等溫輸送輸油管道工藝設(shè)計(jì)

1、重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 目 錄摘 要11 緒 論22 設(shè)計(jì)參數(shù)32.1設(shè)計(jì)依據(jù)32.2設(shè)計(jì)基本參數(shù)42.3設(shè)計(jì)要求43 管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)54 管徑、壁厚計(jì)算74.1經(jīng)濟(jì)流速74.2初定管徑84.3計(jì)算壁厚85 泵型選擇及泵站組合方式96 水力計(jì)算116.1 雷諾數(shù)116.3水力坡降和全線所需總壓頭126.4 確定泵站數(shù)137 校核壓力157.1 冬季低溫時(shí)泵站進(jìn)出站壓力的校核157.2夏季高溫時(shí)泵站進(jìn)出站壓力的校核167.3 電機(jī)輸出功率168 結(jié)論17參考文獻(xiàn)18 1 總 則輸油管道的工藝計(jì)算是為了妥善解決沿線管內(nèi)流體的能量消耗與輸油站能量供應(yīng)之間的矛盾，以達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)地完成輸送任務(wù)的目的。

2、在管道設(shè)計(jì)過程中，通過工藝計(jì)算確定管徑、選泵、確定泵數(shù)及其布站位置的最優(yōu)方案，并為管道采用的控制盒保護(hù)措施提供設(shè)計(jì)參數(shù)；在管道運(yùn)行過程中，根據(jù)輸送條件的變化，通過工藝設(shè)計(jì)合理確定各站的壓力等運(yùn)行參數(shù)，從而確定最優(yōu)運(yùn)行方案。2 設(shè)計(jì)參數(shù)2.1設(shè)計(jì)依據(jù)1 貫徹國(guó)家建設(shè)基本方針政策，遵循國(guó)家和行業(yè)的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。 GB/T500074-2002石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB/T50253-2003輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 GB/T50253-94輸油管道工程技術(shù)規(guī)范2 貫徹“安全、可靠”的指導(dǎo)思想，緊密結(jié)合上、下游工程，做出最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。3 根據(jù)高效節(jié)能、安全生產(chǎn)的原則，采用先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)和自控手段，實(shí)行現(xiàn)

3、代化的管理模式，實(shí)現(xiàn)工藝、技術(shù)成熟可靠、節(jié)省投資、方便生產(chǎn)。4 充分考慮環(huán)境保護(hù)，三廢治理。2.2設(shè)計(jì)基本參數(shù)擬建一條長(zhǎng)650公里，年輸量為560萬噸的輕質(zhì)油管線，最大輸送壓力8Mpa。（1） 管路埋深1.5米處的月平均地溫：表2-1 月平均溫度月份123456789101112地溫7.056.410.815.518.019.921.820.518.513.09.0 （2）油品密度20=870.5kg/m3 （3）油品的粘溫特性：表2-2 油品在不同溫度下的黏度溫度（）510152025粘度（10-6米2/秒）28.224.619.810.58.0（4）可選用的離心泵型號(hào)規(guī)格：按照最新的泵機(jī)組

4、樣本進(jìn)行選擇(網(wǎng)上搜索或圖書館查閱相關(guān)手冊(cè))。（5）首站進(jìn)口壓頭取H1=45m，站內(nèi)摩阻取15m。（6）線路高程：表2-3 沿線高程樁號(hào)1234567891011里程（km）019124190290335438484554635650高程（m）5176087455864074905004353334154102.3設(shè)計(jì)要求該長(zhǎng)輸管線輸送油品為輕質(zhì)油品。本設(shè)計(jì)的的主要內(nèi)容為：1 合理選擇泵型號(hào)和泵站的組合方式，并查有關(guān)資料作所選型號(hào)的泵在輸此油品時(shí)特性數(shù)據(jù)的換算；2 選取合適的管徑，計(jì)算壁厚并取整，計(jì)算管道的承壓能力和對(duì)應(yīng)的允許最大出站壓頭；3 取管道的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度e=0.03mm，計(jì)算所需的

5、泵站數(shù)；4 將計(jì)算的泵站數(shù)取大化整，然后提出三項(xiàng)經(jīng)濟(jì)可行的措施使輸量保持不變，并對(duì)每種措施作相應(yīng)的計(jì)算；5 將計(jì)算的泵站數(shù)取小化整，分別計(jì)算所需副管的長(zhǎng)度（管徑與主管相同）、大一個(gè)等級(jí)的變徑管長(zhǎng)度、大兩個(gè)等級(jí)的變徑管長(zhǎng)度，并進(jìn)行管材耗量的比較；6 校核:夏季高溫時(shí)和冬季低溫時(shí)各站的進(jìn)、出站壓力,并調(diào)整站址；7 設(shè)副管敷設(shè)在首站出口位置，求第一站間動(dòng)水壓頭Hx的表達(dá)式，并檢查全線動(dòng)水壓頭和靜水壓頭；8 求管道系統(tǒng)的最大和最小輸量及相應(yīng)的電機(jī)的總輸出功率。3 管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.1計(jì)算年平均地溫及夏季最高溫度和冬季最低溫度 1 年平均地溫 To=（7.0+5.0+6.4+10.8+15.5+18+19

6、.9+21.8+20.5+18.5+13.0+9.0）/12=13.82 冬季最低溫度 3 夏季最高溫度 3.2計(jì)算年平均溫度下的密度及最高與最低溫度下的密度 （3.1） 式中 、溫度為t及20時(shí)油品密度，； 溫度系數(shù)，=1.825-0.001315，。 已知油品密度： 求得：1 年平均溫度下的密度 =870.5-（1.825-0.001315*870.5）*（13.8-20）=874.72 冬季最低溫度下的密度 3 夏季最高溫度下的密度 3.3計(jì)算年平均溫度下的流量及最高與最低溫度下的流量1 年平均溫度下的流量 2 冬季最低溫度下的流量 3 夏季最高溫度下的密度 3.4計(jì)算年平均溫度下的黏度

7、及最高與最低溫度下的黏度 （3.2）1 年品均溫度下的黏度 =-10.3*（13.8）+46.65*=19.62 冬季最低溫度下的黏度 =-10.3*（5）+46.65*=30.23 夏季最高溫度下的黏度 =-10.3*（21.8）+46.65*=15.34 管徑、壁厚計(jì)算4.1經(jīng)濟(jì)流速根據(jù)大量經(jīng)濟(jì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行實(shí)踐可知，輸油管道經(jīng)濟(jì)流速的變化范圍一般為1.02.0m/s。在設(shè)備、材料、動(dòng)力價(jià)格等經(jīng)濟(jì)參數(shù)一定的情況下，經(jīng)濟(jì)流速大小取決于管徑和油品的黏度。一般管徑大，經(jīng)濟(jì)流速提高；油品黏度越大，經(jīng)濟(jì)流速降低。我過目前對(duì)DN300700的含蠟原油管道，設(shè)計(jì)時(shí)一般取經(jīng)濟(jì)流速為1.52.0m/s，成品油管

8、道經(jīng)濟(jì)流速在2.0m/s左右。4.2初定管徑設(shè)計(jì)年輸量G=5.6Mt/a，額定流量Q額=1.1Q=0.2332m3/s。由油氣管道輸送技術(shù)書中表24初定管徑和工作壓力，管徑529mm左右，可選管徑根據(jù)管道規(guī)格，選出與D相近的三種管徑457mm，508mm，559mm，從節(jié)約管材和經(jīng)濟(jì)效益來看，初定管徑D=508mm。工作壓力5.3至6.1MPa，初選工作壓力為6MPa。4.3計(jì)算壁厚輸油管道的壁厚按下式計(jì)算 （4.1）式中 許用應(yīng)力，, Mpa； 最低屈服強(qiáng)度，選用X70鋼，則=485MPa K般站外輸油管道系數(shù)：K=0.72 焊縫系數(shù),（1）=457mm（2）=508mm（3）=559mm查

9、附錄一得=457mm =5.6mm =445.8mm =62.34 kg/m=508mm =6.0mm =496.0mm =73.81 kg/m=559mm =7.0mm =545.0mm =94.69 kg/m校核各管徑的壁厚在設(shè)計(jì)壓力下是否滿足要求，求輸油管所受最大應(yīng)力。 （4.2）得 均小于許用應(yīng)力：5 泵型選擇及泵站組合方式5.1泵型選擇 按任務(wù)輸量和初定工作壓力選泵，確定工作泵的臺(tái)數(shù)以及組合情況。根據(jù)流量Q=0.212=762.2，和初定的工作壓力6MPa=612.2m水柱，確定選DZ250x340x4型輸油泵1臺(tái)作一個(gè)泵站。該泵性能參數(shù)如下圖： 圖5-1 DZ250x340x4型輸

10、油泵查得各項(xiàng)性能為： 5.2泵站揚(yáng)程、確定設(shè)計(jì)壓力流量Q=762.2查圖有揚(yáng)程為550m水柱。管道壓力按下式計(jì)算 P=(+)g （5.1）式中 任務(wù)輸量下單個(gè)泵站提供的揚(yáng)程，m； 為首站輔助泵的揚(yáng)程45m。1 年平均地溫下2 冬季最低溫度下3 夏季最高溫度下可以確定設(shè)計(jì)壓力6MPa。6 工程概算6.1 雷諾數(shù) 6.1.1管道流速 （6.1）得 6.1.2雷諾數(shù) ×0.5÷0.000019843=26367 （6.2） 式中 Re雷諾數(shù)； Q流量，； D管道內(nèi)徑，m； 油品動(dòng)力粘度，；又，所以（此處不做詳細(xì)計(jì)算過程）6.2 相對(duì)當(dāng)量粗糙度絕對(duì)粗糙度e取0.03mm，相對(duì)粗糙度

11、 第一臨界雷諾數(shù) （6.3）求得所以三種管徑判斷流態(tài)都在水力光滑區(qū)。6.3水力坡降和全線所需總壓頭 6.3.1水力坡降按下式計(jì)算 （6.4） 式中 i水力坡降，m/km； 水力光滑區(qū)取值為0.0246s2/m； m水力光滑區(qū)取值為0.25； L管道長(zhǎng)度，km。求得 6.3.2 全線所需總壓頭 （1）壓頭損失計(jì)算 H = iL+ （6.5） 式中 H壓頭損失，m； i水力坡降，m/km； 高差，m。 得 計(jì)算輸油管道計(jì)算長(zhǎng)度全線的沿程摩阻損失， 三種不同管徑的沿程壓頭損失 上面已求得，考慮到還有一部分局部阻力損失，將壓頭損失再乘上1.01作為全線的 壓頭損失。 （2）確定全線需要的總壓頭，設(shè)末站

12、剩余壓力10m。 6.4 確定泵站數(shù)初定泵站數(shù) （6.6） 式中 H全線總壓頭，m； 一個(gè)泵揚(yáng)程，此處為550m； 站內(nèi)摩阻，m，此處取15m。 得 6.4.1 泵站數(shù)取大化整泵站數(shù)取大化整，N=4，為保持輸量不變，提供3種方案： 1）將離心泵的級(jí)數(shù)減少或葉輪換小，這種方案經(jīng)濟(jì)方便； 2）將部分管徑減小，這種方案比較麻煩，不算經(jīng)濟(jì)； 3）中間設(shè)立減壓站。6.4.2 泵站數(shù)取小化整1 泵站數(shù)取小化整，N=3，敷設(shè)副管(主管與副管直徑相同)。 副管長(zhǎng)度計(jì)算公式： （6.7）式中x所需副管的長(zhǎng)度，km; 副管水力坡降與單管主管水力坡降的比值，對(duì)于主管與副管直徑相同，=0.298：所以管材耗量 2 大

13、一個(gè)等級(jí)的變徑管長(zhǎng)度 （6.8） 式中 x所需副管的長(zhǎng)度，km; 變徑管水力坡降與單管主管水力坡降的比值，這里=0.635。 管材耗量 3 大兩個(gè)等級(jí)的變徑管長(zhǎng)度 （6.9） 式中 x所需副管的長(zhǎng)度，km; 變徑管水力坡降與單管主管水力坡降的比值，這里=0.419。 得 管材耗量 7 校核壓力 7.1 冬季低溫時(shí)泵站進(jìn)出站壓力的校核按最不利的情況校核，冬季的水力坡降線最高。1 冬季最低氣溫下工作點(diǎn)的流量水力坡降和單個(gè)泵站的揚(yáng)程： 由前面計(jì)算得： 2 確定各站進(jìn)出站壓力 （7.1） （7.2）式中 首戰(zhàn)出站壓力，m； 泵站揚(yáng)程，m； 第一站間管道長(zhǎng)度及高差，m。 其余泵站參數(shù)的計(jì)算依次類推。3

14、設(shè)有4個(gè)泵站，且均勻布置在管線間，則有： ，因?yàn)榫鶆虿颊?，可求得各站高程?52.25m，471.5m，429.9m，可求得 由進(jìn)出站壓力可知，最大壓頭為H=690m，則 滿足設(shè)計(jì)壓力。7.2夏季高溫時(shí)泵站進(jìn)出站壓力的校核夏季最高氣溫下工作點(diǎn)的流量水力坡降和單個(gè)泵站的揚(yáng)程： ， 此處由另一個(gè)同學(xué)計(jì)算各站進(jìn)出站壓力。經(jīng)計(jì)算可知，中間泵站需有一定的進(jìn)站壓力范圍30m到80m液柱。且第二個(gè)站與首戰(zhàn)之間距離應(yīng)在80公里左右。7.3 計(jì)算第一站間動(dòng)水壓頭1 動(dòng)水壓力的校核依據(jù)： （7.3）2 最大動(dòng)水壓力公式： （7.4） 式中 高程為i點(diǎn)處的動(dòng)水壓頭，； 泵站輸出的壓頭，； 泵站與低點(diǎn)處的距離，； ，

15、低點(diǎn)處、泵站的高程，； 動(dòng)水壓力，。3 第一站間動(dòng)水壓頭的表達(dá)式為：7.5 全線動(dòng)水壓頭 由公式可得，代入數(shù)據(jù)得： 7.6 全線靜水壓頭 靜水壓力的校核依據(jù)： （7.5） 式中 靜水壓力，； 沿線的最大高程差，。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：因?yàn)椋造o水壓力校核符合要求。7.4 電機(jī)輸出功率在年平均溫度下，由工程流體力學(xué)知識(shí) （7.6） 式中 油品的運(yùn)動(dòng)粘度，； Q油品流量， ； H泵的揚(yáng)程，m。 設(shè)泵的效率泵=89%，電機(jī)效率電=80% 7.3.1 輸量最小時(shí)電機(jī)功率（1）由前面計(jì)算可知冬季時(shí)輸量最小：（2）此時(shí)的電機(jī)功率：7.3.2 輸量最大時(shí)電機(jī)功率（1）由前面計(jì)算可知夏季時(shí)輸量最大：（2）此時(shí)的電

16、機(jī)功率：8 結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)長(zhǎng)距離等溫輸送輸油管道的工藝設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)了該長(zhǎng)輸管道的泵型號(hào)和泵站的組合方式。通過該長(zhǎng)輸管線的年輸量在年平均溫度下、夏季高溫和冬季低溫下，計(jì)算出該油品的不同密度、黏度和輸量。初步確定該管徑在529mm左右，管徑型號(hào)為457mm，508mm，559mm，以及各壁厚分別為5.6mm，6.0mm，7.0mm。本設(shè)計(jì)主要以508mm管徑來計(jì)算的，壁厚為6.0mm。 根據(jù)年輸量以及揚(yáng)程等最后選擇泵型為DZ250x340x4型輸油泵1臺(tái)作一個(gè)泵站。且在泵站數(shù)取大化整N=4時(shí)，為保證數(shù)量不變提出了三項(xiàng)經(jīng)濟(jì)可行的措施。取小化整N=3時(shí)，分別計(jì)算了所需副管的長(zhǎng)度，大一個(gè)等級(jí)的變徑管長(zhǎng)度及大兩個(gè)等級(jí)的變徑管長(zhǎng)度，并進(jìn)行管材耗量的比較。本設(shè)計(jì)校核時(shí)均以4個(gè)泵站為計(jì)算基準(zhǔn)。 通過本次課程，我學(xué)到了很多東西。一方面，我們鍛煉了自己的能力，在實(shí)際操作過程中成長(zhǎng)，查找各種書籍學(xué)到很多課堂上沒有學(xué)到的知識(shí)；另一方面，也領(lǐng)悟到了團(tuán)隊(duì)的合作的力量。在設(shè)計(jì)過程中，我們也表現(xiàn)出了經(jīng)驗(yàn)不足，處理問題不夠成熟、書本知識(shí)與實(shí)際結(jié)合不夠緊密等問題。但是，大家組織在一起，