畢業(yè)論文某成品油管道工藝設計

1、某成品油管道工藝設計摘 要在一條成品油順序輸送管線中，順序輸送的循環(huán)次數(shù)越少，每一種油品的一次輸送量越大，在管道內(nèi)形成的混油段和混油損失也隨之減少，但另一方面，油品的生產(chǎn)和消費通常是均衡進行的，各種油品每天都在生產(chǎn)和消費，順序輸送管道對每一種油品來講是間歇輸送。循環(huán)次數(shù)越少，就需要在管道的起、終點以及沿線的分油點和進油點建造較大容量的儲罐區(qū)來平衡生產(chǎn)、消費和輸送之間的不平衡，油罐區(qū)的建造和經(jīng)營費用就要增加。因而，最優(yōu)循環(huán)次數(shù)的確定應從建造、經(jīng)營油罐區(qū)的費用和混油的貶值損失兩方面綜合考慮。成品油順序輸送管道設計應首先根據(jù)輸量確定管道的管徑以及首末站、分輸站、中間泵站等基本工藝條件，同時考慮管道應

2、能適應不同季節(jié)成品需求量的變化。在確定了這些基本工藝條件后，順序輸送和罐容的優(yōu)化只與管道輸送次序、混油處理方式和油罐設置等有關。優(yōu)化批次、罐容時應根據(jù)不同批次分別計算首站罐容、分輸油庫和末站罐容，并根據(jù)輸送順序計算混油量以及混油處理的各項費用，最終確定管道的最優(yōu)批次和罐容配置。本文以所給的設計任務書為依據(jù)，在進行了相關設計計算的基礎上利用計算機編程對該管道進行了水力計算、經(jīng)濟計算，確定了最經(jīng)濟的管道工藝參數(shù)（如管徑、壁厚、工作壓力、泵站數(shù)），并計算出了該方案中油品的輸送天數(shù)、最優(yōu)循環(huán)次數(shù)、首末站所需的最優(yōu)油罐容積，并確定了油品的切割方案，繪制了水力坡降、和首站工藝流程圖。關鍵詞： 管道 輸送批

3、次 混油量 混油處理 罐容設計AbstractWithin a product oil botched transportation pipeline, the less the transportation circles are and the more the transportation sum of each kind of oil, the less the mixed oil segment and oil mixture loss will form. However, oil's producing and consumption are usually balanc

4、ed. Each day, every kinds of oil are produced and consumed, so botched transportation is intermittent for each oil kind. The less the transportation circles are, the bigger the storage oilcan areas are needed at the pipeline's start and final point and the oil output and input point along the pi

5、peline so as to balance the imbalance of oil's producing, consumption and transportation, thus increases the oilcan areas' construction and run fee. So, the optimum transportation circle should be decided from the two aspects of the fee cost by construction and run of oilcan areas and the de

6、preciation loss of oil mixture.The design work of a product oil batched transportation pipeline should be started from selecting the suitable diameter of pipeline according to the transportation sum and the basic technical parameters of start and final station, output station and the pumping station

7、, simultaneity considering the pipeline should be adapted to the changes of requirement sum of different seasons. After that, the optimization work is only related to the transportation order, method of managing the oil mixture and the settings of oilcans. During the optimization, we should calculat

8、e the oilcan cubage of the start station, output oil deposit and the final station according to different transportation circle, and calculate the oil mixture sum and the management fee according to transporting sequence, then finally decide the optimum transportation circle and the cubage of oilcan

9、s.This paper gives the design task on the basis of Following the related design calculation on the basis of computer programming on the channels of hydraulic calculation, the economy, determine the most economical pipeline process parameters (such as diameter, wall thickness, the pressure of work, a

10、 number of pumping stations), on the pipeline and for the process to calculate a year of the delivery of oil a few days, the optimal number of cycles, the end of the first stops for the optimal oil tank volume and determine the oil's cutting programs, Drawing a hydraulic gradient and the station

11、 map and the first stop of the process flow chart. Key words: hatched transportation； pipeline； transportation circle； oil mixture sum； management of oil mixture； design of oilcan's cubage目錄1 緒論71.1研究目的和意義71.2成品油管道技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢71.2.1世界成品油管道技術現(xiàn)狀71.2.2世界成品油管道技術主要發(fā)展趨勢81.2.3我國成品油管道技術現(xiàn)狀81.2.4國內(nèi)外成品油管道技術差距

12、分析81.2.5我國油氣管道技術發(fā)展趨勢81.3主要研究內(nèi)容101.4采用方法102 設計說明書112.1熟悉設計任務書的內(nèi)容，掌握基本數(shù)據(jù)和原始資料112.2方案設計112.3 設計計算的基本步驟123計算說明書163.1計算物性參數(shù)163.1.1溫度計算163.1.2計算年平均地溫下的密度173.1.3計算年平均地溫下油品的粘度173.1.4計算流量183.2管徑和壓力183.2.1初定管徑183.2.2泵及管道壓力193.2.3確定管道壁厚223.2.4管壁的強度和穩(wěn)定性校核243.3水力坡降、翻越點、管道長度計算263.3.1 計算雷諾數(shù)，判斷流態(tài)263.3.2判斷有無翻越點273.4

13、 泵站數(shù)的確定283.4.1 泵站數(shù)化整303.5投資總額計算323.5.1 管道的投資費用計算323.5.2機泵投資333.5.3 操作經(jīng)營費用343.5.4 折舊費用和維修費用353.5.5總投資363.6最優(yōu)方案工作點參數(shù)計算及泵站位置373.7 工況校核383.7.1進出站壓頭校核383.7.2 動、靜水壓力校核393.8 順序輸送工藝計算403.8.1 一年中每種油品輸送天數(shù)的計算403.8.2 循環(huán)次數(shù)413.8.3 首站和終點站所需油罐總容積423.8.4 混油長度的計算423.8.5 最優(yōu)循環(huán)次數(shù)443.8.6 全線首、末站所需建的最優(yōu)儲罐總容量463.8.7 最優(yōu)循環(huán)周期46

14、3.8.8 循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時間473.8.9 混油切割方案以及混油虧損473.9 混油處理483.10 減少混油的措施50結 論51致 謝52參考文獻53附錄54附錄1 編程計算541 緒論1.1研究目的和意義隨著我國社會經(jīng)濟的快速穩(wěn)步發(fā)展,機動車保有量不斷增長,各地區(qū)的成品油消費需求量增長加速,對運輸能力的提高和安全及時間的保證度提出了新的要求,同時成品油輸送量的增大為發(fā)展和采用管道運輸提供了可能。管道運輸具有一次性投資少、運輸成本低、安全性高、利于環(huán)保等獨特優(yōu)勢,尤其適合長距離運輸易燃、易爆的石油天然氣。近年來,隨著世界經(jīng)濟的穩(wěn)步增長以及世界各國對能源需求的快速發(fā)展,全球油氣管道

15、的建設步伐加快,建設規(guī)模和建設水平都有很大程度的提高。1.2成品油管道技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1世界成品油管道技術現(xiàn)狀目前國際成品油管道輸送技術已相當成熟，輸送的品種多、規(guī)模大，實現(xiàn)了化工產(chǎn)品和成品油的順序輸送；原油和成品油的順序輸送；汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油品，液化石油氣、液化天然氣、化工產(chǎn)品及原料和重質(zhì)油品等的順序輸送。世界最大的成品油管道系統(tǒng)美國的科洛尼爾管道，雙線可順序輸送不同牌號的成品油118種，一個順序周期僅為5天。國際成品油輸送工藝多采用紊流密閉輸送和順序輸送流程。輸送性質(zhì)差距較大的兩種油品時，多采用隔離輸送方式。混油界面多采用計算機進行批量跟蹤。界面檢測方法大致分為標示法和特

16、性測量法，其中采用特性測量法居多，尤以密度測量法最多。為了提高檢測的精度，也常采用各種組合式的檢測方法。1.2.2世界成品油管道技術主要發(fā)展趨勢（1）成品油管道正向著大口徑、大流量、多批次方向發(fā)展，除輸送成品油外，還輸送其他液體烴類化合物。（2）廣泛采用管道優(yōu)化運行管理軟件系統(tǒng)，合理安排各批次油品交接時間；在極短的時間內(nèi)系統(tǒng)可自動生成調(diào)度計劃，對管內(nèi)油品的流動過程進行動態(tài)圖表分析，遠程自動控制泵和閥門的啟停，實現(xiàn)水擊的超前保護。（3）順序輸送的混油界面檢測以超聲波檢測法為發(fā)展趨勢，美國在這方面保持著技術領先地位。1.2.3我國成品油管道技術現(xiàn)狀20 世紀 90 年代后隨著成品油管道的建設，我國

17、成品油管道輸送研究有了進展，先后開展了成品油順序輸送水力計算、批量跟蹤等方面的研究及運行管理軟件的開發(fā)，但與國外相比差距還很大。我國成品油管道除格-拉管道采用“旁接油罐”順序輸送工藝外，均采用密閉順序輸送工藝。順序輸送主要有兩種輸送方式：一種是紊流輸送；一種是隔離輸送。2002 年投入運營的蘭-成-渝管道是我國第一條大口徑、高壓力、長距離、多出口、多油品、全線自動化管理的商用成品油管道。全線采用密閉順序輸送工藝，沿途 13 個分輸點，輸送油品為 90汽油、93汽油和 0柴油。油品界面檢測、跟蹤采用密度法、超聲法和計算跟蹤，代表了我國成品油管道目前最高水平。1.2.4國內(nèi)外成品油管道技術差距分析

18、目前我國成品油順序輸送技術尚處于初級水平，且自動化程度較低，無法全面體現(xiàn)成品油管道的輸送特點和優(yōu)勢。隨著國民經(jīng)濟對成品油需求的不斷增長，我國應逐步建立起長距離成品油管道干線和區(qū)域性成品油管網(wǎng)。因此必須對解決復雜地形下大落差動、靜壓控制，防止管道出現(xiàn)不滿流，以及順序輸送的混油界面監(jiān)控等技術難題進行聯(lián)合攻關。1.2.5我國油氣管道技術發(fā)展趨勢(1)油氣管道技術發(fā)展目標未來我國油氣管輸技術的發(fā)展目標如下：在易凝高粘含蠟原油管輸工藝方面保持世界領先水平。具備保證大型油氣管網(wǎng)安全、經(jīng)濟、優(yōu)化運行的能力。新建干線管道實現(xiàn)高水平的設計、施工和運營管理,達到世界先進水平。提高成品油管道輸送工藝水平,2015年

19、成品油長距離輸送運量比例將提高30%。2015年新建油氣管道各項指標將達到世界平均水平。提高勞動生產(chǎn)率,天然氣管道管理為0.10.2人/km。降低油氣管道輸送能耗,原油管道綜合能耗低于400 kJ/(t·km),天然氣管道綜合能耗低于890 kJ/(t·km)。 (2)油氣管道重點發(fā)展技術2004年中國石油管道技術與管理座談會指出,今后中國石油將攻關、推廣應用和超前研發(fā)43項技術,包括需要重點攻關的技術26項,推廣應用的新技術10項和超前研究的儲備技術7項。通過這些重點技術項目的實施,逐步形成油氣輸送技術、油氣儲存技術、管道工程技術、管道完整性評價及配套技術、油氣管道運行管

20、理與信息技術五大管道技術系列,以全面提升管道技術水平。需要重點攻關的26項技術如下：7項油氣輸送技術。東北管網(wǎng)安全經(jīng)濟運行技術、進口俄羅斯原油輸送工藝及配套技術、西部油田及進口原油管道輸送技術、原油管道新型化學添加劑的研制與應用、多品種順序輸送工藝及配套技術、原油流變性研究及LNG技術。2項油氣儲存技術。原油低溫儲存技術與儲氣庫建設技術。4項管道工程技術。國家石油儲備地下庫建設工程技術、儲罐工程建設技術、管道水土保護技術與大口徑管道高清晰度漏磁內(nèi)檢測裝備及技術。4項管道完整性評價及配套技術。管道完整性評價技術、油氣管道泄漏檢測技術、地質(zhì)災害及特殊地段監(jiān)測與防護技術、儲運設備安全檢測及評價技術。

21、9項油氣管道運行管理與信息技術。數(shù)字管道技術、天然氣管網(wǎng)安全優(yōu)化運行技術、成品油管道優(yōu)化運行技術、天然氣氣質(zhì)評價技術、天然氣貿(mào)易計量技術、管道快速維搶修技術、管道節(jié)能與環(huán)保技術、油氣管網(wǎng)規(guī)劃研究、天然氣經(jīng)濟研究。推廣應用的10項新技術。管道自動焊接和超聲波檢測等集成技術、大型河流穿越技術、仿真技術、天然氣管道內(nèi)涂層技術、管道生產(chǎn)信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、管道安全評價與風險管理技術、站區(qū)陰極保護技術、大口徑X70高鋼級管道鋼管件制造裝備及工藝技術、大口徑輸氣管道干燥技術。將要進行超前研發(fā)的7項儲備技術。富氣管道輸送技術、超稠油管道輸送技術、天然氣減阻劑研制與應用技術、X80以上高強度管道鋼制管與施

22、工技術、管道防腐新技術、海洋管道工程技術與永凍土地帶工程施工技術。1.3主要研究內(nèi)容對某條管道順序輸送三種油品，已知管長、任務輸量、所輸油品的性質(zhì)、沿線高程等，要求：利用計算機編程對該管道進行水力計算、經(jīng)濟計算，確定出最經(jīng)濟的管道工藝參數(shù)（如管徑、壁厚、工作壓力、泵站數(shù)等），并且對該管道進行工藝計算，計算一年中油品的輸送天數(shù)、最優(yōu)循環(huán)次數(shù)、首末站所需的最優(yōu)油罐容積，并確定出油品的切割方案等，并繪制相關的圖紙。1.4采用方法采用方案比較法：在熟悉設計內(nèi)容的基礎上，根據(jù)任務書給出的數(shù)據(jù)，提出多種可供競爭的方案；對所提出的方案分別進行水力計算、經(jīng)濟性計算；選擇優(yōu)化算法，找出最經(jīng)濟合理的管道參數(shù)（管徑

23、、壁厚、泵站數(shù)等）；根據(jù)所求得的最經(jīng)濟的管道參數(shù)，對順序管道進行工藝計算；最優(yōu)循環(huán)次數(shù)；一年中每種油品的輸送天數(shù)；首末站所需建的油罐容積；混油切割方案以及混油虧損等；編制計算機程序；編寫設計說明書和設計計算書，并繪制管道水力坡降圖及首站工藝流程圖。2 設計說明書2.1熟悉設計任務書的內(nèi)容，掌握基本數(shù)據(jù)和原始資料(1) 輸送量、管道長度，所輸送油品性質(zhì)；沿線氣象及低溫資料、管理縱斷面圖；(2) 查閱相關資料，收集有關管材規(guī)格；泵、原動機型號及性能等的材料，以備比較選用。2.2方案設計(1) 根據(jù)任務書算出平溫度下的油品密度，粘度和平均輸量。(2) 查相關資料，得知成品油流速在1.22.7m/s，

24、由此初定五個油品經(jīng)濟流速，并計算出經(jīng)濟管徑。(3) 根據(jù)任務輸量和初選的工作壓力選擇工作泵的型號、然后計算泵臺數(shù)以及確定組合方式。本設計采取3臺或4臺泵串聯(lián)的方案，并計算出管道的工作壓力。(4) 根據(jù)泵站所確定的管道工作壓力和選定的管徑計算壁厚，并進行強度校核和穩(wěn)定性校核。(5) 計算任務輸量下的水力坡降，并判斷翻越點。(6) 計算全線總壓頭，確定泵站數(shù)并化整。(7) 根據(jù)技術經(jīng)濟指標計算各方案的基建投資及輸油成本費用。(8) 綜合比較各方案，確定最優(yōu)方案。(9) 按最優(yōu)方案的參數(shù)，計算求解工作點參數(shù)。(10) 按水力坡降和工作點的壓頭在縱斷面圖上布置泵站，確定泵站的位置。(11) 根據(jù)所求得

25、的最經(jīng)濟管道參數(shù)，對順序輸送管道進行工藝計算。2.3 設計計算的基本步驟(1) 根據(jù)任務書算出平均輸送量（質(zhì)量流量和體積流量）、油品的粘度。(2) 查相關資料，得知成品油流速一般在12.7m/s ，由此初定油品經(jīng)濟流速，由公式計算出經(jīng)濟管徑，根據(jù)管徑的出算值，根據(jù)管道標準算選擇一系列可能的管徑。 然后參考輸油管道工藝設計規(guī)范（GB502532003）中，不同直徑管道的工作壓力及經(jīng)濟輸量范圍初選各管徑下的輸送壓力。(3) 根據(jù)任務輸量和初選的工作壓力選擇工作泵的型號、然后計算泵臺數(shù)以及確定組合方式。 為便于長輸管道的應用，泵的特性曲線方程可近似表示為： （2-1） 式中 Hc離心泵揚程，m液柱；

26、 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. 手冊中給出的（H，Q）值一般為多組，我們可以用最小二乘法算出a，b的值其方法是： 令，；所以： （2-2）對a，b求偏導使得： 求得： （2-3） （2-4） 將a，b代入公式就可以求得泵的特性方程。并用相關指數(shù)進行檢驗。 根據(jù)上述計算結果來選擇泵站的組合方式，對初步制定的壓力、管徑搭配做出相應的更改，并確定為本設計的管徑、壓力組合的比較方案(4) 根據(jù)泵站所確定的P和選定的管徑根據(jù)下列公式 （2-5）式中 管壁厚度計算值，m； D外徑，m； P設計壓力或管道的工作壓

27、力，MPa； 輸油管道的許用應力，MPa 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1.0； C考慮鋼管公差和腐蝕的余量，根據(jù)管路的工作環(huán)境，取C=02mm。(5) 求出各方案的壁厚，并進行強度、穩(wěn)定性校核，然后求出管道的內(nèi)徑。 1）強度校核:1 熱應力： （2-6）式中 管道材料的線性膨脹系數(shù)m/； E管材的彈性模量，MPa t管道的工作溫度與安裝溫度只差，取極限有2 環(huán)向應力的泊松效應； （2-7）式中 u管材的泊松系數(shù)； P設計壓力 D外徑，m； 壁厚，m。3 總的軸向應力； （2-8）滿足上述條件即滿足強度要求。2） 穩(wěn)定性校核地下管道被土壤嵌住，直管段所收最大軸向壓力P為： （2-9）式中 P管道軸向壓力

28、，N； P內(nèi)壓，MPa； A管子的管壁截面積，m2； D管道直徑，m； E管道彈性模量，MPa； 管道壁厚，m； 膨脹系數(shù)，m/； 溫度變化，按最危險情況考慮，當軸向力P達到或超過某一臨界值PCR時，埋地管道將喪失軸向穩(wěn)定性，管道將產(chǎn)生波浪形彎曲，發(fā)生拱出地面而造成破壞事故。因此，必須對管道的軸向穩(wěn)定性進行驗算。 直管段的失穩(wěn)臨界力； （2-10）式中 PCR失穩(wěn)臨界力，N； K0土壤壓縮抗力系數(shù)； D管道外徑，m； E管道的彈性模量，MPa I管道橫截面積慣性矩，m4當P<0.6 PCR時，穩(wěn)定性滿足要求。(6) 計算任務流量下的水里坡降，并判斷翻越點，確定管道計算長度。(7) 計算全

29、線需要的總壓頭、確定各方案的泵站數(shù)并化整。 根據(jù)任務輸量，在泵站工作特性曲線上可以得到每個泵站所能提供的揚程為HC。 管路全線消耗的壓力能為 （2-11）全線N個泵站提供的總揚程必然與消耗的總能量平衡，于是有 （2-12）泵站數(shù) （2-13）式中 HC任務輸量下泵站的揚程，m液柱； hm泵站站內(nèi)損失，m液柱； H任務輸量下管道所需總壓頭，m液柱； HSZ末站剩余壓力，m液柱； LJ管道計算長度，m，考慮到局部摩阻取為管道實際長度的1.01倍。顯然計算出的N不一定是正數(shù)，只能取之相近的整數(shù)作為該方案需建的泵站數(shù)。(8) 根據(jù)技術經(jīng)濟指標計算各方案的基建投資及輸油成本費用。 主要包括基本建設投資指

30、標和經(jīng)營成本指標兩大類。 管道基本建設指標包括路線建設部分、泵站部分。輸油成本主要包括維修、動力、折舊等費用。(9) 綜合比較各方案的經(jīng)濟行指標，選出最佳方案；(10) 按最優(yōu)方案的參數(shù)，計算求解工作點參數(shù)；(11) 按水力坡降和工作點的壓頭在縱斷面圖上布置泵站，確定泵站的位置；(12) 根據(jù)所求得的最經(jīng)濟管道參數(shù)，對順序輸送管道進行工藝計算。1 計算一年中每種油品的輸送天數(shù) （2-14）2 計算最優(yōu)循環(huán)次數(shù) （2-15）式中 JZ單位有效容積儲罐的建設費用，元； E石油工業(yè)規(guī)定的投資年回收系數(shù)1/a； G單位有效容積儲罐的經(jīng)營費用，元； A每次循環(huán)混油的貶值損失，元； VPCM一個循環(huán)中的混

31、油體積，m3。3 根據(jù)最優(yōu)循環(huán)次數(shù)確定全線首、末站所需建的最優(yōu)儲罐總容量 （2-16）式中 NOP最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。4 確定最優(yōu)循環(huán)周期 （2-17）式中 NOP最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。 D輸油管每年的工作時間，本設計取350D5 循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時間 （2-18）式中 Di每年輸送第i中油品的時間； NOP最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。6 確定混油切割方案以及計算混油虧損3計算說明書 對于成品油管道輸送多種油品時，要按管道埋深處全年月平均低溫輸送高粘油品進行設計，再按最高月平均溫度輸送低粘油品進行校核，對于本設計即按管道埋深處全年月平均低溫輸送柴油設計，最高月平均溫度輸送汽油校核。3.1計算物性參數(shù)3.1.1溫度

32、計算 根據(jù)任務書可知年平均地溫：9.42，最低月平均溫度為1.03，最高月平均溫度為16.75。3.1.2計算年平均地溫下的密度 已知20時油品密度，按下式換算成計算溫度下的密度。 （3-2）式中 、溫度t及20時油品密度，kg/m3； 溫度系數(shù)， kg/（m³·）； 已知油品密度：，求得輸送油品20的平均密度： 溫度系數(shù)： 平均地溫下油品的密度： 輸送油品在平均溫度下的密度3.1.3計算年平均地溫下油品的粘度表1 成品油粘溫關系溫度 ()0102030運動粘度(10-6m2/s)0.950.880.800.75汽油2.501.771.250.83航煤18.0012.008

33、.206.00柴油根據(jù)油品粘溫特性表求出粘溫特性方程 汽油： 求得平均地溫下的汽油粘度，最低氣溫下的粘度；夏季最高氣溫下的粘度。 航煤： 求得平均地溫下的航煤粘度：，最低氣溫下的粘度；夏季最高氣溫下的粘度。 柴油：求得平均地溫下柴油粘度：，最低氣溫下的粘度；夏季最高氣溫下的粘度。3.1.4計算流量 由公式求得體積流量: （3-1）式中 Q體積流量，m3/s； M任務輸量，kg； t年輸送時間，s。將數(shù)據(jù)代入上式得到汽油、航煤、柴油的輸量分別為；800×10000×1000×0.5/735/（350×24×3600）=0.18m3/s800

34、15;10000×1000×0.2/808/（350×24×3600）=0.066m3/s800×10000×1000×0.3/842/（350×24×3600）=0.095m3/s總輸量約為：0.3m3/s3.2管徑和壓力3.2.1初定管徑 查閱相關資料，成品油經(jīng)濟流速在1.2-2.7m/s之間最好，故初選經(jīng)濟流速1.2m/s、1.4m/s、1.5m/s1.8m/s、2.3m/s五種方案，算經(jīng)濟管徑有公式：（以1.5m/s為例） 由此可得 （3-3） 根據(jù)公式，可計算其他經(jīng)濟流速對應的管徑為：406.4

35、、457、508、529、559的管徑。 表2 不同直徑的輸油管道的工作壓力和輸量成品油管道外徑，mm工作壓力（105N/m2）年輸量，106t/a219901000.70.927375851.31.632567751.82.237755651.53.242655651.54.853055656.58.53.2.2泵及管道壓力 可供選用的泵有：表3 泵型號型號Q（m3/h）H（m）ZLM IP 440/0614001701200180450200400205ZLM IP 530/0616002701400290100030040031512×12×15SPB908.5253

36、1135.62451362.82381589.9223 從其中選前兩種泵作為備用方案：選用ZLM IP 440/06，ZLM IP 530/06計算泵的特性方程即公式： （3-4）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。 手冊中給出的（H，Q）值一般為多組，我們可用最小二乘法算出a，b的值，計算方法為： 令，；所以： （3-5）對a，b求偏導使得： 求得： 通過計算可得出：(1) 當選擇ZLM IP 440/06時，a=207.201，b=1.1×10-4，（假設在混合

37、摩擦區(qū)m=0.123）。所以單個泵的H-Q特性方程為：HC=207.2011.1×10-4Q1.877。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： （3-6）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 本設計方案之一取四臺同型號的泵串聯(lián)使用組成泵站，則泵站的特性方程為： HC=4×207.2014×1.1×10-4Q1.877 =828.8044.4×10-4Q1.877按照平均任務輸量0.3m3

38、/s=1080m3/h計算泵站的性能參數(shù)： HC=828.8044.4×10-4Q1.877 =828.8044.4×10-4×10801.877 =611.44m 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0.20.7MPA，設定本設計中的進站壓頭為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計算壓力為： 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泵站進站壓力換算的液柱，30m即為：P=（611.44+30）×784.02×9.8=6.4MPA(2) 當選擇ZLM IP 530/06時，根據(jù)泵

39、的特性方程，即公式： 同上由最小二乘法可以得出 A=319.329 b=4×10-5所以由此得到單個泵的H-Q方程為： HC=319.3294×10-5Q1.877本設計取三臺相同的泵串聯(lián)作為泵站，故H-Q方程為： HC=957.9871.2×10-4Q1.877按照平均任務輸量0.3m3/s=1080m3/h計算泵站的性能參數(shù)： HC=957.9871.2×10-4Q1.877 = 957.9871.2×10-4×10801.877 =898.86m故由此計算泵站的特性方程為：HC=957.9871.2×10-4Q1.87

40、7 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0.20.7MPA，設定本設計的進站壓力為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計算壓力： 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泵站進站壓力換算的液柱，30m P=（898.89+30）×784.02×9.8=7.13MPA根據(jù)所選的泵型號和泵站組合方式，管徑和工作壓力可以設定為：406.4 （8.0mpa、7.0mpa）457 （8.0mpa、7.0mpa）508 （8.0mpa、7.0mpa）529 （8.0mpa、7.0mpa）559 （8.0mpa、7.0mp

41、a） 以上即為管徑和壓力的初定方案。參考已投產(chǎn)管道的用鋼情況和今年來管道的發(fā)展趨勢，可選用X65的螺旋焊管作為本管道設計用鋼。3.2.3確定管道壁厚 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： （3-7）式中 管壁厚度計算值，m； D外徑，m； P設計壓力或管道的工作壓力，MPa； 輸油管道的許用應力，MPa 焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1.0； C考慮鋼管公差和腐蝕的余量，根據(jù)管路的工作環(huán)境，取C=02mm。 由輸油管道工程設計規(guī)范（GB502532003）可知X65鋼的最低屈服強度S=450mpa，彈性模量E=210GPA,線性膨脹系數(shù)=1.2&#

42、215;10-5-1，焊縫系數(shù)=1.0，=KS=0.72×1.0×450=324MPA，輸油管道工程設計規(guī)范（GB502532003）。式中 S鋼管的最低屈服強度，MPA K強度系數(shù)，取K=0.72 焊縫系數(shù)； 鑒于方案較多，故編程計算管道壁厚。根據(jù)國產(chǎn)鋼管部分規(guī)格和API標準鋼管部分規(guī)格，可對計算做出計算壁厚和圓整壁厚如下表（C=1mm）：表5管道參數(shù)方案管道外徑mm工作壓力MPa計算壁厚mm圓整后壁厚mm方案1406.475.45.6方案2406.486.06.4方案345775.96.4方案445786.67.0方案550876.57.0方案650887.27.5方案

43、752976.77.0方案852987.58.0方案955977.17.5方案1055987.98.6 根據(jù)管徑壁厚反算流速并檢驗反算流速是否合理。同樣，可用編程計算，計算結果如下表：表6反算流速表方案管道內(nèi)徑mm經(jīng)濟流速m/s反算流速m/s方案1395.21.52.44方案2393.61.52.46方案3444.21.51.93方案44431.51.94方案54941.51.56方案64931.51.57方案75151.51.44方案85131.51.45方案95441.51.29方案10541.81.51.3 由此可知，反算的實際流速在1.3m/s2.46m/s之間，故認為上述管徑、工作壓

44、力、壁厚的選定或計算基本符合條件。3.2.4管壁的強度和穩(wěn)定性校核 (1) 強度校核 A熱應力： 式中式中 管道材料的線性膨脹系數(shù) 1.20×10-5-1； E管材的彈性模量，MPa t管道的工作溫度與安裝溫度只差，取極限，有 B.對于不同的方案環(huán)向應力的泊松效應應該有不同的值，可由公式計算，為便于計算，可編程： 式中 管材的泊松系數(shù)，；p設計壓力，；D外徑，；壁厚，。 C.總的軸向應力也因環(huán)向應力不同而具有不同的值，可由公式計算，為便于計算，可編程： （3-8） D.判斷是否成立，通過編程計算，成立。(2) 穩(wěn)定性校核地下管道被土壤嵌住，直管段所收最大軸向壓力P為： 式中 P管道軸

45、向壓力，N； P內(nèi)壓，MPa； A管子的管壁截面積，m2； D管道直徑，m； E管道彈性模量，MPa； 管道壁厚，m； 膨脹系數(shù)，m/； 溫度變化，按最危險情況考慮，。當軸向力P達到或超過某一臨界值PCR時，埋地管道將喪失軸向穩(wěn)定性，管道將產(chǎn)生波浪形彎曲，發(fā)生拱出地面而造成破壞事故。因此，必須對管道的軸向穩(wěn)定性進行驗算。 直管段的失穩(wěn)臨界力； 式中 PCR失穩(wěn)臨界力，N； K0土壤壓縮抗力系數(shù)； D管道外徑，m； E管道的彈性模量，MPa I管道橫截面積慣性矩，m4當P<0.6 PCR時，穩(wěn)定性滿足要求。 鑒于方案較多，故可采用編程計算，計算結果如下：表7 管道直管段穩(wěn)定性校核方案總的軸

46、向應力Mpa是否超出屈服強度最大軸向應力N臨界軸向應力N是否超出失穩(wěn)極限方案136.6否6.4×1057.7×1010否方案236.6否7.3×1058.2×1010否方案335.4否8.1×1051.0×1011否方案438.7否9.1×1051.1×1011否方案536.6否1.0×1061.3×1011否方案641.7否1.1×1061.3×1011否方案739.7否1.1×1061.4×1011否方案839.7否1.2×1061.4

47、15;1011否方案938.6否1.2×1061.6×1011否方案1038.4否1.4×1061.7×1011否3.3水力坡降、翻越點、管道長度計算 計算任務流量下的水力坡降，并判斷翻越點，確定管道計算長度。3.3.1 計算雷諾數(shù)，判斷流態(tài) 式中 油品的運動粘度，； 油品在管路中的體積流量，； d管道內(nèi)徑。方案不同，管徑不同的方案有不同的雷諾數(shù)。鑒于方案較多，故可編程計算最大管徑和最小管徑的雷諾數(shù)。表8 流態(tài)的劃分及不同流態(tài)的摩阻系數(shù)的值流態(tài)劃分范圍層流紊流水力光滑區(qū)時，混合磨擦區(qū)粗糙區(qū)其中選此十個方案管內(nèi)徑最小和最大的計算雷諾數(shù)，計算結果如下表9最大和最小管徑雷諾數(shù)管徑介質(zhì)最小內(nèi)雷諾數(shù)（d=393.6mm）最大管徑雷諾數(shù)（d=544mm）汽油9.421.1×1067.6×106航煤9.421.2×1068.4×106柴油9.427.6×1045.5×106Re17.9×1035.0×106Re22.3×1069.0×106 比較可知，大多數(shù)流態(tài)處于混合摩擦區(qū)。為了減少混油量，實際工程上盡量使流態(tài)處于混合摩擦區(qū)，即初選的工作壓力完全能滿足實際工況，故可認為提出的方案基本滿足要求。3.3.2判斷有無翻越點 水力坡降