油氣管道輸送技術(shù)課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄專心-專注-專業(yè)1 總 則1.1設(shè)計依據(jù)及原則1.1.1設(shè)計依據(jù)（1）國家的相關(guān)標準、行業(yè)的有關(guān)標準、規(guī)范； （2）相似管道的設(shè)計經(jīng)驗； （3）設(shè)計任務(wù)書。1.1.2設(shè)計原則 （1）嚴格執(zhí)行現(xiàn)行國家、行業(yè)的有關(guān)標準、規(guī)范。 （2）采用先進、實用、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，保證工程項目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長期平穩(wěn)運行。 （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，實現(xiàn)主要安全性保護設(shè)施

2、遠程操作。 （5）以經(jīng)濟效益為中心，充分合理利用資金，減少風險投資，力爭節(jié)約基建投資，提高經(jīng)濟效益。1.2總體技術(shù)水平 （1）采用高壓長距離全密閉輸送工藝。 （2）采用原油變頻調(diào)速工藝。 （3）輸油管線采用先進的SCADA系統(tǒng)，使各站場主生產(chǎn)系統(tǒng)達到有人監(jiān)護、自動控制的管理水平。既保證了正常工況時管道的平穩(wěn)、高效運行，也保證了管道在異常工況時的超前保護，使故障損失降低到最小。 （4）采用電路傳輸容量大的光纖通信。給全線實現(xiàn)SCADA數(shù)據(jù)傳輸帶來可靠的傳輸通道，給以后實現(xiàn)視頻傳輸、工業(yè)控制及多功能信息處理提供了可能。 （5）在線路截斷閥室設(shè)置電動緊急切斷球閥，在SCADA中心控制室根據(jù)檢漏分析的

3、結(jié)果，確定管道泄漏位置，并可及時關(guān)閉相應泄漏段的電動緊急切斷球閥。 （6）站場配套自成系統(tǒng)。 （7）采用固化時間短、防腐性能優(yōu)異的環(huán)氧粉末作為管道外防腐層。1.3確定工藝流程的原則制定和規(guī)劃工藝流程要考慮以下原則：（1）滿足輸送工藝及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)（試運投產(chǎn)，正常輸油，停輸再啟動等）的要求。（2）便于事故處理和維修。泵站的突然停電， 管道穿孔或破裂，加熱爐緊急放空和定期檢修，閥門的更換等在輸油生產(chǎn)中并非罕見，流程的安排要方便這類事故的處理。（3）采用先進工藝技術(shù)及設(shè)備，提高輸油技術(shù)水平。（4）在滿足以上要求的前提下，流程應盡量簡單，盡可能少用閥門，管件，力求減少管道及其長度，充分發(fā)揮設(shè)備性能，節(jié)約

4、投資，減少經(jīng)營費用。2 工程概況某油田初期產(chǎn)量為180萬噸/年，五年后原油產(chǎn)量達到260萬噸/年，計劃將原油輸送到380km外的煉油廠，要求設(shè)計一條輸油管道，采用密閉輸送方式。管道最大輸送壓力8MPa，末站剩余壓頭70m，局部摩阻以沿程摩阻的1.2%計算。本次課程設(shè)計的設(shè)計要求為：（1）確定管道材質(zhì)與規(guī)格；（2）在一期輸量（180萬噸/年）條件下，確定設(shè)備的選型與運行方式；（3）確定熱站和泵站的布站位置；（4）在一期輸量條件下（180萬噸/年），確定是否存在翻越點，若存在翻越點，則給出解決措施；（5）設(shè)計并繪制一期工程首站工藝流程圖（2#）1張。 基本數(shù)據(jù)有原油的性質(zhì)參數(shù)，沿線高程，沿線地溫。

5、具體數(shù)據(jù)如以下表： 表2-1原油性質(zhì)表 含蠟量，%瀝青質(zhì)，%密度,kg/初餾點，凝固點，粘度,50，mPa.s33875.48854.617030.57.9表2-2里程和高程表 里程，km070146178220287347380高程，m220270120227160280210250表2-3 管道經(jīng)過地區(qū)的地溫 月份123456789101112地溫3467891518131086其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有：粘溫指數(shù)0.036，保溫層采用黃夾克，厚度35mm。土壤導熱系數(shù)1.21W/(m.)，埋地深度1.8m，年輸送天數(shù)350天。說明：由于所給的基礎(chǔ)資料有限，在計算過程中基礎(chǔ)資料未給出的數(shù)據(jù)可通過查

6、閱相關(guān)書籍以及相關(guān)的規(guī)范獲得。3 工藝計算3.1管徑與管材的確定3.1.1 管道內(nèi)徑計算在本次設(shè)計中我們采用經(jīng)濟流速法來確定管道的管徑，根據(jù)油氣管道輸送技術(shù)課本可知，輸油管道經(jīng)濟流速的變化范圍一般為1.02.0 m/s，我國長距離輸油管道中原油或成品油的推薦流速如下表2： 表3-1我國長距離輸油管道中原油或成品油的推薦流速 管徑/mm流速/(m/s)管徑/mm流速/(m/s)管徑/mm流速/(m/s)2191.04261.28201.92731.05301.38202.13251.16301.410202.33771.17201.612202.7經(jīng)過大量試算，最終取1.1m/s作為管道的經(jīng)濟流

7、速。在確定了經(jīng)濟流速后，要計算管道內(nèi)徑，還需確定管道的輸送流量。由于該工程輸油分為初、后兩期，而后期管道輸量有明顯的增大。考慮到后期輸量變化對該工程的影響較大，在進行初期管道設(shè)計計算中選擇后期輸量260萬噸/年，作為管道的設(shè)計年輸量。則根據(jù)設(shè)計年輸量可得管道的輸送流量如下： 管道的內(nèi)徑計算如下2： （3-1）式中 -管道的計算內(nèi)徑，；-體積流量，；-經(jīng)濟流速，；由以上分析與計算可知，。代入公式計算得： 3.1.2管材的確定根據(jù)輸油管道設(shè)計與管理在長距離輸油管道中常用的管道為直縫高頻焊鋼管，而在直縫焊鋼管中X70最為常用，管道的性能好、且性價比高。故該管道選擇直縫高頻焊鋼管X703。3.1.3管

8、道壁厚計算在對管道內(nèi)徑進行計算后，需對管道的壁厚進行計算，以便選擇合適的管道。管道的壁厚可依據(jù)薄膜理論按下式進行計算5： （3-2） 式中 -管道的計算壁厚，；-管道的設(shè)計內(nèi)壓力，；-管線外徑，； -管道材料的許用應力，。對輸油氣管道直管段的許用應力應按下式計算： （3-3） 式中 -管道材料的許用應力，； -鋼管的最低屈服強度，按表3-2取值； -設(shè)計系數(shù)；-焊縫系數(shù)，按表3-2取值； -溫度折減系數(shù)，當管內(nèi)介質(zhì)溫度低于120時，取1.0。鋼管的最低屈服強度與焊縫系數(shù)可由下表查得：表3-2鋼管的最低屈服強度與焊縫系數(shù) 鋼管標準名稱鋼號或鋼級最低屈服強度/焊縫系數(shù)備 注輸送液體用無縫鋼管GB/

9、T8163-1999Q295295(S>16mm為285)1.0S為鋼管的公稱壁厚Q345325(S>16mm為315)20245(S>16mm為235)石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第1部分:A級鋼管GB/T9711.1-1997L175(A25)175(172)1.0L210(A)210(207)L245(B)245(241)L290(X42)290(289)L320(X46)320(317)L360(X52)360(358)L390(X56)390(386)L415(X60)415(413)L450(X65)450(448)L485(X70)485(482)L555

10、(X80)555(551)表3-3設(shè)計系數(shù)取值表 工作環(huán)境 管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內(nèi)部、穿跨越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬20m）輸油管線0.720.60輸氣管線0.600.50根據(jù)以上兩表可查得，直縫高頻焊鋼管X70的最低屈服強度為482MPa，焊縫系數(shù)為1.0，設(shè)計系數(shù)為0.72。則有材料的許用應力為： 鋼管的壁厚為：= 求解上述方程可得。3.1.4管道規(guī)格的確定根據(jù)鋼管的計算內(nèi)徑341.3mm，以及鋼管的計算壁厚4.03mm，查國產(chǎn)鋼管規(guī)格表可以選取規(guī)格為341.67的標準管道，作為該工程輸油所用的鋼管。在選擇了管道規(guī)格后，需要對管道的規(guī)格合理性進行校核。根據(jù)所選擇的管道，內(nèi)徑，則

11、有該內(nèi)徑下的經(jīng)濟流速計算如下： 由于計算所得的經(jīng)濟流速1 m/s < v < 2 m/s符合設(shè)計要求，故選擇的管道合理。3.2 輸油管道熱力計算3.2.1管道總傳熱系數(shù)的確定 由設(shè)計任務(wù)書可知，該輸油管道采用黃夾克作保溫層，故管道總傳熱系數(shù)可根據(jù)下式確定2： （3-4）式中 -管道總傳熱系數(shù)，； -管道單位長度的總傳熱系數(shù)，；-管徑，。若，D取外徑；若，D取算數(shù)平均值；若，取內(nèi)徑。而的計算如下： （3-5）式中 -管道內(nèi)徑，；-第層的外徑，；-第層的內(nèi)徑，；-最外層的管外徑，；油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，在紊流情況下比層流時大得多，通常情況下大都大于.因此在紊流情況下，對總傳熱系數(shù)的影

12、響很小，可忽略不 計，而在層留情況下就必須計入。管道最外層至周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)，可由下式近似計算： （3-6）式中 -土壤導熱系數(shù)，；-管中心埋深，；-最外層的管外徑，。由于管道中油流的流態(tài)可由雷諾數(shù)的數(shù)值反映，在確定了管道的輸量和規(guī)格后，的大小只與油品的粘度有關(guān)，而油品的粘度受溫度的影響變化較大，當輸送的油溫最低時，此時油品的粘度最大，可知此時Re最小。 （3-7）式中 -所輸油品的體積流量，； -管道內(nèi)徑，； -所輸送油品的運動粘度，。由于已知油品在50的動力粘度為7.9mPa.s,可根據(jù)下式計算得到油品在該溫度下的運動粘度。 （3-8）式中 -油品的運動粘度，；-油品的動力粘度，；-油品

13、的密度，。又因為已知油品在50的粘度，可由下式計算得到油品在其他溫度下的粘度2。 （3-9）式中 -油品在時的運動粘度，； -油品在時的運動粘度，； -粘溫指數(shù)，1/。 由于已知油品在20時的密度，可根據(jù)下式計算得到油品在50時的密度。 （3-10）式中 -溫度t及20時油品的密度，；-溫度系數(shù)，根據(jù)以上各式有：（）由以上計算可知，所以流態(tài)為紊流。故在計算總傳熱系數(shù)時可忽略不計。由查閱輸油管道設(shè)計與管理取鋼管的導熱系數(shù)為48W/(.)，保溫層的導熱系數(shù)為0.04 W/(.) 1。又已知土壤的導熱系數(shù)為1.21W/(.)，保溫層厚度為35，管道埋地深度為1.8。則可計算總傳熱系數(shù)如下2： 3.2

14、.2原油比熱容、平均地溫的確定根據(jù)油氣管道輸送技術(shù)可知原油和石油產(chǎn)品的比熱容通常在1.62.5之間，在該工程中取2.12。管道埋深處的平均溫度可按下式計算2： （3-11）式中 分別為112各月份的平均地溫。則有：3.2.3進出站油溫、質(zhì)量流量的確定根據(jù)加熱輸送的一般規(guī)律，出站油溫不宜高于油品的初餾點，應低于23；進站油溫不應低于油品的凝固點，應高于352。由于本設(shè)計中原油的初餾點為70，油品的凝固點為30.5?？蓪⒊稣緶囟却_定為67，進站溫度確定為35。一期輸量下原油質(zhì)量流量的計算可由下式計算： 3.2.4站間距的試算與熱站數(shù)的確定在確定出加熱站的出、進口溫度，以及一期輸油的質(zhì)量流量，年平均

15、地溫、全線的K、管道外徑后，可估算出加熱站間距。加熱站的間距可由下式計算2： （3-12）式中 -相鄰加熱站之間的間距，； -原油質(zhì)量流量，；-原油的比熱容，J/；-油流至周圍介質(zhì)的總傳熱系數(shù)，；-管道外徑，；-加熱站的出站溫度，；-加熱站的進站溫度，；-管道周圍的自然溫度，；則將所需數(shù)據(jù)代入上式計算可得： 在試算了以后，由熱油管全長380公里，可計算出加熱站數(shù)。加熱站數(shù)可由下式計算2： （3-13）式中 -加熱站數(shù)，個； -熱油管道全長，； -加熱站站間距，。在進行的具體計算時，需要進行化整，必要時可適當調(diào)節(jié)油品進、出站溫度?；蛘哌x用其它熱功率的加熱爐。該工程中一期輸量下所需加熱站數(shù)具體計算

16、如下： 3.2.5站間距與出站溫度的重定在確定了加熱站數(shù)后，可對加熱站站間距重新確定，具體計算如下： 在確定加熱站數(shù)時，往往所得的加熱站數(shù)計算結(jié)果不是整數(shù)，需對所得加熱站數(shù)取整，當取整后需對出站溫度重新確定。出站溫度的計算公式如下2： （3-14）式中 -原油質(zhì)量流量，；-加熱站的進站溫度，；-加熱站的出站溫度，。-比熱容， -加熱站間距，；-管道總傳熱系數(shù)，；-管道內(nèi)徑，。-管道周圍的自然溫度，；將所需數(shù)據(jù)代入上述公式，計算有：= = （）3.2.6加熱站的熱負荷計算在以上設(shè)計計算基礎(chǔ)上,可求出每個加熱站的熱負荷,計算公式如下2： （3-15）式中 -加熱爐的效率，；（一般取80%-90%）

17、-原油的比熱容，；-一期輸量下的原油質(zhì)量流量，；-加熱站的熱負荷，。則有每個加熱站的熱負荷為： 3.2.7加熱爐的選型與數(shù)量的確定可知一期輸量下油品的體積流量為：根據(jù)以上每個加熱站的熱負荷計算結(jié)果，以及一期輸量下油品的體積流量，和考慮到二期輸量的變化。查詢SY/T0599 石油工業(yè)加熱爐型式與基本參數(shù)規(guī)范，可選擇GL4000-Y/2.5-YQ/Q-型加熱爐4，每個加熱站的加熱爐數(shù)目為兩個，一個為備用。3.3熱油管道水力計算3.3.1油流平均溫度的有關(guān)計算對輸油管道的水力計算時，采用平均溫度計算法來計算熱油管道摩阻，油流的平均溫度由下式計算2： （3-16）式中 -加熱站的起點，終點溫度，。具體

18、計算如下： 油流在平均溫度下的粘度計算如下： 油流在平均溫度下的密度計算如下： 3.3.2油流的體積流量與雷諾數(shù)計算一期輸量下油流的體積流量計算如下：一期輸量下油流的雷諾數(shù)計算如下： 3.3.3摩阻計算相鄰加熱站間的摩阻為2： （3-17）總摩阻為： （3-18） 全線所需總壓頭為： （3-19）式中 -加熱站數(shù)，個；-沿線總摩阻，；-相鄰兩加熱站間的摩阻，；-全線所需要的總壓頭，。由雷諾數(shù)Re的值，可判斷油流的流態(tài)為紊流的水力光滑區(qū)，故此時有常數(shù)，。則有全線的摩阻具體計算如下： 3.3.4泵站數(shù)的確定與泵的選型由以上計算確定的熱站數(shù)5，從經(jīng)濟的角度考慮，盡量使熱站與泵站布置在同一處，以便節(jié)約

19、成本。同時又考慮到應盡量使泵站數(shù)較少，故最終確定泵站數(shù)為4。則可得每個泵站所需提供的能頭可由下式計算： 可知一期輸量下油品的體積流量為：根據(jù)以上每個泵站所需提供的能頭計算結(jié)果，以及一期輸量下油品的體積流量，和考慮到二期輸量的變化。查詢GB10883-89離心油泵型式與基本參數(shù)規(guī)范，可選擇250Y S150×2型離心油泵3，油泵的流量為500，揚程為300，允許汽蝕余量為5.2，轉(zhuǎn)速為,2950r/min，電動機功率為800千瓦，效率為69%。每個泵站選用兩臺，其中一臺為備用泵。原動機選擇防爆型電動機，轉(zhuǎn)速為2950r/min，電動機功率為850千瓦，效率為69%。在選擇了離心油泵之后

20、，還需對泵所產(chǎn)生的壓力是否小于管道允許的輸送壓力，進行校核。泵所產(chǎn)生的壓力為： （3-20） 式中 -泵所能夠提供的壓力，；-油品的密度，；-泵所提供的揚程，。具體計算如下：故所選擇的泵符合要求。4 站場布置4.1泵站數(shù)校核根據(jù)已選擇的離心泵參數(shù)，對泵站數(shù)進行校核，計算公式如下： （4-1） 式中 -泵站數(shù)，個；-全線所需的總壓頭，；-泵所提供的揚程，。得：故所選擇的離心泵合理。4.2泵站的布置采用平均法布站，其站間距為： （4-2） 式中 -泵站站間距，；-管線總長，。將所需數(shù)據(jù)代入計算得：取泵站內(nèi)壓頭損失為，泵站進站壓頭控制在3080范圍內(nèi)。（1）當首站與第二站站間距取95,對應高程為Z=

21、220.66時，其進站壓頭為： （4-3）式中為水力坡度，計算公式為： （4-4）上兩式中 -第泵站的進站壓頭，；-泵站所提供的揚程，；-水力坡降；-兩泵站的站間距，；-兩泵站間的高程差，；-泵站內(nèi)壓頭損失，。所需數(shù)據(jù)具體計算如下：可知該進站壓頭符合要求。（2）取首站與第三站的站間距為190，對應高程Z=207.86時，進站壓頭為： 可知此時的進站壓頭142.45>80,故不符合要求，應加大站間距。（3）取首站與第三站的站間距為235，對應高程Z=186.86時，進站壓頭為： 可知此時進站壓頭符合要求，故第三站布置在距離首站235處。（4）取首站與第四站的站間距為330，對應高程Z=22

22、9.83時，進站壓頭為： 可知此時的進站壓頭80.01>80,故不符合要求，應加大站間距。（5）取首站與第四站的站間距為340，對應高程Z=218.17時，進站壓頭為： 可知此時進站壓頭符合要求，故第四站應布置在距離首站340處。（6）末站進站時的剩余壓頭為：遠大于70，如果繼續(xù)使用前幾站所用的泵這樣不經(jīng)濟。為了節(jié)約成本可改用小揚程的泵。為了減小其壓頭，改用小揚程的泵，需要的揚程為： 根據(jù)所輸油品的流量，以及到末站時所需的能頭。選擇250YS150型離心油泵，其流量為500，揚程為150m，允許汽蝕余量5.2m，配帶電動機功率為440kw，轉(zhuǎn)速為2950r/min，效率69%。選用兩臺，

23、一臺備用。（7）終點剩余壓頭為：符合要求，則全線泵站布置完畢。4.3加熱站的布置 加熱站布置采用平均法布站。由加熱站布站計算可知，全線需要5個加熱站，加熱站的站間距為76km，具體的布站位置如下： 加熱站首站與泵站首站布置在同一處，加熱站第二站布置在距離首站76 km處，加熱站第三站布置在152 km處，加熱站第四站應布置在228 km處，考慮到節(jié)約工程成本，與距離較近的泵站的第三站布置在同一處，故最終布置在235 km處。加熱站第五站布置在311km處，為此所有加熱站布置完畢。4.4判斷翻越點若 則有翻越點存在，反之不存在2。（1）從首站到第二個泵站處之間的翻越點判斷在70km處，以上所得小于H,故不存在翻越點，泵站布置合適（2）從第二個泵站處到第三個泵站處之間的翻越點判斷在146km處，在178km處， 在220km處， 以上所得均小于H,故不存在翻越點，泵站布置合適。（3）從第三個泵站處到第四個泵