成品油長輸管道工藝方案設計報告-姚楚玥[分享借鑒]

1、本科生課程設計課 程 名 稱 ：管道課程設計 設 計 任 務 ：長距離成品油管道工藝方案設計計算指 導 教 師 ：李曉平 學 院 ：機械與儲運工程學院 專 業(yè) ：油氣儲運工程2012級 班 級 ：儲運12-3班 姓 名 ：姚楚玥 學 號 ：2012010958 完 成 日 期 ：2016.5.15 材料分享#目 錄第1章 任務書11.1 設計輸量11.2 輸送下載量11.3 油品物性21.4 沿線地形21.5 經(jīng)濟評價參數(shù)2第2章 計算說明書42.1 計算物性參數(shù)42.1.1 計算地溫選的油品密度42.1.2 黏度計算52.1.3 選擇壁厚52.1.4 各管段輸量計算62.2 水力計算62.3

2、 布站72.4 計算混油量和混油長度92.5 計算首站罐容及選罐方案102.5.1 首站設計原則102.5.2 罐容計算及選罐方案102.6 經(jīng)濟計算102.6.1 費用現(xiàn)值102.6.2 投資建設費112.6.3 外購動力費112.7 計算依據(jù)和所參照的規(guī)范122.8工藝流程圖設計說明12第3章 計算書133.1 管徑選取133.2 水力計算143.2.1 確定流態(tài)143.2.2 確定水力坡降153.3 混油長度計算183.4 計算首站罐容及選罐方案193.5 計算成本203.6 首站流程21第1章 任務書1.1 設計輸量該管道是一條連續(xù)順序輸送多種成品油的管道，設計輸送能力560104t/

3、a，輸送介質(zhì)包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三種油品，均按照每年25批次輸送。設計年輸送天數(shù)350天，采取起點連續(xù)進油，各分輸點均勻連續(xù)分輸下載的方式，設計壓力10MPa。各站場進站最低壓力0.3MPa，最高4MPa。地溫取17攝氏度。站場進出站壓力通過節(jié)流閥控制。1.2 輸送下載量表1.1 輸送下載量省份序號名稱進出油品量104t/a備注汽油90#汽油95#柴油0#廣東1茂名56012672362進油廣西2玉林417430下載分輸3貴港478435下載分輸4黎塘214215下載分輸5柳州8115660下載分輸6河池294223下載分輸貴州8都勻307320下載分輸9貴陽75201540下

4、載分輸10安順328420下載分輸11晴隆3111下載分輸12盤縣174211下載分輸云南13曲靖438530下載分輸14昆東92201260下載分輸15長坡49201217下載分輸1.3 油品物性1.2 油品物性品 種密度（t/m3）粘度（mm2/s）15.637.815.637.8汽油90#0.73390.71390.59410.489095#0.75440.71350.59320.4884柴油0#0.84210.82676.0803.4521.4 沿線地形序號站場名稱里程（cm）高程(m)1茂名0.0018.752玉林161.0971.513貴港246.3347.944黎塘310.771

5、05.005柳州457.66105.236河池617.09209.507陸橋687.79481.738下司767.77925.889都勻876.67803.5310貴陽976.061120.6011安順1070.871349.6112晴隆1183.371401.213盤縣1261.522017.2214曲靖1348.841958.7815昆東1492.622044.5016長坡1555.561906.041.5 經(jīng)濟評價參數(shù)(1)電力價格：0.55元/度，燃料油價格：4500元/噸。(2)管道建設期為1年，運行期為20年。管道建設單位長度總投資如下表，其中40為自有資金，其余為建設銀行貸款，利

6、率按當前利率建設銀行利率計算，流動資金按管內(nèi)存油價值計算。經(jīng)營成本按能源消耗（電力及燃料）的2.5倍計算。單位長度總投資表管徑（mm）單位長度總投資（元/公里）168569685.6219788937.627310482643231250478355138195240616822964571887041508212672955923245456102666440660285985371133870058134050866914545348510167531240121010120136材料分享#第2章 計算說明書輸油管道工藝的工藝計算要妥善解決沿線管內(nèi)流體的能量消耗和能量供應之間的矛盾，以達到

7、安全、經(jīng)濟地完成輸送任務的目的。管道工藝設計的主要目的是根據(jù)設計委托書或設計任務書規(guī)定的輸送油品的性質(zhì)、輸量及線路情況，由工藝計算來確定管道的總體方案的主要參數(shù)：管徑，泵站數(shù)及其配置等。2.1.計算物性參數(shù)2.1.1計算地溫下的油品密度、粘度根據(jù)任務書所給數(shù)據(jù)無法采用密度公式進行密度求解，故假設密度變化為溫度的線性函數(shù)，算出各個油品的密度變化公式，求出在地溫17時各油品的密度。同理，根據(jù)任務書所給數(shù)據(jù)假設粘度變化為溫度的線性函數(shù)，算出各個油品的粘度變化公式，求出在地溫17時各油品的粘度。表 2.1 各油品密度品種密度（t/m3）粘度（mm2/s）15.637.815.637.8汽油90#0.7

8、3390.71390.59410.489095#0.75440.71350.59320.4884柴油0#0.84210.82676.0803.452計算可得各油品的密度變化函數(shù)：汽油： 90#:=-9*10-4t+0.74895#:=-1.8423*10-3t+0.78314柴油：0#:=-6.9369*10-4t+0.8529計算可得各油品的粘度變化函數(shù)：汽油：90#vt=-4.7342*10-3t+0.6679595#vt =-4.7207*10-3t+0.66684柴油：0#vt =-0.11838t+7.9267計算得出在17各油品的粘度、密度如下表格：表2.2 各油品黏度、密度種類粘

9、度（mm2/s）密度（kg/m）90#汽油0.5872732.595#汽油0.586748.90#柴油5.8668841.22.1.2 黏度粘溫指數(shù)方程： =0e-u(T-T0)0為溫度為T0時的油品粘度。U一般在0.010.03之間，此處取0.02。則17攝氏度時：90#汽油：=0e-u(T-T0)=0.5941e-0.02(17-15.6)=0.578mm2/s95#汽油：=0e-u(T-T0)=0.5932e-0.02(17-15.6)=0.578mm2/s0#柴油： =0e-u(T-T0)=6.080e-0.02(17-15.6)=5.912mm2/s表2.1計算所得17時的黏度品 種

10、黏度（mm2/s）15.61737.8汽油90#0.59410.5874720720.48995#0.59320.5865909910.4884柴油0#6.085.914270273.4522.1.3選擇壁厚壁厚的選擇：根據(jù)管壁厚度與輸送介質(zhì)的壓力、溫度以及選用的管材和管徑有關。管道的壁厚由環(huán)向應力公式并遵循有關規(guī)范和標準確定，按照我國輸油管道工程設計規(guī)范（GB502532003）中規(guī)定，輸油管道直管段的設計公式如下：=PD2KS式中：管道壁厚，mm P設計內(nèi)壓MPa,P=10MPaD管道外徑，mm S材料最低屈服強度，MPa K設計系數(shù)，站外取0.72. 焊接系數(shù)，取1.0.2.2 各管段輸

11、計算省份序號名稱進出油品量104t/a備注汽油90#汽油95#柴油0#廣東1茂名56012672362進油廣西2玉林417430下載分輸3貴港478435下載分輸4黎塘214215下載分輸5柳州8115660下載分輸6河池294223下載分輸貴州8都勻307320下載分輸9貴陽75201540下載分輸10安順328420下載分輸11晴隆3111下載分輸12盤縣174211下載分輸云南13曲靖438530下載分輸14昆東92201260下載分輸15長坡49201217下載分輸2.2 水利計算牛頓流體的摩阻計算如下。流態(tài)劃分：A、層流：Re2000B、紊流：水力光滑區(qū)；混合摩擦區(qū)；粗糙區(qū)；根據(jù)公式

12、計算管道的相對當量粗糙度，其中e為管壁的絕對當量粗糙度，中國輸油管道工程設計規(guī)范GB50253-2003中所推薦的管壁絕對當量粗糙度e設計值為：無縫鋼管，e=0.06mm；直縫鋼管，e=0.054mm；螺旋焊縫鋼DN250DN350時，e=0.125mm，DN400以上，e=0.10mm8。牛頓流體段摩阻i的計算采用列賓宗公式： （3-2）其中各流態(tài)區(qū)的A、m值見表3.1。表2.4不同流態(tài)時的A、m值Tab 3.1 A、m in different flow regime流態(tài)Am層流6414.15紊流水力光滑區(qū)0.31640.250.0246混合摩擦區(qū)0.1230.0802A粗糙區(qū)00.082

13、62.3 布站根據(jù)任務書要求，選取兩種型號泵備用：表2.5 泵型號型號Q（m3/h）H（m）ZLM IP 440/0614001701200180450200400205ZLM IP 530/06160027014002901000300400315選用ZLM IP 440/06，ZLM IP 530/06計算泵的特性方程即公式：式中 Hc離心泵揚程，m液柱； Q離心泵排量，m3/h； a b常數(shù)； m管道流量壓降公式中的指數(shù)，在水力光滑區(qū)內(nèi)m=0.25，混合摩擦區(qū)中m=0.123。以柴油為例計算得知沿程管流均處于水力光滑區(qū)，故選取m=0.25計算泵的特性曲線。型號Q（m/h）Q(1.75)H

14、(m)ZLMIP440/061400320423.31701200244662.418045043966.520040035777.09205 ZLMIP530/061600404771.52701400320423.32901000177827.930040035777.09315當m取0.25時，泵的揚程與Q1.75存在線性關系，故作圖求出方程如下：因此得出ZLMIP440/06型泵的特性曲線為：Hc=-0.0001Q1.75+207.2ZLMIP530/06型泵的特性曲線為：Hc=-0.0001Q1.75+320.29當多臺泵串聯(lián)時，根據(jù)離心泵串聯(lián)組合的特點，每臺泵排量相當，均等于泵站排

15、量，泵站揚程等于各泵揚程之和，所以若有N臺泵串聯(lián)時的特性方程為：泵站的特性方程為：，其中，如果N臺型號的泵串聯(lián)工作，泵站的特性方程的常系數(shù)為：A=Na B=Nb預選的輸油泵站，在給定的任務輸量的工作條件下，泵站的進站壓力H的范圍為0.34MPA，設定本設計中泵站與分輸站不重合的進站壓頭為40m液柱，站內(nèi)損耗為10m液柱，根據(jù)此壓頭確定泵站工作壓力為：P=（HC+H）pg式中 P泵站工作壓力，MPA HC任務輸量下泵站的揚程，m H泵站進站與站損壓力和換算的液柱，m2.4 計算混油量和混油長度首站到第一個分輸站，由之前的計算知平均粘度Rj和平均流速vRj，進而可計算出該段的平均雷諾數(shù)Repj。該

16、管道內(nèi)的混油長度計算公式為： 其中：C、d、L分別為混油長度、管道內(nèi)徑和管道長度，m； 修正系數(shù)； Z濃度系數(shù)。通過查閱資料，當105Re5105且兩種油品的濃度范圍為99%1%時，二者的值分別為：=1.25 Z=1.645由此可算出混油長度C?；煊土康挠嬎愎綖椋?其中：、分別表示混油量和管道容積，。由C就可以計算得到。2.5 計算首站罐容及選罐方案2.5.1 首站設計原則首戰(zhàn)的操作包括接受來油、計量、站內(nèi)循環(huán)或者倒罐、正輸、發(fā)清管器等操作，流程較復雜。首先需要確定首戰(zhàn)油罐區(qū)各種油品所需罐容，即油罐數(shù)量和體積。儲存汽油應選用浮頂罐或內(nèi)浮頂罐，柴油可以選用固定頂罐。各種油品應設2座以上油罐，以

17、便倒罐。2.5.2 罐容計算及選罐方案首戰(zhàn)輸送油品的儲罐容積可以按照如下公式進行計算： （2.18） 其中：-每批次、每種牌號油品所需的儲罐容積，；-每種牌號油品年輸送量，；-儲存條件下每種牌號油品密度，；-油罐裝量系數(shù)。容積大于10000的固定頂罐（含內(nèi)浮頂）、浮頂罐宜取0.9；-循環(huán)次數(shù)，次數(shù)。代入計算即可求出首站三種油品所需的罐容。2.6 經(jīng)濟計算2.6.1 費用現(xiàn)值經(jīng)濟比選的方法是計算總費用現(xiàn)值P：式中 i折現(xiàn)率，取10%；A年運營經(jīng)費，按能源消耗（電力及燃料）的1.5倍計算；Sg投資建設費。則：式中 SR外購燃料費，本工程為常溫輸送，本項不考慮。SP外購動力費。通過此種方法比較出總費

18、用現(xiàn)值最少的管徑?？偝杀举M用是固定投資和運營期內(nèi)為生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務所發(fā)生的全部成本與費用之和。包含投資建設費、外購原材料費、外購輔助材料費、外購燃料及動力費、工資及福利費、折舊費、修理費、攤消費、財務費用（利息支出）、其他費用10。這里為了方便比選只考慮投資建設費、外購燃料和動力費。2.6.2 投資建設費投資建設費僅考慮管道耗材費和站場建設費。根據(jù)初選的管徑，查閱輸油管道設計與管理附錄二可得到各種規(guī)格管材的重量，乘以管材單價即可得到管道耗材費用。 式中 Sg投資建設費，元； M鋼管重量，kg；F鋼管單價，元/噸；Zg站場建設費，元。其中X60管材取5000元/噸。泵站單獨建設為6000萬元/

19、座。2.6.3 外購動力費 式中 Sp全線泵機組所消耗的電力費用，元/年；Hi第i泵站的揚程，m；ed電力價格，元/（kWh），取0.55元/（kWh）；pei第i泵站泵機組的效率，取80%；G年輸量，噸/年；np泵站數(shù)。2.7 計算依據(jù)和所參照的規(guī)范輸油管道設計與管理油氣儲運經(jīng)濟學輸油管道工程設計規(guī)范GB 50253-2003 石油天然氣工程制圖規(guī)范SY/T0003-20032.8 工藝流程圖設計說明流程說明已經(jīng)寫在流程圖的流程說明上，總的原則是按照“豎斷橫不斷的”的要求來繪制流程。各閥、罐、泵、流量計、單向閥、過濾器都有詳細編號。詳細參閱流程圖。見附件1第3章 計算書3.1 管徑選取成品油

20、管道是一條連續(xù)順序輸送多種成品油的管道，設計輸送能力560104t/a，輸送介質(zhì)包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三種油品，均按照每年（350天）25批次輸送。其中部分站下載量如下表所示：省份序號名稱進出油品量104t/a備注汽油90#汽油95#柴油0#廣東1茂名56012672362進油廣西2玉林417430下載分輸3貴港478435下載分輸4黎塘214215下載分輸5柳州8115660下載分輸6河池294223下載分輸貴州8都勻307320下載分輸9貴陽75201540下載分輸10安順328420下載分輸11晴隆3111下載分輸12盤縣174211下載分輸云南13曲靖438530下載分輸

21、14昆東92201260下載分輸15長坡49201217下載分輸根據(jù)輸送要求得到每一批每種油品的輸送量以及每個分輸站的流量：整條管道年輸送能力為560*104t，總共25個批次，每個批次輸送為23.6*104t，總輸送天數(shù)為350天，每個批次輸送天數(shù)為14天。每批次0#采油15.68萬噸，90#汽油5.04萬噸，95#汽油2.88萬噸。 計算得到第一段的理論管徑為 393.6mm,然后再在每一站卸載后進行校核使其都在經(jīng)濟流速范圍內(nèi)，為了清管的方便在真?zhèn)€管道上只進行了兩次變徑，最后根據(jù)API標準鋼管規(guī)格表選取了各鋼管內(nèi)徑，厚度和管材,如下表所示：初算各段管徑mm管段壁厚mm相對粗糙度當量粗糙度m

22、m茂名-玉林393.66.40.00050810.1玉林-貴港393.66.40.00050810.1貴港-黎塘393.66.40.00050810.1黎塘-柳州393.66.40.00050810.1柳州-河池3464.80.00072250.125河池-陸橋3464.80.00072250.125陸橋-下司3464.80.00072250.125下司-都勻3464.80.00072250.125都勻-貴陽3464.80.00072250.125貴陽-安順3464.80.00072250.125安順-晴隆301.73.150.00082860.125晴隆-盤縣301.73.150.00082

23、860.125盤縣-曲靖301.73.150.00082860.125曲靖-昆東301.73.150.00082860.125昆東-長坡301.73.150.00082860.1253.2 水力計算3.2.1 確定流態(tài)根據(jù)式以下兩式計算每一段每一種油品的雷諾數(shù)Re，以及臨界雷諾數(shù)Re1。以方案一的第一段管道的90#汽油為例，計算二者的值。 Re1=59.587=59.70.00025510287=760553.2依次可以算出各油品在不同管徑管道中的雷諾數(shù)，如表3.13所示表3.1方案一中油品雷諾數(shù)與臨界雷諾數(shù)管段編號雷諾數(shù)Re臨界雷諾數(shù)Re190#汽油95#汽油0#柴油L11503146.04

24、1505491.448146882.1832760553.2L21393094.2761395267.967136128.3091760553.2L31266937.3761268914.22123800.6973760553.2L41210569.41212458.291118292.6154760553.2L51248203.9891250151.603121970.1361585702.9L61150371.7851152166.748112410.3146585702.9L71049166.0561050803.104102520.8441585702.9L8951052.186952

25、536.14492933.4993478012.3L9822095.9574823378.700780332.34685478012.3L10810006.311811270.190479150.98881478012.3L11741498.3145742655.298772456.62657478012.3L12568213.3823569099.984355523.82797478012.3L13197464.2251197772.33519295.51468478012.33.2.2 確定任務流量下的水力坡降（1）相對粗糙度參考輸油管道設計與管理，絕對當量粗糙度e可取0.1mm，則相對粗

26、糙度為： （2）摩阻系數(shù) 同理可算出各段的摩阻系數(shù)如表3.14所示。表3.2摩阻系數(shù)摩阻系數(shù)90#汽油95#汽油0#柴油0.0103119590.0103099810.0103070.0089404910.0089387760.0090230.0074813740.0074799390.0076420.0068688120.0068674940.0070570.0153061090.0153031740.0147810.0131319770.0131294590.0128140.0110474340.0110453150.0109070.0163856170.0163824750.015656

27、0.0124647280.0124623380.0121320.0121228850.012120560.0118220.010269990.0102680210.0101280.0062314810.0062302860.0063570.0008570480.0008568830.001（3）沿程摩阻和水力坡降同理可算出各段的沿程摩阻和水力坡降如表3.15，表3.16所示。表3.3各段的沿程摩阻沿程摩阻（m）90#汽油95#汽油0#柴油1661.1531660.8351660.419762.0874761.9413769.1416482.0997482.0073492.46341008.96

28、1008.7661036.6242440.2532439.7852356.5623408.7993408.1453326.1911098.0041097.79410841553.521553.2221484.3841402.2821402.0131364.902947.4035947.2218923.8856896.7756896.6036884.3844895.9623895.7905913.961854.199754.1893163.23116表3.4各段的水力坡降水力坡降i90#汽油95#汽油0#柴油平均水力坡降0.0103119590.0103099810.0103070.010310

29、.0089404910.0089387760.0090230.0089670.0074813740.0074799390.0076420.0075340.0068688120.0068674940.0070570.0069310.0153061090.0153031740.0147810.015130.0131319770.0131294590.0128140.0130250.0110474340.0110453150.0109070.0110.0163856170.0163824750.0156560.0161410.0124647280.0124623380.0121320.0123530

30、.0121228850.012120560.0118220.0120220.010269990.0102680210.0101280.0102220.0062314810.0062302860.0063570.0062730.0008570480.0008568830.0010.000905(4) 分段摩阻由下式，第一段的分段摩阻為：同理利用平均水力坡降可求得每一段的分段摩阻如表3.18所示：表3.5分段摩阻站間編號分段摩阻（m）L11680.419L2789.1416L3512.4634L41056.624L52376.562L63346.191L71104L81504.384L921384

31、.902L10943.8856L11904.3844L12933.9618L1383.23116因為進站壓力范圍為0.3MPa4MPa，化成壓頭為40m506m。管道設計壓力為10MPa，化成壓頭為1267m。在計算每一段所需的能頭時， 在茂名站選用2臺1號泵串聯(lián)，其提供的能頭為940.9546m。而茂名站到玉林站的能頭需求是1713.179m，所以顯然需要在二者之間設一個中間泵站。我們選擇在（80.545km,45.13m）處設一個泵站，經(jīng)過該泵站加壓后，壓力滿足進出站壓力要求和管道設計要求，以此類推，進行布站。根據(jù)每段的能頭需要，進行合理的泵站設計，具體的布站方案如表3.6所示：表3.6

32、泵站布置圖序號泵站泵類型泵組合備用調(diào)節(jié)方法1茂名ZLM IP 530/06串31節(jié)流2140kmZLM IP 530/06串31節(jié)流3貴港ZLM IP 530/06串31節(jié)流4380kmZLM IP 530/06串31節(jié)流5柳州ZLM IP 440/06串52節(jié)流6河池ZLM IP 440/06串52節(jié)流7730kmZLM IP 440/06串52節(jié)流8都勻ZLM IP 440/06串52節(jié)流9920kmZLM IP 530/06串42節(jié)流10貴陽ZLM IP 440/06串31節(jié)流111030kmZLM IP 440/06串31節(jié)流121120kmZLM IP 440/06串42節(jié)流1312

33、10kmZLM IP 440/06串42節(jié)流14盤縣ZLM IP 440/06串52節(jié)流151300kmZLM IP 440/06串52節(jié)流16曲靖ZLM IP 440/06串31節(jié)流171380kmZLM IP 440/06串42節(jié)流181450kmZLM IP 440/06串52節(jié)流 3.3混油長度計算1）分析90#汽油與95#汽油，首先求出它們在170C是的粘度，對于90#汽油： v-0.4890.5941-0.489= 37.8-1737.8-15.6 得v=0.5875mm2 /s對于95#汽油： 170C時粘度為0.5866 mm2/s2）再由經(jīng)驗公式計算混油粘度：lglg(v10

34、6+0.89)=12lglg(vA106+0.89)+12lglg(vB106+0.89)代入數(shù)據(jù)得: lglg(v106+0.89)=12lglg(0.5875+0.89)+12lglg(0.5866+0.89)即v=0.58703 mm2/s3）求混油粘度對應的雷諾數(shù)：Re=1.9316*0.406/0.58703106=13359494)計算混油長度C根據(jù)輸油管道設計與管理介紹，混油長度C由以下經(jīng)驗公式計算：C=11.75d0.5L0.5Re-0.1所以，茂名-玉林段混油長度為：C=11.754060.5161.090.51135949-0.1=2318m計算得各站混油長度C如下表所示：

35、表3.7 雷諾數(shù)90#汽油-95#汽油名稱流速(m/s) 混油粘度(mm2/s)內(nèi)徑（mm）雷諾數(shù)Re分輸站間距離（km）混油長度C（m）茂名-玉林1.9316320.5870314061335949.767161.092318.761929玉林-貴港1.786760.5870314061235753.81285.241699.923619貴港-黎塘1.625790.5870314061124424.20364.441492.057743黎塘-柳州2.0338350.5870313551229939.569146.892087.660053柳州-河池1.6843350.5870313551018