——儲油罐的容量系數(shù)，一般取0.9；——不同油品的儲存天數(shù)，d。選取油品儲存溫度為20℃，則油品密度為因為輸油站油品的來源是管道，根據(jù)經(jīng)驗取K=3，則首站，輸入站儲油罐的總容量為：故選擇3座容積為20000m3的浮頂油罐可以滿足輸量要求。因為輸油末站向用戶供油，根據(jù)經(jīng)驗取K=4，則分輸站，末站儲油罐的總容量為：故選擇4座容積為20000m3的浮頂油罐來存儲油品。4.7.2油罐類型選擇輸油站內(nèi)的儲油罐大多為金屬儲油罐，原因是金屬罐的成本低，不易泄漏，施工方便，安全可靠，是儲存各類油品的最佳選擇。金屬罐的類型很多，大致分為立式圓柱形罐、臥式圓柱形罐，工程上大多為立式圓柱形罐，立式圓柱形的油罐主要有拱頂罐和浮頂罐兩種，選擇拱頂罐還是浮頂罐要看油罐的容積：當設計的油罐容積大于或等于10000m3時，采用浮頂油罐；當設計的油罐容積小于10000m3時，采用拱頂油罐。隨著儲油罐體積的增大，油罐單位體積耗鋼量降低，占用的土地資源減少，因此在地質(zhì)條件允許的情況下優(yōu)先選用大容量儲罐，且油罐數(shù)量不宜小于3個。根據(jù)計算結果，此次設計選用的儲油罐的容積都大于10000m3，所以采用金屬罐體的浮頂油罐來儲存油品。4.8站內(nèi)閥門的選擇閥門的作用是在流體系統(tǒng)中，控制流體的流動方向、流體的壓力大小和流量的大小，通過閥門可以倒換不同的工藝流程，使用閥門可以保證管道的安全運行[17]，在發(fā)生事故時及時切斷必要的閥門，對于事故的處理及其重要，可減小事故帶來的損失。管道上常用的閥門有截止閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥等。閥門連接方式有兩種：法蘭連接、焊接連接。輸油管道用閥門的使用壽命必須長，如果總是更換，會影響油品的輸送過程。應在閥門額定承壓下使用，以保護閥門不受損壞。使用前一定要檢查閥門的密封性，確保在運輸過程中沒有泄漏。閥門選型必須操作簡單，易于安裝和拆卸?？紤]到設計規(guī)范和閥門的用途，輸油站內(nèi)選用的閥門如下：（1）儲油罐上各處的閥門均選用閘閥；（2）泵機組的入口選擇閘閥；為防止泵出口處管線壓力過大而發(fā)生危險，在輸油泵的出口管線上要設置減壓閥；（3）輸油泵的出口采用閘閥；（4）輸油站的出站處設置調(diào)節(jié)閥閥組，調(diào)節(jié)壓力、流量等重要參數(shù)；（5）清管器收發(fā)球與站間相連的管線使用球閥閥門；（6）輸油管道主干線上設置截斷閥，確保發(fā)生事故時及時切斷，減少損失；（7）壓力容器和管道上布置安全閥，保證設備安全運行、保護人身安全。

5.經(jīng)濟性分析比較5.1方案經(jīng)濟比較結果5.1.1基礎數(shù)據(jù)1.計劃進度及計算期管道設計年輸量為500萬噸，管道工程全長324km，整個管道采用微波通信技術，該項目投資的固定資產(chǎn)為129700萬元。計劃三年之內(nèi)建成總項目，第一年、第二年、第三年完成進度按20%、50%、30%修建，假設14年的生產(chǎn)期，經(jīng)濟比選按18年計算。2.設計能力：項目設計年輸量為500萬噸，其余年份生產(chǎn)負荷見下表5.1表5.1逐年生產(chǎn)負荷年123456789101112生產(chǎn)負荷%50608090100100100100908060505.1.2投資估算與資金統(tǒng)籌（1）估算固定的投資根據(jù)該設計中所需的工程量，參照《畢業(yè)設計經(jīng)濟指標指標》和與項目實際情況相關的行業(yè)投資估算指標，計算固定資產(chǎn)投資方案一、二、三分別為132402.9萬元、113427.1萬元、153456.5萬元。基本預備費為項目總成本和其他成本的12%。如果按6%計算施工期的價格上漲率，則方案一、方案二和方案三的價格上漲分別為12467萬元、13558萬元、16761萬元。（2）資金籌措及利息公司設立時，法定資本不得低于國家規(guī)定的限額。因此，固定資產(chǎn)投資的30%是項目資本金，70%是銀行貸款，4.9%是年利率建設前期年限為1年，管道建設期為2年，建設期內(nèi)，方案一利息7659萬元，方案8757萬元，方案三利息10720萬元。根據(jù)國務院的相關規(guī)定，生產(chǎn)第一年的營運資金按年利率的10.98%計算。利息每年計算一次，并計入財務費用。（3）流動資金估算估算總額方案一、方案二、方案三分別為1682萬元、1923萬元、2353萬元，項目總投資為固定資產(chǎn)投資、固定資產(chǎn)投資方向調(diào)節(jié)稅、建設期利息與流動資金之和。方案一：方案二：方案三：5.1.3成本估算與分析（1）基礎數(shù)據(jù)原油單價：2500元/噸工資標準：3650元/人/月電價：0.65元/度員工數(shù)：120人職工福利費：占工資總額15%折舊費：綜合折舊率7.14%；殘值率0%修理費：按照折舊費20%計算利息計算：流動資金借款利息計入財務費用，應計利息正常年份為200萬元。（2）經(jīng)營成本估算