管道輸送工藝課程設(shè)計(jì)-某熱油管道工藝設(shè)計(jì)

1、重慶科技學(xué)院管道輸送工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院：石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí):油氣儲(chǔ)運(yùn)升-13學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào):設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位） 石油與安全大樓k802設(shè)計(jì)題目：某熱油管道工藝設(shè)計(jì)完成日期：2017年1月6日指導(dǎo)教師評(píng)語：成績（五級(jí)記分制）：指導(dǎo)教師（簽字）：目錄1總論31. 1設(shè)計(jì)依據(jù)及原則31. 1. 1設(shè)計(jì)依據(jù)31. 1.2設(shè)計(jì)原則31. 2總體技術(shù)水平32設(shè)計(jì)參數(shù)42. 1管道設(shè)計(jì)參數(shù)42. 2原油物性42. 3設(shè)計(jì)輸量42. 4其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)42.5 1程概況43工藝計(jì)算63.1采用的輸送方式63. 2管道規(guī)格63. 2. 1平均溫度63. 2.2油品密度63. 2. 3流量計(jì)算73

2、. 2.4油品粘度73. 2.5管道內(nèi)徑73. 2. 6壁厚73. 2. 7管道外徑83. 2. 8驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)流速93. 3熱力計(jì)算93. 3. 1雷諾系數(shù)93. 3. 2總傳熱系數(shù)93. 3. 3原油比熱容103. 3. 4加熱站布站113. 3.5水力計(jì)算133. 3. 6計(jì)算摩阻1334選用泵的型號(hào)133. 4. 1原動(dòng)機(jī)的選型143. 4. 2加熱設(shè)備選型1435 站場布置1436校核動(dòng)靜壓力163.6. 1判斷翻越點(diǎn)163. 6. 2動(dòng)水壓力校核173. 6. 3靜水壓力校核173. 7最小輸量174設(shè)計(jì)結(jié)果19參考文獻(xiàn)20摘要易凝、高黏油品當(dāng)其凝點(diǎn)高于管道周圍環(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下

3、油流黏度 很高，不能直接輸送，必須采用措施降黏、降凝。加熱輸送是冃前最常用的的方 法，即將原油加熱、加壓后進(jìn)入管道，通過提高原油輸送溫度使油品黏度降低， 減少管路摩阻損失，使管內(nèi)最低油溫維持在凝點(diǎn)以上，保證安全輸送，本設(shè)計(jì)根 據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求并以及相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別對(duì)輸油管 線所采用輸送方式，管道規(guī)格及選材，加熱設(shè)備的選型，泵機(jī)組的選型及泵站、 熱站的布置位置進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行校驗(yàn)。關(guān)鍵詞：熱油 管道 輸送 工藝設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)依據(jù)及原則1.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)(1) 國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；(2) 相似管道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；(3) 設(shè)計(jì)任務(wù)書。1. 1.2設(shè)計(jì)原則(1) 嚴(yán)

4、格執(zhí)行現(xiàn)行國家、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。(2) 采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，建立新 的管理體制，保證工程項(xiàng)目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長期平穩(wěn)運(yùn) 行。(3) 節(jié)約用地，不占或少占良田，合理布站，站線結(jié)合。站場的布置要與 油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊發(fā)展緊密結(jié)合。(4) 在保證管線通信可靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低工程 投資。提高自控水平，實(shí)現(xiàn)主要安全性保護(hù)設(shè)施遠(yuǎn)程操作。(5) 以經(jīng)濟(jì)效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險(xiǎn)投資，力爭節(jié)約基 建投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。1 - 2總體技術(shù)水平采用高壓長距離全密閉輸送工藝，整體工藝達(dá)到國內(nèi)較為先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)水 平2設(shè)計(jì)參數(shù)2.

5、1管道設(shè)計(jì)參數(shù)最大運(yùn)行壓力6. 5mpa,末站剩余壓頭70m,局部摩阻為沿程摩阻的l 2%,進(jìn)站溫度控制在33°c,最高輸送溫度70°c,最低輸送溫度30°co2. 2原油物性20“c相對(duì)密度0. 854, 50°c粘度7. impa. s,粘溫指數(shù)0.038。2. 3設(shè)計(jì)輸量年輸量為220萬噸。2. 4其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1) 保溫層(聚氨酯膠泡沫塑料)46価，土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.2w/(m. °c)o(2) 管道埋地深1.4m；(3) 管道埋深處平均地溫:=6.6cc)2 + 4 + 5 + 7 + 8 + 8.5 + 10 + 11 + 8 +

6、 7 + 5 + 3.512(4) 年輸送天數(shù):350天。2.5 1程概況某油田計(jì)劃鋪設(shè)一條280公里、年輸量為220萬噸的熱油管道，管線經(jīng)過區(qū) 域地勢起伏較大（里程和高程見表）。表2.1地溫資料月份123456789101112地溫。c24l788.510118753.5表2. 2高程數(shù)據(jù)里程（km ）0.070.0100.0150.0200.0280.0高程（m ）750800820s1079()7603工藝計(jì)算3. 1采用的輸送方式密閉輸送也叫“從泵到泵”輸送，這種輸油工藝中，中間輸油站不設(shè)供暖沖 用的旁接油罐，上站來油全部直接進(jìn)泵。其特點(diǎn)是：整條管道構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的密 閉的水力系統(tǒng)，可充

7、分利用上站余壓，節(jié)省能量，還可以基本屮間站的輕質(zhì)油蒸 發(fā)損耗；但對(duì)自動(dòng)化程度和全線集中監(jiān)控要求較高；存在水擊問題，需要全線的 水擊監(jiān)測與保護(hù)。長距離輸油管道的離心泵大都采用“從泵到泵”的方式?，F(xiàn)代 的管線均為密閉輸送方式，如我國近些年建成的鐵大線、東黃復(fù)線等。所以本設(shè) 計(jì)的輸送方法為加熱密閉輸送方式。3. 2管道規(guī)格3. 2. 1平均溫度円 33 z（4.1）式屮：tr,t加熱站的起點(diǎn)，終點(diǎn)溫度，°co12t =-x33 + -x70-58刃33c3.2.2油品密度pt =02（）-§（20）（4 2）式屮：“亠20溫度tt及20°c時(shí)的油品密度，kg/m；溫度系

8、數(shù)。 = 1.825-0.001315妙（）,kg /（m3 °c）o = 1.825-0.001315 x 854 二 0.70199kg /（亦 °c）= 854 一 0.70199（58 - 20） = 827 kg / m33. 2. 3流量計(jì)算"px 粽:;600皿88心式中：g年任務(wù)質(zhì)量輸量，10h/d；q體積流量，” /s ；q油品平均溫度的密度，kg/n?；3.2. 4油品粘度油品黏度計(jì)算公式為:(4.3)式中：%運(yùn)動(dòng)粘度;久粘溫指數(shù);則根據(jù)式4. 3代入數(shù)據(jù)有:妝=7.1xl(尸 x 嚴(yán)曲(55)=6i3xl(f62/s8543.2.5管道內(nèi)徑d

9、 =4q7tv(4.4)式中：q體積流量，17經(jīng)濟(jì)流速，經(jīng)濟(jì)流速取值范圍是廣2之間。假設(shè)17 二 1. 6m/so型哩=0.2653.14x1.63. 2. 6壁厚(4.5)式中:p管線設(shè)計(jì)的工作壓力,mpa；d管線內(nèi)徑，mm；0焊縫系數(shù)：無縫鋼管°二1 ,其中：直縫管和螺旋焊縫鋼管 螺旋埋弧焊鋼管©二0.9。6剛性屈服極限，mpa（查表1）；c腐蝕余量，根據(jù)所輸介質(zhì)腐蝕性大小取值，當(dāng)所輸油、氣中不含腐 蝕性物質(zhì)時(shí)c二0,當(dāng)所輸油、氣中含腐蝕性物質(zhì)時(shí)c二0. 51. 0mm；f設(shè)計(jì)系數(shù)（查表2）。6.5x2652x353x0.72x1+ 0 = 3.9mm表2. 1鋼管材質(zhì)

10、優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼a3f低合金鋼16mnap1s-sl1020x52x60x65x70mpa205245235353358413448482表2.2管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣ft1站內(nèi)部、穿跨越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬w20m）輸油管線0. 720. 60輸氣管線0. 600. 503. 2. 7管道外徑d = d+ 23（4. 6）式中：d管道內(nèi)徑，mm；力一管道壁厚，mmod = 265 + 2x3.9 = 212.smm表3. 1dn外徑（mm）壁厚（mm）重量(kg/m)壁厚（mm）重量(kg/m)2002196.031.54&041.632502737.045. 929.05

11、3. 593003258.062. 5411.085. 18根據(jù)上表選擇公稱直徑為250,外徑為273mm,壁厚為7価。3. 2. 8驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)流速根據(jù)選擇管道,內(nèi)徑 d = 273 2x7 = 259mm4q_ 4x0,088兀v v 3.14v= 0.259經(jīng)濟(jì)流速滿足在廣2之間，所以，選擇的管道0273x7符合。3. 3熱力計(jì)算3. 3. 1雷諾系數(shù)re =處=% °088 = 706077idv 3.14x0.259x6.13x10"因?yàn)椋?0607 > 3000,所以成紊流狀態(tài)。選取硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為保溫材料，第一層低合金鋼管，16ln是低合 金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)

12、鋼，是一個(gè)舊的牌號(hào)，舊的國標(biāo)號(hào)是gb/t 1591-1988o在現(xiàn)在的 新國標(biāo)gb/t 1591-1994中，16mn對(duì)應(yīng)的是q345,它的熱導(dǎo)系數(shù)：56w/（m，c）o 第二層保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.027"/（。0。保溫材料厚度為4050mm。假設(shè)取 厚度為46mmo3. 3. 2總傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)ax7id2 祝dt$ 加入(4.7)總傳熱系數(shù)(4.8)k = kl7id式中：d管內(nèi)徑，m；。一第i層的外徑，叫第i層的內(nèi)徑，m； 久一最外層的管外徑，叫d管徑，m。若$ 勺，d取外徑；若。嚴(yán)色，d取算數(shù)平均值；若°|冷， d取內(nèi)徑。油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)少，在紊流情況下比

13、層流時(shí)大得多，通常情 況下大都大于i°°w/(fc)。因此在紊流情況下，0對(duì)總傳熱系數(shù)的影響很小， 可忽略不計(jì)，而在層留情況下就必須計(jì)入。管最外層至周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)°2。2入當(dāng)+dwa2 =dw ln式中:&-土壤導(dǎo)熱系數(shù)，w/(mc)； 勺-管中心埋深,m； 幾-最外層的管外徑，叭2x1.2o38,lnowj(ow)2-1丄+二a、7id2兀人jm型+i比吐1+i二 2x3.14x562592x3.14x0.0270.2732.7x3.14x0.381二0. 57k = k0d = 0.57 x3.14x 0.273 = 0.493.3.3原油比熱容原

14、油和石油產(chǎn)品的比熱容通常在1. 625kj/(kg °c)之間。 15'c時(shí)原油的相對(duì)密度為：15 _ 020 _犯_20)(4. 10)4 _ 1000式中：j4515°c時(shí)原油的相對(duì)密度； 纟一溫度系數(shù),焰/(©； 門。一溫度為20°c時(shí)的油品密度，kg用854-0.70199x(.5-20)=08581000原油的比熱容為:c = (1.687 + 339x 10*)(4. 11)式中：必515°c時(shí)原油的相對(duì)密度； c 比熱容，s(如°)； t原油溫度，°。得：=/ 1x(l .687 + 3.39>&

15、lt;10一冬58) = 1.88362v /(檢°c)c j0858(4. 12)3.3.4加熱站布站質(zhì)量流量為:(4. 13)確定岀加熱站的出、進(jìn)口溫度，即站間管段的起、終點(diǎn)溫度耳和匚后，可按 冬季月平均最低溫度及全線的k值估算加熱站間距厶r ,g,cxjr-t.兀dk t廠t°(4. 14)熱油管全場280公里，加熱站數(shù)n,n = £/ lr(4. 15)在進(jìn)行n的具體計(jì)算時(shí)，需要進(jìn)行化整，必要時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度。在以上基礎(chǔ)上課求出每個(gè)加熱站的熱負(fù)荷：c=gc(tr-t»“(4. 16)式中：一加熱爐的效率，；c原油的比熱容,j/(kg. °

16、;c)；g原油質(zhì)量流量，kg/s；q加熱站的熱負(fù)荷，j/so管道周圍的自然溫度；2 + 4 + 5 + 7 + 8 + 8.5 + 10 + 11 + 8 + 7 + 5 + 3.5<<久)二12°c.g _220xl(v7 350x24x3600=73 kg/sl _ g£_fn tr-t) _ 73xl88xlo3 70-6.6r_ 兀dk n7：-7 3.14x0.273x0.49 “33-6.6二286kmn二280/286二0. 98(個(gè))取n=l個(gè)。q = g、c(tr_tz)= 73x1.88362x(70 - 33)=“°-86359.

17、57kj/s由于熱站的熱負(fù)荷不小，為了保證熱站不承受過大的負(fù)荷，所以取“2個(gè)。則熱站間距為:llr =nm；m；rl280lr= =140 kmn2式屮：n加熱站數(shù)，個(gè);l輸油管道總長,s加熱站間距,(4. 17)出站溫度為:kttdltr=tq(tz-tq)e gc(4. 18)式中：g原油質(zhì)量流量，kg*匚一加熱站的進(jìn)站溫度，°c；耳一加熱站的岀站溫度，°；c 比熱容，s(如l加熱站間距，m；k管道總傳熱系數(shù)，w/(加°c)；d管道內(nèi)徑，m；%管道周圍的自然溫度，°c。0.49x3.14x0.273x140x1(?厶=66 + (33-66)幺73x

18、1.88362x10= 47°c73x1.88362x(47 33)61= 2406(k7/$)3. 3. 5水力計(jì)算= lx47 + -x33 = 37.7cc)33 50°c吋原油的密度為：/?5o = 854 0.70199 x (50 20) = 832.9焙 / m3故平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度為:一"（f）(4. 19)式中：%一溫度為平均溫度、*）時(shí)油品的運(yùn)動(dòng)黏度，的s ； u-黏溫指數(shù)，"°c。=7.1x103 嚴(yán)（）珈37.7-5。）= 1.36x105（加2 心）刃 832.93. 3. 6計(jì)算摩阻一個(gè)加熱站間的摩阻為： q2nt

19、vm(4.20)(4.21)(4. 22)總摩阻為：hr = nhr全線所需總壓頭為：h = h + .2%/ + hm + az 式中：加一沿線總摩阻，m；心i加熱站間距的摩阻，m；h全線所需要的總壓頭，mo=0.0246 xo.o882_o-25 x(1.36xlo-5)0250.2595-0.25x 140000 = 1820.2(m)心=2x1820.2 = 3640.4(加)h = 3640.4 + 3640.4x1.2%+ 70 4- (820 -750) = 3824 am3. 4選用泵的型號(hào)e = 0.088m3/5 = 316.8；7i3/?假設(shè)0 設(shè)=1x2 = l.lx3

20、16.8 = 348.48m3/?選用泵型號(hào)為dg280-55x 10,其流量為280加'/力，揚(yáng)程為550m,轉(zhuǎn)速為 1480r/min,電動(dòng)機(jī)功率為850千瓦，效率為73%。每個(gè)泵站選用兩臺(tái)，其中一 臺(tái)為備用泵。平均溫度下的密度為：p37 7 = 832.9 - 0.70199 x (37.7 - 20) = 820.5 kg/m3泵所產(chǎn)生的壓力為：p = pgh式中：p泵所能夠提供的壓力，pa；p油品的密度，kg肩;h泵所提供的揚(yáng)程，m。p = 820.5x9.8x550x10“ =4.4(mpq)v6.5mpq故所選擇的泵符合要求。3. 4. 1原動(dòng)機(jī)的選型防爆型電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為

21、1480r/min,電動(dòng)機(jī)功率為850千瓦，效率為73%。3.4.2加熱設(shè)備選型首站選用換熱器，其他加熱站選用加熱爐，其熱負(fù)荷為10956kj/s,效率 為 80% o3. 5站場布置泵站數(shù)為:(4. 23)式中：n泵站數(shù)，個(gè)；h全線所需的總壓頭，m；h一泵所提供的揚(yáng)程，嘰得:3824.1“n 550(個(gè))向下取整，取n=6 (個(gè))；為了保證任務(wù)輸量不變，可對(duì)泵站中的泵機(jī)組采 取減小級(jí)數(shù)等措施。采用平均法布站，其站間距為:n(4. 24)式中：s泵站站間距，m；l管線總長，m<>=罟=46.7 伽)取泵站內(nèi)壓頭損失為 wm ,泵站進(jìn)口壓力控制在3080m范圍內(nèi)。(1) 當(dāng)首站與第二

22、站站間距取46. 7km,對(duì)應(yīng)高程為z=783. 36m時(shí)，其進(jìn)口壓力 為：(4. 25)(4. 26)hti=h-.02il-az-hmo2mvmi =嚴(yán)$d5m式中：他一泵站進(jìn)口的剩余壓頭，m；h泵站所提供的揚(yáng)程，m；i 一水力坡降；l兩泵站的站間距，m；z兩泵站間的高程差，m； 饑一泵站內(nèi)壓頭損失，mo得:5246嚴(yán)u；畀心= 550-1.012x0.013x46.7xl03-(783.36 一 750)-15 = -122.74(加)由于其進(jìn)口剩余壓頭小于30m,故不符合要求，需縮小站間距。(2) 取首站與第二站的站間距為35km, z=770,進(jìn)口壓力為：勺=550 -1.012 x

23、 0.013 x 35 x 10? - (775 - 750)-15 = 49.54(加)符合要求，故第二站布置在距離首站35km處。(3) 取首站與第三站的站間距為75km, z=803進(jìn)口壓力為： 虹=550 + 49.54-1.012 x 0.013x(75 - 35)x 103 -(803 - 775)-15 = 30.3(/)符合要求，故第三站布置在距離首站75km處。(4) 取首站與第四站的站間距為115km,對(duì)應(yīng)高程為z=817m時(shí)，由公式(6-4) 得進(jìn)口壓力為：/1/4 =550+ 30.3-1.012x0.013x(115-75)xl03-(817-803)-15 = 35

24、.06(m)符合要求，故第四站布置在距離首站115km處。(5) 取首站與第五站的站間距為175km, z=800,進(jìn)口壓力為：ht = 550 + 35.06-1.012x0.013x(175-115)xlo3-(800-817)-15 = 60.82(m)符合要求，故第五站布置在距離首站175km處。(6) 取首站與第六站的站間距為220km, z二771.25進(jìn)口壓力為：/?/3 = 550 + 60.82 - 1.012x0.013x(220-175)xl03-(771.25 - 800)-15 = 40.3(m)符合要求，故第六站布置在距離首站220km處。(7) 取首站與第七站的站

25、間距為255km,對(duì)應(yīng)高程為z二776. 875m時(shí)，由公式(6-4) 得進(jìn)口壓力為：/z/4 =550 + 40.3-1.012x0.013x(255-220)xl03-(776.875 - 771.25)-15 = 32.5(m) 符合要求，故第七站布置在距離首站255km處。末站進(jìn)口壓力為：/?/4 = 550 + 32.5 - 1.012x0.013x(280-255)xl03-(760-776.9)-15 = 328.9(m)410>70,所以泵機(jī)組不符合要求。為了減小其壓頭，改用小揚(yáng)程的泵，需要的揚(yáng) 程為.h = l.012x0.013x(280-225)xlo3 +(760

26、-776.9) +15+ 70-32.5 = 141(/72)(8) 其流量為180加'/力，揚(yáng)程為150m,配帶電動(dòng)機(jī)功率為30kw,轉(zhuǎn)速為 2950r/min,效率76%。選用兩臺(tái)，一臺(tái)備用。終點(diǎn)剩余壓頭為：勺5 =280 + 44 1.012x0.013x(280-255)x10'-(760 776.9) 15 = 75(加)符合要求，故全線泵站布置完畢。3. 6校核動(dòng)靜壓力3.6. 1判斷翻越點(diǎn)hf =ilf +zz -zq > zl + zz -z0 = h則有翻越點(diǎn)存在，反z不存在。h=i 厶+ az = 0.013x280xl()3+70 = 3710加在3

27、5km處,在75km處，在115km處,在175km處,在220km處,在255km處,h = ilf + zf - zc = 0.013x35x 103 + 25 = 480mh = ilf + zf-zq = o.o13x75xlo3 + 28 = 1003mh =4-zy-ze =0.013x115xlo3 +14 = 1509mh = ilf + zf-zq = o.o13xl75xlo3 + 17 = 2292 mh = ilf + zf - zc = 0.013x 220 x io3 + 28.75 = 2888.75mh = ilf + zf-zc =o.o13x255xlo3 + 5.625 = 3320.625 m以上所得均小于h,故不存在翻越點(diǎn)，泵站布置合適。3.6.2動(dòng)水壓力校核動(dòng)水壓力的校核。最大動(dòng)水壓力為:(4. 27)(4. 28)式屮：高程為i點(diǎn)處的動(dòng)水壓頭，m；h泵站輸出的壓頭，m；x泵站與低點(diǎn)處的距離，m；z”，z1低點(diǎn)處、泵站的高程，m；p動(dòng)水壓力，pao動(dòng)水壓力為：=3824-0.013xl25xl03+ (815-760) = 214 4加£皿=832.9x9.8x21.441x10“ =5.91 mpa < 6