熱油管道布局計(jì)算及工藝設(shè)計(jì)11000字【論文】

在現(xiàn)代油價(jià)不太高的目前情況來看，降低石油的運(yùn)輸本金和石油的生產(chǎn)消耗是增加石油經(jīng)濟(jì)性的主要手段。通過測評(píng)新的石油運(yùn)輸管線來代替之前的管道是可行之策，展望高經(jīng)濟(jì)型和高效率型石油運(yùn)輸管線，把石油石化價(jià)格降低帶來的風(fēng)險(xiǎn)降到特別低，加大石油石化公司的生存可能性。QR段熱油管道設(shè)計(jì)，全長382km,最大輸送量為700萬噸/年，最小輸送量為650萬噸/年。根據(jù)目前情況和行業(yè)大趨勢，掌握該地區(qū)地形地勢的情況，氣候情況和溫度情況，進(jìn)行這個(gè)課題輸油管道的第一步設(shè)計(jì)。首先根據(jù)目前的行業(yè)規(guī)范和基礎(chǔ)計(jì)算來確定初步篩選管徑，選擇篩選的管徑中合適的并計(jì)算粘溫曲線和雷諾數(shù)等參數(shù)來確定一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的管道內(nèi)徑以及壁厚；對(duì)選擇好的管徑進(jìn)行下面一系列校核：布站，校核進(jìn)出站壓力、最小輸量和最大輸量、靜水壓力和動(dòng)水壓頭、水擊壓力和一些沒有提到的數(shù)據(jù)；對(duì)所選擇的管道進(jìn)行適應(yīng)性分析，最小允許輸量、開展了反輸設(shè)計(jì)和計(jì)算等；對(duì)所選擇的管線選擇泵型號(hào)和所選擇的泵的運(yùn)作方法發(fā)、加熱爐大小以及功率、油罐大小以及類型、合適的閥門、可用清管器等設(shè)備；然后對(duì)管道進(jìn)行各種保護(hù)方法的確定以及保護(hù)裝置的選擇；制作并合理選擇布站位置然后畫出布站圖、首站站平面布置圖、首站熱泵站工藝流程圖和泵房安裝圖。經(jīng)初步設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇φ508×5.2mm的X70材質(zhì)螺旋縫埋弧焊鋼管，管道最內(nèi)層設(shè)置6mm瀝青防腐層，最外層78mm聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層。設(shè)置2個(gè)熱泵站，兩個(gè)熱泵站站內(nèi)設(shè)置4臺(tái)泵，型號(hào)為MD280-100×8,另設(shè)備用泵一臺(tái)。每個(gè)熱站設(shè)置3臺(tái)GW5000-Y/6,4-Y型加熱爐，對(duì)所選方案進(jìn)行校核、輸油管道適應(yīng)性分析，得出該方案的經(jīng)濟(jì)合關(guān)鍵詞：原油管道設(shè)計(jì)；布站；壓力校核，防腐保護(hù) 3 4 63.1粘溫曲線 6 7 8 93.5壁厚計(jì)算 215.1不保溫管道的水力計(jì)算 21 23 26 26 7.1判斷工作點(diǎn) 7.2布站 3 3 38.3強(qiáng)度校核 9.3允許停輸時(shí)間 41 4313結(jié)論 44當(dāng)前情況是本國產(chǎn)生的石油大都是高粘度的原油，大多數(shù)情況是外界氣溫就到達(dá)的該品質(zhì)石油的凝點(diǎn)，很容易發(fā)生凝管等工程故障。之所以現(xiàn)在大多輸油管道不采用常溫管道輸送是因?yàn)楦叩恼扯群苋菀壮霈F(xiàn)屬于管道壓力劇增的情況。大多情況下，我們還是更愿意使用加熱爐來加熱原油然后再進(jìn)行輸送。在原油加熱然后再經(jīng)過泵站輸送的情況，由設(shè)計(jì)者選擇的不同型號(hào)的泵組成泵站然后提供原油輸送所需要的壓頭，熱站提供足夠的熱能來滿足油品的輸送。其中油品加熱所需要的資費(fèi)占用油品輸送的一大部分，優(yōu)化管道輸送，完成降低輸油成本增大營收的目標(biāo)。2.1初選管徑1、平均溫度的計(jì)算進(jìn)站溫度出站溫度平均溫度2經(jīng)濟(jì)管徑的確定Tz=T凝+(3~5)=21+5=26℃TR=T凝+(30~40)=21+30=51℃2、平均密度的計(jì)算油品密度：20℃時(shí)的原油密度P20=850kg/m3。其它溫度下的密度可按下式計(jì)算：則帶入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸送溫度下的密度為ξ=1.825-0.001315×850=0.70725kP?5=850-0.70725×(25-20)=846.464Kg/m3P?4.3=850-0.70725×(34.3-20)=839.886Kg/m33、體積流量的計(jì)算4、初選管道內(nèi)徑表2-1我國長距離輸油管道中原油和成品油管道的推薦流速流速/(m/s)流速/(m/s)流速/(m/s)2初選管徑根據(jù)表1-1,由年輸量G=700×10?t/a,確定經(jīng)濟(jì)流速u=1.3m/s。由式(2.5)初選管徑：根據(jù)前面所給定的參數(shù)，經(jīng)濟(jì)管徑的計(jì)算我們選擇合理的流速，參考其他文獻(xiàn)我們選擇1.3m/s。3.1粘溫曲線任務(wù)書中原油粘溫?cái)?shù)據(jù)采用最小二乘法計(jì)算可得出粘溫特性方程：0℃由公式(2-2)可得：由公式(2-2)可得：由公式(3-2)可得：原油成品油根據(jù)任務(wù)書給出的最大年設(shè)計(jì)輸量700萬噸/年，初定三種管徑的工作壓力為：根據(jù)《泵產(chǎn)品供應(yīng)錄》選取MD280-100×8型號(hào)離心泵四臺(tái)臺(tái)并聯(lián)，留一臺(tái)作為備用，共四臺(tái)臺(tái)MD280-100×8型號(hào)離心泵。離心泵MD280-100×8參數(shù)如下：表3-4泵參數(shù)表參數(shù)效率η必須汽直徑hm電機(jī)功電機(jī)型號(hào)4程數(shù)據(jù)如下：代入上式：Hc=a-b(QNp)2-m=971.6-0.00894(992.16/4)1.75=綜上所述，應(yīng)使用4臺(tái)MD280-100×8型號(hào)離心泵并聯(lián)，另留1臺(tái)備用，共4臺(tái)。3.5壁厚計(jì)算由于計(jì)算管徑D=503mm>400mm,故本工程采用螺旋縫埋弧焊鋼管。綜合考慮年輸量大、管線走勢等因素，QR熱油管道設(shè)計(jì)中選用L485(X70)號(hào)鋼。3.管道的設(shè)計(jì)壓力P設(shè)=pg(Hc+Hs-Hm)=pg(Hc+30-15)式中m由流態(tài)確定，初選管徑流態(tài)均為紊流水力光滑區(qū)m=0.25由公式(1-4)可知油品的進(jìn)站溫度為：P?6=850-0.70725×(26-20)=845.7565KG/m3由公式(2-5)算得：3壁厚計(jì)算P設(shè)=pg(Hc+Hs-Hm)=845.7由公式(3-6)得表3-5初定管徑的規(guī)格外徑壁厚內(nèi)徑管重4熱力計(jì)算表4-1石油瀝青防腐層結(jié)構(gòu)防腐等級(jí)加強(qiáng)級(jí)特加強(qiáng)級(jí)普通級(jí)防腐層總厚度，mm防腐層結(jié)構(gòu)四油四布五油五布三油三布D?=508mmDw?=508+6×2=520mm=0.520mht?=1.5+0.520/D?=559mmDw?=559+6×2=571mm=0.571mht?=1.5+0.571/其中熱力計(jì)算時(shí)，沿程溫度分布待求，故水力坡降也未知，只能近似取值計(jì)算或迭代求T=26℃D?=497.6mmβ=0.0246T=26℃D?=547.8mmβ=0.0246T=51℃D?=497.6mmβ=0.024熱站數(shù)nR按下式計(jì)算并取整：式中L-加熱輸送管道長度，m。向上取整nR?=4(1)反算出站度(見附錄A)(2)加熱爐的選取加熱爐熱負(fù)荷的計(jì)算應(yīng)按照下式進(jìn)行：D=457mmqm1=GC(TR-Tz)=214.92×2100×(53.7308-26)D=508mmqm1=GC(TR-Tz)=214.92×2100×(50.2754-26)D=559mmqm1=GC(TR-Tz)=214.92×2100×(47.3431-26)選取加熱爐額定熱效壓密度量量GW5000-型加熱爐3臺(tái)型加熱爐3臺(tái)型加熱爐3臺(tái)Dw?=D?+2×6=520mm整理得：0.1266=0.5*D*LN(D/0.457)+0.015*D*LN((試算可得D=0.625整理得：0.1266==0.5*D*LN(D/0.457)+0試算可得D=0.676整理得：0.1266==0.5*D*LN(D/0.457)+0.015*D*LN(7試算可得D=0.737(2)保溫管道總傳熱系數(shù)的確定保溫管道總傳熱系數(shù)K計(jì)算公式如下：由于鋼管導(dǎo)熱可以忽略，所以當(dāng)管徑為457mm時(shí)：D?=457mm;D?=457+6×2=469mm=0.469m;D?=469+2×78=當(dāng)管徑為508mm時(shí)：D?=508mm;D?=508+6×2=520mm=0.52m;D?=520+2ht?=1.5+0.676/2=1.838m;D=0.598m當(dāng)管徑為559mm時(shí)：D?=559mm;D?=559+6×2=571mm=0.571m;D?=571+2×83=737mm=0.737m;ht?=1.5+0.737/2=1.8685m;D=0.654m;Dw=D?管道的傳熱系數(shù)：(3)加熱站間距和熱站數(shù)的確定質(zhì)量流量G=0.2559×839.886=214.92kg/s熱站數(shù)nR按下式計(jì)算并取整：式中L-加熱輸送管道長度，m。反算出站度(見附錄A)管道(管徑為457mm)的溫度反算結(jié)果如表：用程序編程填入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得管道(管徑為508mm)的溫度反算結(jié)果如表：用程序編程填入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得管道(管徑為559mm)的溫度反算結(jié)果如表：用程序編程填入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得qm?=GC(TR-Tz)=214.92×2100×(46.256-29m?=GC(TR-Tz)=214.92×2100×(49.70399m?=GC(TR-Tz)=214.92×2100×(52.8058額定功率壓相對(duì)密度量量kg/h型加熱爐3臺(tái)型加熱爐3臺(tái)型加熱爐3臺(tái)5.1不保溫管道的水力計(jì)算縱0306098125151179214229241260280303322343382圖5-1管道縱斷面圖△H?=(1516-932)-0.006157×(382000-1△H?=(1392-932)-0.006157×(382000-2管道沿線的壓頭損失為：H=nRhR+nRhξ+4Z+△Hsz=3×654.028+3×15+(932-△H?=(1516-932)-0.003724×(382000-1△H?=(1392-932)-0.003724×(382000管道沿線的壓頭損失為：(3)D?=559mm,d3=547.8mm時(shí)△H?=(1516-932)-0.00314×(382000-△H?=(1392-932)-0.00314×(382由計(jì)算可得，在280km處為翻越點(diǎn)。5.2保溫管道的水力計(jì)算水力坡降計(jì)算：hL=n×hR=1×1381.464=138h=n×hR=1×696.433=696由管道沿線高程和里程數(shù)據(jù)結(jié)合縱斷面圖可知，里程151km、280km處可能成為翻越點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的高程為1516m、1392m?！鱄?=(1516-932)-0.004769×(38200△H?=(1392-932)-0.004769×(3820H=nRhR+nRhξ+4Z+△Hsz=1×1821.0946+1×15+(932-837)+2△H?=(1516-932)-0.003724×(38200△H?=(1392-932)-0.003724×(382由計(jì)算可得，在280km處為翻越點(diǎn)?！鱄?=(1516-932)-0.00314×(3820△H?=(1392-932)-0.00314×(382由計(jì)算可得，在280km處為翻越點(diǎn)。5水力計(jì)算6確定經(jīng)濟(jì)管徑6.1折舊費(fèi)用的計(jì)算(1)線路投資的計(jì)算Iz=L·Kp·Ks·Kt管徑(in)投資(萬元/千米)IL?=73×382×1.2=33463IL?=83×382×1.2=38047由查詢可知保溫層材料價(jià)格為3500元/m3,所以保溫管道投資：IL?=33463+0.35×51177=51375萬元IL?=43089+0.35×65110管道類型管徑投資6確定經(jīng)濟(jì)管徑不保溫管道保溫管道首站中間熱泵站中間泵站中間熱站Is?=(2900+3200+1400×2)×1.2=10680萬元Isz=(2900+3200+1400×1+800×1)×1.2=9Is?=(2900+3200+1400×1+800×2)×1.2=10920萬元Is?=(2900+3200+1200×2)×1.2=10200Isz=(2900+3200+1200×1)×1.2=8760萬元Is?=(2900+3200+1200×1)×1.2=8 ?=(38047+9960)/0.9=53341萬元?=(43089+10920)/0.9=60010萬元6.3燃料費(fèi)用的計(jì)算燃料費(fèi)就是原油加熱過程中加熱爐所需要的燃料的消耗費(fèi)用，可按下式計(jì)算：不保溫管道：保溫管道：輸油成本可根據(jù)以上三項(xiàng)計(jì)算：輸油成本=(折舊費(fèi)用+燃料費(fèi)用+動(dòng)力費(fèi)用)/(0.8~0.9)管徑不保溫管道成本保溫管道成本所以能確定最優(yōu)管徑為508mm,輸油方式為保溫輸送。7判斷工作點(diǎn)及布站當(dāng)D=508mm時(shí)：m=0.25△Z=932-837=95L;=382000m考慮管路沿線局部摩阻(按1%計(jì)算)并單位換算得：站名首站(熱泵站)泵站末站0高程m橫坐標(biāo)比例縱坐標(biāo)比例100KM200KM圖7-1布站圖8校核8.1溫度校核最小溫度校核公式如下：=(1.5+9.87)+[26-(1.5+9.87)]e-1.89×10-?×=(1.5+9.87)+[52-(1.5+9.87)]e-1.89×10-?×=(17.3+9.87)+[26-(17.3+9.87)]e-1.89×10-?8.2進(jìn)、出站壓力校核Hs?=30mHc=15mHa?=Hs-Hc+H=30-15+7Hs?=Ha?-1.01il-(Hz-HR)=744-1.01×0.003616×76000Ha?=Hs-Hc+H=28.43-15+729=742.43mHs?=Ha?-1.01il-(H-HR)=742.43-1.01×0.003616×(280000-76000)-(9由于末站進(jìn)站壓力較高，需要設(shè)置減壓裝置。8.3強(qiáng)度校核通過前面的計(jì)算，我們打算選用螺紋焊縫X70的鋼管，我們需要的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：焊縫系數(shù)φ=1.0,K=0.72,壁厚δ=5.2mm8.4動(dòng)水壓力和靜水壓力校核8.5水擊壓力校核水擊壓力計(jì)算公式如下：k=exp[-(0.51992+0.0023662T+846596/p2o+2366.67T/p2o)]k=exp[-(0.51992+0.0023662T+846596/p2o+2366.67T/p2o)]8.6最小輸量校核8校核Tzmin一進(jìn)站油溫的允許最低值，℃;最小年輸量的質(zhì)量流量：滿足輸量要求。最小輸量大于允許最小輸量，故9輸油管道的適應(yīng)性分析根據(jù)前文所提到的設(shè)計(jì)參數(shù)給定的輸量和計(jì)算所得的最小輸量可得出：Gmax=0.2756*839.886=Gmin=0.2559*839.886=站間距計(jì)算：確定熱站數(shù)數(shù)目：圓整為1實(shí)際站間距：根據(jù)縱斷面圖我們得到的數(shù)據(jù)，里程151km、280km處可能成為翻越點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的高程為1516m、1392m△H?=(1516-837)-0.00323×(382△H?=(1392-837)-0.00323×(382由計(jì)算可得，在280km處為翻越點(diǎn)。GW5000-Y/6,4-Y型加熱末站開關(guān)第二站關(guān)關(guān)首站關(guān)9.3允許停輸時(shí)間管道中心深埋：土壤導(dǎo)溫系數(shù)為：由式(8-1)得安全停輸時(shí)間為：9.4設(shè)備的選取(1)油罐的選取首末站儲(chǔ)罐容量：由式可得：首站設(shè)2座50000m3油罐，1座20000m3,共3座；末站設(shè)3座50000m3油罐，共3座。10輸油站工藝流程設(shè)計(jì)(1)油品往往是由管道內(nèi)的原油從進(jìn)站開始不斷地通過各種不同的設(shè)備在中間工藝直至下一站的油經(jīng)過各閥組之間，經(jīng)加熱爐加熱10.3終站工藝流程油從油箱中進(jìn)入閥室，進(jìn)入熔爐，在那里加熱，然后進(jìn)入泵，在那里進(jìn)入閥室，到達(dá)上管道清洗器一種設(shè)備，在管道被發(fā)射到兩個(gè)工位之間的一條線上后，再被發(fā)射到上一個(gè)12圖紙的繪制11管道防腐層與陰極保護(hù)設(shè)計(jì)電源效率(1)保護(hù)長度計(jì)算強(qiáng)制電流保護(hù)陰極系統(tǒng)的保護(hù)電流根據(jù)式(8-2)進(jìn)行計(jì)算：I=2I?=2πD·Js·L由上式得保護(hù)電流為：I=2I?=2×3.14×0.508×9×10?×5(3)電源設(shè)備功率計(jì)算強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備功率按式(11-7)求取：則電源設(shè)備的提供電壓為：V=1.508×(1+0.615)+0=2.4則電源設(shè)備功率為：陰極保護(hù)站的確定當(dāng)管線兩端為無限長保護(hù)管段時(shí)：當(dāng)管線兩端為有限長保護(hù)管段時(shí)：有限長保護(hù)管的一端：無限長保護(hù)管的一端：當(dāng)管線兩端為有限長保護(hù)管段時(shí)，陰極保護(hù)站的個(gè)數(shù)為：所以一共需要八個(gè)陰極保護(hù)站。圓整為812.1環(huán)保設(shè)計(jì)《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《石化工企業(yè)環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(1)平時(shí)在環(huán)境保護(hù)方面通常需要做平時(shí)全面的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和規(guī)劃，并根據(jù)不同的管道環(huán)境做出相應(yīng)的對(duì)策，在正確的地方用正確的方法，同時(shí)，如果條件允許的話，管道運(yùn)輸過程中可攜帶有害物質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的處理和轉(zhuǎn)化，使廢物變成有用的東西；(2)有可能的話盡可能采用最新的新型技術(shù)，在污染物指標(biāo)沒有達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)之前堅(jiān)決不能向公共自然環(huán)境中排放。污染和預(yù)防原油處理一般過程中主要污染物的來源及相應(yīng)的保護(hù)和處理技術(shù)方案一般包括以下幾個(gè)方面。泄漏的石油、天然氣資源：一般可以采用全流程封閉運(yùn)輸方式進(jìn)行運(yùn)輸，盡量減少對(duì)環(huán)境的污(2)關(guān)于噪音污染的一般問題：管道石油站盡可能采用行業(yè)中噪音相對(duì)比較低的設(shè)備，然后將值班的房間和有噪音的設(shè)備存放房間分開布置，相應(yīng)的噪聲處理過程應(yīng)采取的電機(jī)油泵之間的(3)一般要求的布局站環(huán)境的石油傳輸站如下：綠化的植被面積一定要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，讓傳輸站的工作人員也可以享受應(yīng)有的生活，更好地改善周邊環(huán)境，增加工作人員的滿足感；(4)一般處理原油下跌：第一站最后一站應(yīng)當(dāng)恢復(fù)池的原油同時(shí)下降，降落原油可恢復(fù)到油罐卡車的采集站，所以原油不會(huì)排放或泄漏到周圍的環(huán)境。保護(hù)環(huán)境是我們共同的責(zé)任，大多數(shù)建設(shè)方案中應(yīng)采取以下措施：(1)通常情況下，管道建設(shè)在建設(shè)時(shí)，生態(tài)環(huán)境也要同時(shí)開工。在埋完管道后相應(yīng)的綠化等制備就要開始布置，達(dá)到工程一遍建設(shè)，設(shè)備，環(huán)境一應(yīng)俱全的目的。(2)能不采用開放的輸油環(huán)境就盡量不采用，盡可能防止污染環(huán)境。(3)輸油管道大多數(shù)情況下都是直接埋在耕地斜坡下的，要求輸油管道不影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在經(jīng)過耕地地區(qū)時(shí)，在上述覆蓋土層中還應(yīng)種植可可經(jīng)濟(jì)作物，以滿足生產(chǎn)要求；(4)加熱站，泵站要求不能出現(xiàn)在人員密集的居住地區(qū)，盡可能減少發(fā)出的噪音影響人正常的生活作息習(xí)慣。(5)安全為生產(chǎn)過程中的重中之重，在生產(chǎn)的地方一定不允許出現(xiàn)葉片肥大的樹木，以免發(fā)生不必要的火災(zāi)。當(dāng)生產(chǎn)操作和消防安全不受影響時(shí)，可對(duì)花壇進(jìn)行維修。室內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)危險(xiǎn)、滲漏等危險(xiǎn)現(xiàn)象。(1)建立HSE管理組織進(jìn)行管理我們有很多種HSE管理網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)不同的場景我們可以選擇合適的方案。建設(shè)我們的總部時(shí)，應(yīng)該有多種不同的工程師同時(shí)參與，比如HSE工程師，安全工程師以及建設(shè)工程師。每個(gè)不同的工作部門也應(yīng)由HSE管理辦公室設(shè)立，并配備相應(yīng)的HSE管理人員。一般日常管理工作流程應(yīng)由HSE部分主要負(fù)責(zé)人主持，能夠?qū)嵭蟹植截?zé)任制。(2)與此同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工程承包商的管理流程在選擇項(xiàng)目承包商時(shí)，既要考慮其實(shí)力，又要考慮其HSE績效，最終選擇集運(yùn)能力強(qiáng)、HSE管理水平高的承包商。合同的條款也應(yīng)該保護(hù)環(huán)境。生產(chǎn)運(yùn)行過程中的環(huán)境管理和監(jiān)測按照國家和地方有關(guān)環(huán)境要求，在生產(chǎn)經(jīng)營過程