石油大學(xué)華東油氣儲運(yùn)本科畢設(shè)-輸油管道初步設(shè)計

中國石油大學(xué) 華東 畢業(yè)設(shè)計 論文 中國石油大學(xué) 華東 畢業(yè)設(shè)計 論文 輸油管道初步設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 油氣儲運(yùn)工程 03 6 班 指導(dǎo)教師 史秀敏 2007 年 6 月 20 日 中國石油大學(xué) 華東 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 摘要 管線工程全長 440km 年設(shè)計最大輸量為 500 萬噸 最小輸量為 350 萬噸 管線沿程地形較為起伏 最大高差為 32m 經(jīng)校核全線無翻越點(diǎn) 在 較大輸量時可熱力越站 較小輸量時可壓力越站 輸油管采用瀝青加強(qiáng)級外保護(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 壓力過大造成的危害 首站流程包括收油 存儲 正輸 清管 站內(nèi)循環(huán) 來油計量及反輸 等功能 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 檢測系統(tǒng) 集中檢測 管理 提高操作的安全性和效率 由計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)險能 力 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 管型 輸量 熱泵站 工藝流程 中國石油大學(xué) 華東 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 ABSTRACT The whole length of the pipeline is 440 kilometer and the terrain is plan The maximum of transport capacity is 500 million ton per year and minimum of throughout is 350 million ton per year The choice of main equipment and determination of station site are based on the condition of every throughout After the technical evaluation one type of steel pipeline called L245 is select The optimum diameter is 404 6 millimeter and the wall thicket is 7 9 millimeter In order to reduce the loss of heat the pipeline is buried under the ground The pipeline is coated with 7 millimeter thick anti corrosion asphalt layer and impressed current catholic protection to protect the pipe from corrosion The process of transportation is pump to pump tight line operation Crude oil is heated at first and the pump in each station There are three 220D 65 10pumps are equipped as the transporting pump The process of flows in the station includes collecting crude oil forward transportation reverse pumping over station and circulation in the station Along the main line oil transportation included head station intermediate heating and pumping station and terminal station Through the benefit analysis and feasibility study of operation the project has a good economic benefit and the design is feasible Keywords pipeline corrosion pump to pump station analysis 中國石油大學(xué) 華東 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 1 目錄 前言 1 第 1 章 工藝計算說明書 2 1 1 設(shè)計準(zhǔn)則 2 1 1 1 設(shè)計依據(jù) 2 1 1 2 設(shè)計原則 2 1 2 設(shè)計原始數(shù)據(jù) 2 1 2 1 設(shè)計輸量 2 1 2 2 環(huán)境參數(shù) 3 1 2 3 原油物性 3 1 2 4 粘溫關(guān)系 3 1 2 5 沿程里程 高程 3 1 3 運(yùn)行參數(shù)的選取 4 1 3 1 進(jìn)出站油溫選取 4 1 3 2 其它參數(shù)選取 5 1 4 基礎(chǔ)計算及經(jīng)濟(jì)管徑選取 5 1 4 1 最優(yōu)管徑的選取 5 1 4 2 粘溫方程 6 1 4 3 總傳熱系數(shù) K 6 1 5 熱力計算 6 1 5 1 熱力計算說明 7 1 5 2 流態(tài)判斷 7 1 5 3 加熱站數(shù)確定 8 1 6 水力計算 9 中國石油大學(xué) 華東 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 2 1 6 1 確定出站油溫 9 1 6 2 沿程摩阻確定 9 1 6 3 翻越點(diǎn)判斷 10 1 6 4 泵的選型及泵站數(shù)的確定 10 1 7 站址確定及熱力 水力校核 10 1 7 1 站址確定 10 1 7 2 熱力 水力校核 11 1 8 反輸計算 13 1 8 1 反輸量的確定 13 1 8 2 反輸泵的選取 13 1 8 3 反輸?shù)倪M(jìn)出站壓力校核 13 1 9 主要設(shè)備的選擇 14 1 9 1 輸油泵的選擇 14 1 9 2 加熱爐的選擇 15 1 9 3 首末站罐容的選擇 16 1 9 4 閥門選取 16 1 9 5 管材選取 17 1 10 站內(nèi)工藝流程的設(shè)計 17 1 10 1 輸油站工藝流程 17 1 10 2 工藝流程簡介 17 第 2 章 工藝設(shè)計計算書 19 2 1 基礎(chǔ)計算 19 2 1 1 溫度計算 19 2 1 2 密度計算 19 2 1 3 流量換算 19 中國石油大學(xué) 華東 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 3 2 1 4 經(jīng)濟(jì)管徑計算 19 2 1 5 管材選取 20 2 1 6 粘溫方程 20 2 1 7 流態(tài)判斷 21 2 1 8 總傳熱系數(shù) K 22 2 2 最小輸量下的工況計算 23 2 2 1 熱力計算 23 2 2 2 水力計算 24 2 3 最大輸量下的工況計算 26 2 3 1 熱力計算 26 2 3 2 水力計算 27 2 4 站址確定及熱力 水力校核 28 2 4 1 站址確定 28 2 4 2 熱力 水力校核 30 2 5 反輸計算 33 2 5 1 反輸量確定 33 2 5 2 翻越點(diǎn)判斷 33 2 5 3 開泵方案 34 2 5 4 壓力校核 34 2 6 設(shè)備選型 35 2 6 1 加熱爐的選擇 35 2 6 2 輸油主泵的選擇 35 2 6 3 給油泵選擇 35 2 6 4 反輸泵的選擇 36 2 6 5 儲油罐的選擇 36 2 6 6 原動機(jī)的選擇 36 中國石油大學(xué) 華東 本科畢業(yè)設(shè)計 論文 4 2 6 7 閥門 37 2 7 開爐開泵方案 37 2 7 1 最大輸量下 37 2 7 2 最小輸量下 38 結(jié)論 39 致謝 40 參考文獻(xiàn) 41 前言 1 前言 長輸管道設(shè)計是對油氣儲運(yùn)專業(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 也是對其專業(yè)知識學(xué)習(xí)的一次綜合考驗 此設(shè)計管材采用 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 反輸計算 站內(nèi)工藝流程設(shè)計和開爐開泵方案 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)計中 自己學(xué)到了 許多平常課堂無法學(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 而且對管輸設(shè)計有了更深刻的理解和掌握 為以后的工作打下夯實的 基礎(chǔ) 由于自己水平有限 難免存在疏漏和錯誤之處 希望老師和同學(xué)們 多批評 指正 第 1 章 工藝說明書 2 第 1 章 工藝計算說明書 1 1 設(shè)計準(zhǔn)則 1 1 1 設(shè)計依據(jù) 輸油管道初步設(shè)計 任務(wù)書 中國石油大學(xué)儲運(yùn)教研室 輸油管道工程設(shè)計規(guī)范 GB 50253 2003 石油庫設(shè)計規(guī)范 GBJ 74 工程管道安裝手冊 中國石化出版社 輸油管道設(shè)計與管理 中國石油大學(xué)出版社 1 1 2 設(shè)計原則 1 設(shè)計中貫徹國家有關(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 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)計原始數(shù)據(jù) 1 2 1 設(shè)計輸量 第 1 章 工藝說明書 3 最大輸量為 500 萬噸 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 7080901001001001001001001001009080 1 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 20 的密度 885kg m 3 初餾點(diǎn) 85 反常點(diǎn) 32 凝固點(diǎn) 28 比熱 2 1kJ kg 燃油熱值 4 18 10 kJ kg 4 1 2 4 粘溫關(guān)系 見表 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 423 321 1 2 5 沿程里程 高程 數(shù)據(jù)見表 1 3 第 1 章 工藝說明書 4 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 2830444850352518 1 3 運(yùn)行參數(shù)的選取 1 3 1 進(jìn)出站油溫選取 1 出站油溫 R T 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)驗數(shù)據(jù) 初步確定出站溫度 65 R T 2 進(jìn)站油溫 Z T 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)都會隨熱處理條件不同而不同 故應(yīng)在熱處理實驗的基礎(chǔ)上 考慮最 優(yōu)熱處理條件及經(jīng)濟(jì)比較來選擇進(jìn)出站溫度 綜合考慮 借鑒經(jīng)驗數(shù)據(jù) 初步設(shè)計進(jìn)站溫度 33 Z T 3 平均溫度 pj T 有上面得到進(jìn)出站油溫計算平均溫度可采用下式 第 1 章 工藝說明書 5 1 1 ZRpj TTT 3 2 3 1 式中 平均油溫 pj T 加熱站的出站 進(jìn)站溫度 R T Z T 1 3 2 其它參數(shù)選取 1 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 降低了輸油的動力消耗 但同時也增加了管 路的建設(shè)費(fèi)用 根據(jù)目前國內(nèi)加熱輸油管道的實際經(jīng)驗 熱油管道的經(jīng)濟(jì) 流速在 1 0 2 0m s 范圍內(nèi) 經(jīng)過計算 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 406 4 壁厚 7 9mm 1 密度計算 1 20 20 t t 2 式中 溫度為 及 時的油品密度 kg m t t20 3 原油在 20 時的密度 20 885 m3 20 溫度糾正系數(shù) kg 3 m 20 001315 0 825 1 2 初選經(jīng)濟(jì)管徑 1 3 v Q d x 4 3 反算經(jīng)濟(jì)管徑 第 1 章 工藝說明書 6 1 v 2 4 d Q 4 式中 流速 m s 管道內(nèi)直徑 md 1 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 T 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 管外壁周圍土壤的傳熱 1 KD 1 11 1 D i 2 1 i i D D 1 w D 2 1 6 2 1 1 D 2h D 2h 2 2 w t w t w t D 7 當(dāng) w t D h 2 時 2 1 w t D 4h 2 w t D 8 式中 Di Di 1 鋼管 瀝青防腐層的內(nèi)徑和外徑 m i 導(dǎo)熱系數(shù) w m Dw 管道最外圍的直徑 m 1 油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù) w m2 2 管壁至土壤放熱系數(shù) w m2 第 1 章 工藝說明書 7 t 土壤導(dǎo)熱系數(shù) w m ht 管中心埋深 1 5m 1 5 熱力計算 對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)熱油沿管路流動時 溫度不斷降 低 粘度不斷增大 水力坡降也不斷變化 計算熱油管道的摩阻時 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)計管路時 必須先進(jìn) 行熱力計算 然后進(jìn)行水力計算 此外 熱油管的摩阻損失應(yīng)按一個加熱 站間距來計算 全線摩阻為各站間摩阻之和 1 5 1 熱力計算說明 埋地不保溫管線的散熱傳遞過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)和管外壁至周圍土壤的傳熱 由于本設(shè)計中所 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 第 1 章 工藝說明書 8 的放熱系數(shù) 2 1 值在紊流狀態(tài)下對傳熱系數(shù)k值的影響可忽略 由于本設(shè) 計中所輸介質(zhì)為高粘原油 故而在熱力計算中考慮了摩擦生熱對溫升的影 響 計算中周圍介質(zhì)的溫度 0 T 取最冷月土壤的平均溫度 以加權(quán)平均溫度 作為油品的物性計算溫度 由于設(shè)計流量較大 據(jù)經(jīng)驗 將進(jìn)站溫度取為 33 z T 出站溫度取為 65 R T 然后由蘇霍夫公式計算站間距 R L 從而進(jìn)一步求得加熱站數(shù)N 1 5 2 流態(tài)判斷 Re 1 dv Q 4 9 臨界雷諾數(shù) Re1 1 7 8 7 59 10 e 0 1 1 11 d e2 式中 d 內(nèi)徑 m e 管內(nèi)壁絕對粗糙度 m 經(jīng)計算 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 a 1 bTT bTT Z R 0 0 R l l 12 i 1 m mm d Q 5 2 13 式中 b 1 a GC DK Ca Gi 14 第 1 章 工藝說明書 9 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 1 kJ kg i 水力坡降 m 由流態(tài)確定 因為處于水力光滑區(qū) m 0 25 0 0246 Q 體積流量 m3 s 由式 1 13 1 14 005148 0 3906 0 10275 45 13313 0 0246 0 75 4 25 0 675 1 i 5 3 min 10218 1 101 274 115 4204 0 14 3 2432 2 CG Dk a w b972 1 4204 0 2432 2 8 9005148 0 74 115 min w DK igG 則得站間距km56 59 972 1 133 972 1 165 ln 10218 1 1 6 R L 加熱站數(shù)39 7 56 59 440 R L L N 化整取 即初定八個加熱站 所以加熱站間距 55km 8 N R l 8 440 1 6 水力計算 當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時 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)過計算 確定出站油溫 為 62 87 由粘溫關(guān)系得出粘度等數(shù)據(jù) 為以后計算打好基礎(chǔ) 為了便于 計算和校核 本設(shè)計中將局部摩阻歸入一個加熱站的站內(nèi)摩阻 而忽略了 站外管道的局部摩阻損失 第 1 章 工藝說明書 10 1 6 1 確定出站油溫 不能忽略摩擦熱的影響 用迭代法計算最大輸量下的出站油溫 TR TR T0 b TZ T0 b eal 1 15 i 1 m mm d Q 5 2 16 式中 m 由流態(tài)確定 水力光滑區(qū) m 0 25 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 QZ ZZZ 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 QZff QZ ZZiLH ZZiLH 111 比較 H 與的大小 1f H 若則全程不存在翻越點(diǎn) 反之則存在 HH f 1 1 6 4 泵的選型及泵站數(shù)的確定 因為流量較小 沿線地勢較平坦 且從經(jīng)濟(jì)角度考慮并聯(lián)效率高 便 于自動控制優(yōu)化運(yùn)行 所以選用并聯(lián)方式泵 選型并根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中的已知條件 選 200D 65 10 泵 泵的特性方程 H 795 0 Q1 75 1 18 額定流量 280m h 3 1 74 計算管道全線摩阻確定站內(nèi)泵的個數(shù) 第 1 章 工藝說明書 11 H 1 01iL Z 式中 Z 起終點(diǎn)高差 m 確定泵站數(shù) Np 1 19 m hH H 總 經(jīng)計算 需要設(shè) 7 個泵站 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 出站壓力不超過管線承壓能力 所以確定設(shè) 8 個熱泵站且平均布置無須進(jìn)行調(diào)整站址如下表 1 4 表 1 4 布站情況表 站號站類型里程 km 高程 m 1熱泵站018 2熱泵站5533 3熱泵站11023 4熱泵站16533 第 1 章 工藝說明書 12 5熱泵站22024 6熱泵站27532 7熱泵站33046 8熱泵站38540 1 7 2 熱力 水力校核 由于對站址的綜合考慮 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 對以其輸量校核時 應(yīng)固定進(jìn)站油溫為 根據(jù)初算時的值和值反算得出站溫度 此時的值和33 Z Tba R Ta 值都是估算值 需進(jìn)一步校準(zhǔn) 由于對值影響較大的是油品粘度 因bb 而根據(jù)之前所得數(shù)據(jù)計算出平均溫度下的油品粘度 進(jìn)而得到水力坡降 i 并由水力坡降 計算出值和值 再取進(jìn)站溫度為 34 根據(jù)所得的和ibaa 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b 60 經(jīng)過以上校核 又因是平均布站 故各站進(jìn)出站壓力一樣 2 動水壓力校核 動水壓力是指油流沿管道流動過程中各點(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 第 1 章 工藝說明書 13 進(jìn) P m 5025 19525 3976 5575 7557 94534 1430 33542 53 出 P m 617 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 進(jìn) P m 50 75 78 35 41 43 84 32 47 出 P m 681 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后 由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力 由縱 斷面圖可知動水壓力也滿足輸送要求 4 壓力越站校核 為了節(jié)約動力費(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 并對其的進(jìn)出站壓力進(jìn)行 確定以滿足要求 對于壓力越站而言 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 壓力越站的計算目的是計算出壓力越站時需要的最小輸量 并根據(jù)此 輸量計算越站時所需壓力 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 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 反輸計算 在下列情況下需要進(jìn)行反輸計算 1 輸量低于最小設(shè)計輸量時 需正反輸以滿足輸送要求 2 管線投產(chǎn)時 需設(shè)正反輸以預(yù)熱管線 3 管線停輸時 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)計中 根據(jù)實際情況的最小輸量為反輸輸量 第 1 章 工藝說明書 14 1 20 0min 0max min TT TT cl DlK G z R n R 由式 1 20 知 kg s 7 118 133 187 62 ln1 2 10554064 0 14 3 2432 2 3 m G 70 115 74kg s max G min G 所以 G 115 74kg s min Q 0 13313m 479 28 h min s 33 m 1 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 末站反輸泵不宜過大 經(jīng)計算知可選用并聯(lián)泵 泵參數(shù)的選取見后計算 書 1 8 3 反輸?shù)倪M(jìn)出站壓力校核 如下表 1 7 表 1 7 反輸量時各站進(jìn)出站壓力 末站8765432首站 m 進(jìn) P50 76 09 70 7 53 3 40 m 出 P704 66 658 3 653 636 經(jīng)計算各站進(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 第 1 章 工藝說明書 15 主泵的正常吸入 由于本次設(shè)計的輸量較大 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 可供選擇的輸油泵類型有離心泵和往復(fù)泵 原動機(jī)主要有電動 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 臺泵 其中一臺備用 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 配用效率高的電動機(jī)為原動機(jī) 5 效率高 價格低 能充分利用現(xiàn)有資源 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 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 故所選輸油主泵為 200D 65 10 H 795 0 Q 75 1 額定流量 280m h 3 1 74 選泵方案見后計算書 反輸泵 管道在以下兩種情況下需要反輸 1 輸量不足 需要正反輸交替來活動管道以防止凝管 2 出現(xiàn)事故工況時進(jìn)行反輸 如末站著火 第 1 章 工藝說明書 16 主要考慮資源利用問題所以選用輸油主泵充當(dāng) 經(jīng)計算滿足要求 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化 程度較高的熱站 在本設(shè)計中考慮實際情況后 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 各站宜選用兩臺以上加熱爐 3 每個加熱站不得小于 2 臺加熱爐 加熱爐型號差異不宜過 多 加熱站的熱負(fù)荷由下面的公式計算 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調(diào)節(jié)來油 收油 轉(zhuǎn)運(yùn) 單位與管道的輸量 不平衡 罐容較大 由實際輸量的要求 首 末站各設(shè) 20000m 的油罐 3 3 座 容積由下式確定 第 1 章 工藝說明書 17 V K 1 20 350 G 式中 V 輸油首站 輸入站 分輸站 末站原油儲罐總?cè)萘?m 3 G 輸油首站 輸入站 分輸站 末站原油年總運(yùn)轉(zhuǎn)量 m 3 k 原油儲備天數(shù) d 首站 3d 末站 4d 儲油溫度下的原油密度 t m 3 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 20000 立方米的浮頂罐 1 9 4 閥門選取 根據(jù)規(guī)范及各種閥門的用途 站內(nèi)選用的閥門類型如下 1 油罐上的閥門用手動閘閥 2 泵入口用手動閘閥 3 串聯(lián)泵出口用閘閥 4 出站處設(shè)調(diào)節(jié)閥閥組 5 為防止泵出口管線超壓 泵出口管線上設(shè)高壓泄壓閥 6 熱泵站設(shè)低壓泄壓閥 7 清管器收發(fā)球筒與站間管線連接用球閥 閥門選用規(guī)格 1 閥門的公稱直徑應(yīng)與管線的公稱直徑相同 2 閥門的公稱壓力應(yīng)大于閥門安裝處的壓力 1 9 5 管材選取 輸油管道所采用的鋼管材質(zhì)應(yīng)根據(jù)使用壓力 溫度 原油物性等因素 第 1 章 工藝說明書 18 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)計采用 L245 鋼 1 10 站內(nèi)工藝流程的設(shè)計 輸油站的工藝流程是指油品在站內(nèi)的流動過程 實際上是由站內(nèi)管道 器件 閥門所組成的 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 流程盡量簡單 充分發(fā)揮設(shè)備性能 節(jié)約 投資 減少經(jīng)營費(fèi)用 1 10 1 輸油站工藝流程 1 首站 接受來油 計量 站內(nèi)循環(huán)或倒罐 正輸 向來油處反輸 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 工藝流程簡介 1 來油計量 來油 計量 閥組 2 站內(nèi)循環(huán)及倒罐 第 1 章 工藝說明書 19 罐 閥組 泵 加熱爐 閥組 罐 3 正輸 首站 上站來油 閥組 給油泵 加熱爐 主輸泵 下站 4 反輸 下站來油 閥組 給油泵 加熱爐 主輸泵 上站 5 壓力越站 來油 閥組 加熱爐 下站 6 熱力越站 來油 閥組 泵 閥組 下站 7 全越站 來油 閥組 下站 8 收發(fā)清管球 收球 來油 收球筒 閥組 爐 閥組 下站 發(fā)球 來油 閥組 爐 泵 閥組 發(fā)球筒 下站 各工藝流程的具體設(shè)計見各工藝流程圖 第 2 章 工藝計算書 19 第 2 章 工藝設(shè)計計算書 2 1 基礎(chǔ)計算 2 1 1 溫度計算 根據(jù)凝點(diǎn)和輸送要求 及管線的實際情況和經(jīng)驗等因素 設(shè)定進(jìn)出站 油溫分別如下 TZ 33 TR 65 由式 1 1 45 33 3 2 65 3 1 pj T 2 1 2 密度計算 根據(jù) 20 時的油品密度式換算成溫度下的密度 由式 1 2 kg m 661225 0 885001315 0 825 1 3 1 825 0 T 20 pj 20 20 pj T 20 20 pj 885 1 825 0 885 43 67 20 869 35kg m 3 2 1 3 流量換算 體積流量 2 G Q 1 由式 2 1 165 34 s 360024350 10500 7 max G 70 115 74 s min G max G Qmax G 165 34 869 35 0 19019m s 684 68m h 33 Qmin G 115 74 869 35 0 13313m s 479 28m h 33 2 1 4 經(jīng)濟(jì)管徑計算 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 第 2 章 工藝計算書 20 在 Qmax 下 v 1 0m s 時 d 0 4922m 1 03 14 0 190194 v 2 0m s 時 d 0 3481m 2 03 14 0 190194 在 Qmin 下 v 1 0m s 時 d 0 4118m 1 03 14 0 133134 v 2 0m s 時 d 0 2912m 2 03 14 0 133134 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 6 390 d 4 406 D 2 反算經(jīng)濟(jì)流速 由式 3 1 可得 2 4 d Q v sm d Q v 59 1 3906 0 19019 0 4 4 22 max 1 sm d Q v 11 1 3906 0 13313 0 4 4 22 min 2 都在 1 0 2 0m s 范圍內(nèi) 故確定經(jīng)濟(jì)管徑為mm 1 v 2 v9 7 4 406 2 1 5 管材選取 計算最大承壓 由 2 2 K PD 2 式中 K 計算系數(shù) K 0 72 焊縫系數(shù) 1 0 得 P 6 86MPa D K 2 4 406 9 72450 172 0 2 2 1 6 粘溫方程 第 2 章 工藝計算書 21 表 2 1 粘溫關(guān)系式計算表 溫度 3235404550556065 粘度 cp 6053 444 136 43026 423 321 2 X 10241225160020252500302536004225 lgu1 77821 72751 64441 56111 47711 42161 36741 3222 運(yùn)用最小二乘法得 由上表知 382Xi 2995 12Yi 4204 573 XiYi 根據(jù)公式 lgu A BT 0141136 0 192248382 4204 5738409 4698 2 22 XinXi XiYinYiXi B 21136 2 8 3820141136 02995 12 n A XiBYi 所以 lgu 2 21136 0 T 2 3 2 1 7 流態(tài)判斷 由粘溫公式 2 3 知 T 43 67 時 pj 則油品的動力粘度 u 39 36cp 又因油品的運(yùn)動粘度 275 45 pj vsm 10 26 根據(jù)相對粗糙度 d e2 式中 絕對粗糙度 mm e 根據(jù) 輸油管道工程設(shè)計規(guī)范 推薦值 e 0 10mm 第 2 章 工藝計算書 22 0005 0 6 390 1 02 5 1052 3 5 59 Re 7 8 3 6 min min 105899 9 10275 453906 0 14 3 13313 0 44 Re pj d Q 3 6 max max 10700 13 10275 453906 0 14 3 19019 0 44 Re pj d Q 3000 Re Re Re minmax 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) 0246 0 25 0 m 2 1 8 總傳熱系數(shù) K 1 管外壁至大氣放熱系數(shù)確定 2 1 2 1 2 2 ln 2 Dw ht Dw ht Dw t 7 紊流時管內(nèi)放熱系數(shù) 對 K 影響很小 可忽略 土壤導(dǎo)熱系數(shù) 1 1 4 w m 管中心埋深 h 1 5m 瀝青防腐層一般 6mm 9mm 由 t t 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mm7 導(dǎo)熱系數(shù)為 W m L 15 0 2 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 m4204 0 0007 0 24064 0 2 Lw DD 257 3 4204 0 5 1 w t D h 可按下式確定 2 w t w t D h D 4 ln 2 2 第 2 章 工藝計算書 23 式中 土壤的導(dǎo)熱系數(shù) 由于本設(shè)計中土壤為含水 15 的亞粘土 t W m 4 1 t 2 則 W m w t w t D h D 4 ln 2 2 5055 2 4204 0 5 14 ln4204 0 4 12 2 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)計中采用不保溫輸 送 對于無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 K 2 4 21 11 1 i i K 式中 油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù) W m 1 2 第 層的厚度 m i i 第 層的導(dǎo)熱系數(shù) W m i i 2 管外壁至土壤的放熱系數(shù) W m 2 2 因為各種流量下的流態(tài)均處于水力光滑區(qū) 油流對管壁的傳熱可以忽 略 則 1 0 鋼管壁導(dǎo)熱熱阻很小 也可忽略 a 式 2 2 可化簡為 2 5 2 1 1 L L K W m 2432 2 5055 2 1 15 0 007 0 1 K 2 2 2 最小輸量下的工況計算 2 2 1 熱力計算 1 考慮油流摩擦而引起的溫升 b 當(dāng)油流在管道中流動時 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使油溫有所上升 即會 第 2 章 工藝計算書 24 引起溫升 b 溫升 1 14 w DK Gig b 其中水力坡降 1 13 m mm d Q i 5 2 水力光滑區(qū) 0246 0 25 0 m 根據(jù)式 1 13 1 14 得 005148 0 3906 0 10275 45 13313 0 0246 0 75 4 25 0 675 1 i 5 3 min 10218 1 101 274 115 4204 0 14 3 2432 2 CG Dk a w b972 1 4204 0 2432 2 8 9005148 0 74 115 min w DK igG 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) mZZiLH mZZiLH QZff QZ 316 1921185010367005148 0 12 2265181810440005148 0 3 3 111 HH f 1 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 bTT bTT a L Z R R 0 0 ln 1 則得站間距km56 59 972 1 133 972 1 165 ln 10218 1 1 6 R L 加熱站數(shù)39 7 56 59 440 R L L N 化整取 即初定八個加熱站 8 N 2 2 2 水力計算 1 時按平均布站反算出站溫度8 N 第 2 章 工藝計算書 25 km55 8 440 21 RR LL 設(shè) 33 Z T972 1 b R aL 0Z0R ebTTbTT 65 61972 1 133972 1 1 35 105510218 1 eTR 則 55 4233 3 2 65 61 3 1 pj T 6108 1 55 420141136 0 21136 2 lg cp8156 40 pj kg m 089 8702055 42885 0 001315 1 825 885 pj 3 smQpj 13313 0 089 870 74 115 3 m s 6 3 1091 46 089 870 108156 40 pj 2 005187 0 3906 0 1091 46 13313 0 0246 0 75 4 25 0 675 1 i 5 10218 1 a 987 1 4204 0 2432 2 005187 0 8 974 115 b km023 55 987 1 133 987 1 155 42 ln 10218 1 1 ln 1 5 0 0 bTT bTT a L Z R R 取整99 7 023 55 440 R R L L N8 R N km55 8 440 R L 65 6163 61987 1 13987 1 1 35 105510218 1 eTR 取 65 61 R T 同理 55 4233 3 2 65 61 3 1 pj T 3 089 870mkg pj hmsmQ 872 478 13302 0 089 870 74 115 33 min 2 泵站數(shù)確定 第 2 章 工藝計算書 26 由以上判斷在最小輸量下可選擇 200D 65 10 泵 兩臺并聯(lián) 一臺備 用 其特性方程是 75 1 006415 0 795QH 1 74 mh51 701 2 872 478 006415 0 795 全線摩阻 m103 2305181810440005148 0 01 1 01 1 3 QZ ZZiLH 最小輸量下的泵站數(shù) 取整 N 436 3 51 701 3 1 2305 m hh H N 故在最小輸量下應(yīng)設(shè)四個泵站 2 3 最大輸量下的工況計算 2 3 1 熱力計算 1 確定 i a b 值 由公式 1 13 1 14 同理得 009611 0 3906 0 10275 45 19019 0 0 0246 0 75 4 25 0 675 1 max i 6 3 max 10528 8 101 234 165 4204 0 14 3 2432 2 CG Dk a w 259 5 4204 0 2432 2 8 9009611 0 34 165 max w DK igG b 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) mZZiLH mZZiLH QZff QZ 237 3559185010367009611 0 84 4228181810440009611 0 3 3 111 HH f 1 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 bTT bTT a L Z R R 0 0 ln 1 第 2 章 工藝計算書 27 則得站間距km28 92 259 5 133 259 5 165 ln 10528 8 1 5 R L 加熱站數(shù)77 4 28 92 440 R L L N 整取 即初定五個加熱站 5 N 2 3 2 水力計算 1 5 N 時按平均布站反算出站溫度 km88 5 440 21 RR LL 已知 a 8 528 33 Z T 6 10 259 5 b R aL ZR ebTTbTT 00 90 62259 5 133259 5 1 36 108810528 8 eTR 則 97 4233 3 2 90 62 3 1 pj T 604899 1 97 420141136 0 21136 2lg cp262 40 kg m 81 8692097 42885 0 001315 1 825 885 pj 3 hmsm G Q pj 324 684 19009 0 81 869 34 165 33max max sm pj 1029 46 81 869 10262 40 26 3 009648 0 3906 0 1029 46 19009 0 0246 0 75 4 25 0 675 1 i 6 10528 8 a 279 5 4204 0 2432 2 009658 0 8 934 165 max w Dk giG b km05 88 279 5 133 279 5 190 62 ln 10528 8 1 ln 1 6 0 0 bTT bTT a L Z R R 取整997 4 05 88 440 R R L L N5 R N km88 5 440 R L 第 2 章 工藝計算書 28 90 6287 62279 5 13279 5 1 36 108810528 8 eTR 故取 87 62 R T 同理 96 4233 3 2 87 62 3 1 pj T 3 82 869mkg pj hmsmQ 324 684 19009 0 82 869 34 165 33 max sm