畢業(yè)論文--某成品油管道工藝設(shè)計(jì)

1、某成品油管道工藝設(shè)計(jì)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(fèi)通常是均衡進(jìn)行的，各種油品每天都在生產(chǎn)和消費(fèi)，順序輸送管道對(duì)每一種油品來(lái)講是間歇輸送。循環(huán)次數(shù)越少，就需要在管道的起、終點(diǎn)以及沿線的分油點(diǎn)和進(jìn)油點(diǎn)建造較大容量的儲(chǔ)罐區(qū)來(lái)平衡生產(chǎn)、消費(fèi)和輸送之間的不平衡，油罐區(qū)的建造和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用就要增加。因而，最優(yōu)循環(huán)次數(shù)的確定應(yīng)從建造、經(jīng)營(yíng)油罐區(qū)的費(fèi)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(shè)計(jì)應(yīng)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(shí)考慮管道應(yīng)

2、能適應(yīng)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(shè)置等有關(guān)。優(yōu)化批次、罐容時(shí)應(yīng)根據(jù)不同批次分別計(jì)算首站罐容、分輸油庫(kù)和末站罐容，并根據(jù)輸送順序計(jì)算混油量以及混油處理的各項(xiàng)費(fèi)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(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為依據(jù)，在進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)編程對(duì)該管道進(jìn)行了水力計(jì)算、經(jīng)濟(jì)計(jì)算，確定了最經(jīng)濟(jì)的管道工藝參數(shù)（如管徑、壁厚、工作壓力、泵站數(shù)），并計(jì)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(guān)鍵詞： 管道 輸送批

3、次 混油量 混油處理 罐容設(shè)計(jì)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, oils producing and consumption are usually balanced. E

4、ach 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 pipelines start and final point and the oil output and input point along the pipeline so

5、as to balance the imbalance of oils 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 depreciation loss of o

6、il 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, simultaneity consi

7、dering 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 calculate the oilcan cubage

8、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 oilcans.This paper gives t

9、he 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 number of pumping s

10、tations), 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 oils cutting programs, Drawing a hydraulic gradient and the station map and the first stop o

11、f the process flow chart. Key words: hatched transportation； pipeline； transportation circle； oil mixture sum； management of oil mixture； design of oilcans cubage目錄1 緒論71.1研究目的和意義71.2成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)71.2.1世界成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀71.2.2世界成品油管道技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)81.2.3我國(guó)成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀81.2.4國(guó)內(nèi)外成品油管道技術(shù)差距分析81.2.5我國(guó)油氣管道技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)81.3主要研究?jī)?nèi)容

12、101.4采用方法102 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)112.1熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的內(nèi)容，掌握基本數(shù)據(jù)和原始資料112.2方案設(shè)計(jì)112.3 設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟123計(jì)算說(shuō)明書(shū)163.1計(jì)算物性參數(shù)163.1.1溫度計(jì)算163.1.2計(jì)算年平均地溫下的密度173.1.3計(jì)算年平均地溫下油品的粘度173.1.4計(jì)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(qiáng)度和穩(wěn)定性校核243.3水力坡降、翻越點(diǎn)、管道長(zhǎng)度計(jì)算263.3.1 計(jì)算雷諾數(shù)，判斷流態(tài)263.3.2判斷有無(wú)翻越點(diǎn)273.4 泵站數(shù)的確定283.4.1 泵站數(shù)化整303.5投資總額計(jì)

13、算323.5.1 管道的投資費(fèi)用計(jì)算323.5.2機(jī)泵投資333.5.3 操作經(jīng)營(yíng)費(fèi)用343.5.4 折舊費(fèi)用和維修費(fèi)用353.5.5總投資363.6最優(yōu)方案工作點(diǎn)參數(shù)計(jì)算及泵站位置373.7 工況校核383.7.1進(jìn)出站壓頭校核383.7.2 動(dòng)、靜水壓力校核393.8 順序輸送工藝計(jì)算403.8.1 一年中每種油品輸送天數(shù)的計(jì)算403.8.2 循環(huán)次數(shù)413.8.3 首站和終點(diǎn)站所需油罐總?cè)莘e423.8.4 混油長(zhǎng)度的計(jì)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(chǔ)罐總?cè)萘?63.8.7 最優(yōu)循環(huán)周期463.8.8 循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時(shí)間473.8.9 混油

14、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(jié) 論51致 謝52參考文獻(xiàn)53附錄54附錄1 編程計(jì)算541 緒論1.1研究目的和意義隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)步發(fā)展,機(jī)動(dòng)車保有量不斷增長(zhǎng),各地區(qū)的成品油消費(fèi)需求量增長(zhǎng)加速,對(duì)運(yùn)輸能力的提高和安全及時(shí)間的保證度提出了新的要求,同時(shí)成品油輸送量的增大為發(fā)展和采用管道運(yùn)輸提供了可能。管道運(yùn)輸具有一次性投資少、運(yùn)輸成本低、安全性高、利于環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),尤其適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸易燃、易爆的石油天然氣。近年來(lái),隨著世界經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)以及世界各國(guó)對(duì)能源需求的快速發(fā)展,全球油氣管道的建設(shè)步伐加快,建設(shè)規(guī)模和建設(shè)水平都有很大程度的提高。1.2

15、成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1世界成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀目前國(guó)際成品油管道輸送技術(shù)已相當(dāng)成熟，輸送的品種多、規(guī)模大，實(shí)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(guó)的科洛尼爾管道，雙線可順序輸送不同牌號(hào)的成品油118種，一個(gè)順序周期僅為5天。國(guó)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(shí)，多采用隔離輸送方式?；煊徒缑娑嗖捎糜?jì)算機(jī)進(jìn)行批量跟蹤。界面檢測(cè)方法大致分為標(biāo)示法和特性測(cè)量法，其中采用特性測(cè)量法居多，尤以密度測(cè)量法最多。為了提

16、高檢測(cè)的精度，也常采用各種組合式的檢測(cè)方法。1.2.2世界成品油管道技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)（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(yùn)行管理軟件系統(tǒng)，合理安排各批次油品交接時(shí)間；在極短的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)可自動(dòng)生成調(diào)度計(jì)劃，對(duì)管內(nèi)油品的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖表分析，遠(yuǎn)程自動(dòng)控制泵和閥門的啟停，實(shí)現(xiàn)水擊的超前保護(hù)。（3）順序輸送的混油界面檢測(cè)以超聲波檢測(cè)法為發(fā)展趨勢(shì)，美國(guó)在這方面保持著技術(shù)領(lǐng)先地位。1.2.3我國(guó)成品油管道技術(shù)現(xiàn)狀20 世紀(jì) 90 年代后隨著成品油管道的建設(shè)，我國(guó)成品油管道輸送研究有了進(jìn)展，先后開(kāi)展了成品油順序輸送水力計(jì)算

17、、批量跟蹤等方面的研究及運(yùn)行管理軟件的開(kāi)發(fā)，但與國(guó)外相比差距還很大。我國(guó)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(yùn)營(yíng)的蘭-成-渝管道是我國(guó)第一條大口徑、高壓力、長(zhǎng)距離、多出口、多油品、全線自動(dòng)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(gè)分輸點(diǎn)，輸送油品為 90汽油、93汽油和 0柴油。油品界面檢測(cè)、跟蹤采用密度法、超聲法和計(jì)算跟蹤，代表了我國(guó)成品油管道目前最高水平。1.2.4國(guó)內(nèi)外成品油管道技術(shù)差距分析目前我國(guó)成品油順序輸送技術(shù)尚處于初級(jí)水平，且自動(dòng)化程度較低，

18、無(wú)法全面體現(xiàn)成品油管道的輸送特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)成品油需求的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)應(yīng)逐步建立起長(zhǎng)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(duì)解決復(fù)雜地形下大落差動(dòng)、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(shù)難題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。1.2.5我國(guó)油氣管道技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(1)油氣管道技術(shù)發(fā)展目標(biāo)未來(lái)我國(guó)油氣管輸技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)如下：在易凝高粘含蠟原油管輸工藝方面保持世界領(lǐng)先水平。具備保證大型油氣管網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化運(yùn)行的能力。新建干線管道實(shí)現(xiàn)高水平的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理,達(dá)到世界先進(jìn)水平。提高成品油管道輸送工藝水平,2015年成品油長(zhǎng)距離輸送運(yùn)量比例將提高30%。2015年新建油氣管道

19、各項(xiàng)指標(biāo)將達(dá)到世界平均水平。提高勞動(dòng)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/(tkm),天然氣管道綜合能耗低于890 kJ/(tkm)。 (2)油氣管道重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)2004年中國(guó)石油管道技術(shù)與管理座談會(huì)指出,今后中國(guó)石油將攻關(guān)、推廣應(yīng)用和超前研發(fā)43項(xiàng)技術(shù),包括需要重點(diǎn)攻關(guān)的技術(shù)26項(xiàng),推廣應(yīng)用的新技術(shù)10項(xiàng)和超前研究的儲(chǔ)備技術(shù)7項(xiàng)。通過(guò)這些重點(diǎn)技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)施,逐步形成油氣輸送技術(shù)、油氣儲(chǔ)存技術(shù)、管道工程技術(shù)、管道完整性評(píng)價(jià)及配套技術(shù)、油氣管道運(yùn)行管理與信息技術(shù)五大管道技術(shù)系列,以全面提升管道技術(shù)水平。需要重點(diǎn)攻關(guān)的26項(xiàng)技術(shù)如下：

20、7項(xiàng)油氣輸送技術(shù)。東北管網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)、進(jìn)口俄羅斯原油輸送工藝及配套技術(shù)、西部油田及進(jìn)口原油管道輸送技術(shù)、原油管道新型化學(xué)添加劑的研制與應(yīng)用、多品種順序輸送工藝及配套技術(shù)、原油流變性研究及LNG技術(shù)。2項(xiàng)油氣儲(chǔ)存技術(shù)。原油低溫儲(chǔ)存技術(shù)與儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)技術(shù)。4項(xiàng)管道工程技術(shù)。國(guó)家石油儲(chǔ)備地下庫(kù)建設(shè)工程技術(shù)、儲(chǔ)罐工程建設(shè)技術(shù)、管道水土保護(hù)技術(shù)與大口徑管道高清晰度漏磁內(nèi)檢測(cè)裝備及技術(shù)。4項(xiàng)管道完整性評(píng)價(jià)及配套技術(shù)。管道完整性評(píng)價(jià)技術(shù)、油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)、地質(zhì)災(zāi)害及特殊地段監(jiān)測(cè)與防護(hù)技術(shù)、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備安全檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)。9項(xiàng)油氣管道運(yùn)行管理與信息技術(shù)。數(shù)字管道技術(shù)、天然氣管網(wǎng)安全優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)、成品油管道

21、優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)、天然氣氣質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)、天然氣貿(mào)易計(jì)量技術(shù)、管道快速維搶修技術(shù)、管道節(jié)能與環(huán)保技術(shù)、油氣管網(wǎng)規(guī)劃研究、天然氣經(jīng)濟(jì)研究。推廣應(yīng)用的10項(xiàng)新技術(shù)。管道自動(dòng)焊接和超聲波檢測(cè)等集成技術(shù)、大型河流穿越技術(shù)、仿真技術(shù)、天然氣管道內(nèi)涂層技術(shù)、管道生產(chǎn)信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、管道安全評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)、站區(qū)陰極保護(hù)技術(shù)、大口徑X70高鋼級(jí)管道鋼管件制造裝備及工藝技術(shù)、大口徑輸氣管道干燥技術(shù)。將要進(jìn)行超前研發(fā)的7項(xiàng)儲(chǔ)備技術(shù)。富氣管道輸送技術(shù)、超稠油管道輸送技術(shù)、天然氣減阻劑研制與應(yīng)用技術(shù)、X80以上高強(qiáng)度管道鋼制管與施工技術(shù)、管道防腐新技術(shù)、海洋管道工程技術(shù)與永凍土地帶工程施工技術(shù)。1.3主要研究?jī)?nèi)容

22、對(duì)某條管道順序輸送三種油品，已知管長(zhǎng)、任務(wù)輸量、所輸油品的性質(zhì)、沿線高程等，要求：利用計(jì)算機(jī)編程對(duì)該管道進(jìn)行水力計(jì)算、經(jīng)濟(jì)計(jì)算，確定出最經(jīng)濟(jì)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(duì)該管道進(jìn)行工藝計(jì)算，計(jì)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(guān)的圖紙。1.4采用方法采用方案比較法：在熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)任務(wù)書(shū)給出的數(shù)據(jù)，提出多種可供競(jìng)爭(zhēng)的方案；對(duì)所提出的方案分別進(jìn)行水力計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算；選擇優(yōu)化算法，找出最經(jīng)濟(jì)合理的管道參數(shù)（管徑、壁厚、泵站數(shù)等）；根據(jù)所求得的最經(jīng)濟(jì)的管道參數(shù)，對(duì)順序管道進(jìn)行工藝計(jì)算；最優(yōu)循環(huán)次

23、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(jì)算機(jī)程序；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，并繪制管道水力坡降圖及首站工藝流程圖。2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.1熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的內(nèi)容，掌握基本數(shù)據(jù)和原始資料(1) 輸送量、管道長(zhǎng)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(guān)資料，收集有關(guān)管材規(guī)格；泵、原動(dòng)機(jī)型號(hào)及性能等的材料，以備比較選用。2.2方案設(shè)計(jì)(1) 根據(jù)任務(wù)書(shū)算出平溫度下的油品密度，粘度和平均輸量。(2) 查相關(guān)資料，得知成品油流速在1.22.7m/s，由此初定五個(gè)油品經(jīng)濟(jì)流速，并計(jì)算出經(jīng)濟(jì)管徑。(3) 根據(jù)任務(wù)輸量和初選的工作壓力選擇

24、工作泵的型號(hào)、然后計(jì)算泵臺(tái)數(shù)以及確定組合方式。本設(shè)計(jì)采取3臺(tái)或4臺(tái)泵串聯(lián)的方案，并計(jì)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(jì)算壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性校核。(5) 計(jì)算任務(wù)輸量下的水力坡降，并判斷翻越點(diǎn)。(6) 計(jì)算全線總壓頭，確定泵站數(shù)并化整。(7) 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算各方案的基建投資及輸油成本費(fèi)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(jì)算求解工作點(diǎn)參數(shù)。(10) 按水力坡降和工作點(diǎn)的壓頭在縱斷面圖上布置泵站，確定泵站的位置。(11) 根據(jù)所求得的最經(jīng)濟(jì)管道參數(shù)，對(duì)順序輸送管道進(jìn)行工藝計(jì)算。2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算的基本步驟(1) 根據(jù)

25、任務(wù)書(shū)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(guān)資料，得知成品油流速一般在12.7m/s ，由此初定油品經(jīng)濟(jì)流速，由公式計(jì)算出經(jīng)濟(jì)管徑，根據(jù)管徑的出算值，根據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)算選擇一系列可能的管徑。 然后參考輸油管道工藝設(shè)計(jì)規(guī)范（GB502532003）中，不同直徑管道的工作壓力及經(jīng)濟(jì)輸量范圍初選各管徑下的輸送壓力。(3) 根據(jù)任務(wù)輸量和初選的工作壓力選擇工作泵的型號(hào)、然后計(jì)算泵臺(tái)數(shù)以及確定組合方式。 為便于長(zhǎng)輸管道的應(yīng)用，泵的特性曲線方程可近似表示為： （2-1） 式中 Hc離心泵揚(yáng)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)

26、m=0.25，混合摩擦區(qū)中m=0.123. 手冊(cè)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(duì)a，b求偏導(dǎo)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(guān)指數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果來(lái)選擇泵站的組合方式，對(duì)初步制定的壓力、管徑搭配做出相應(yīng)的更改，并確定為本設(shè)計(jì)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(jì)算值，m； D外徑，m； P設(shè)計(jì)壓力或管道的工作壓力，MPa； 輸油管道的許用應(yīng)力，MPa 焊縫系數(shù)，無(wú)縫鋼管取1.0； C考慮鋼管公

27、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(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核，然后求出管道的內(nèi)徑。 1）強(qiáng)度校核:1 熱應(yīng)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(yīng)力的泊松效應(yīng)； （2-7）式中 u管材的泊松系數(shù)； P設(shè)計(jì)壓力 D外徑，m； 壁厚，m。3 總的軸向應(yīng)力； （2-8）滿足上述條件即滿足強(qiáng)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，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

28、量，MPa； 管道壁厚，m； 膨脹系數(shù)，m/； 溫度變化，按最危險(xiǎn)情況考慮，當(dāng)軸向力P達(dá)到或超過(guò)某一臨界值PCR時(shí)，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(duì)管道的軸向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)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(dāng)P0.6 PCR時(shí)，穩(wěn)定性滿足要求。(6) 計(jì)算任務(wù)流量下的水里坡降，并判斷翻越點(diǎn)，確定管道計(jì)算長(zhǎng)度。(7) 計(jì)算全線需要的總壓頭、確定各方案的泵站數(shù)并化整。 根據(jù)任務(wù)輸量，在泵站工作特性曲線上可以得到每個(gè)泵

29、站所能提供的揚(yáng)程為HC。 管路全線消耗的壓力能為 （2-11）全線N個(gè)泵站提供的總揚(yáng)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(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，m液柱； hm泵站站內(nèi)損失，m液柱； H任務(wù)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(jì)算長(zhǎng)度，m，考慮到局部摩阻取為管道實(shí)際長(zhǎng)度的1.01倍。顯然計(jì)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算各方案的基建投資及輸油成本費(fèi)用。 主要包括基本建設(shè)投資指標(biāo)和經(jīng)營(yíng)成本指標(biāo)兩大類。 管道基本建設(shè)指標(biāo)包括路線建設(shè)部分、泵站部分。輸油成本主要包括維修、

30、動(dòng)力、折舊等費(fèi)用。(9) 綜合比較各方案的經(jīng)濟(jì)行指標(biāo)，選出最佳方案；(10) 按最優(yōu)方案的參數(shù)，計(jì)算求解工作點(diǎn)參數(shù)；(11) 按水力坡降和工作點(diǎn)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(jì)管道參數(shù)，對(duì)順序輸送管道進(jìn)行工藝計(jì)算。1 計(jì)算一年中每種油品的輸送天數(shù) （2-14）2 計(jì)算最優(yōu)循環(huán)次數(shù) （2-15）式中 JZ單位有效容積儲(chǔ)罐的建設(shè)費(fèi)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(chǔ)罐的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，元； A每次循環(huán)混油的貶值損失，元； VPCM一個(gè)循環(huán)中的混油體積，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(chǔ)罐總?cè)萘?（2-16）式中

31、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(shí)間，本設(shè)計(jì)取350D5 循環(huán)周期內(nèi)各種油品的輸送時(shí)間 （2-18）式中 Di每年輸送第i中油品的時(shí)間； NOP最優(yōu)循環(huán)次數(shù)。6 確定混油切割方案以及計(jì)算混油虧損3計(jì)算說(shuō)明書(shū) 對(duì)于成品油管道輸送多種油品時(shí)，要按管道埋深處全年月平均低溫輸送高粘油品進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按最高月平均溫度輸送低粘油品進(jìn)行校核，對(duì)于本設(shè)計(jì)即按管道埋深處全年月平均低溫輸送柴油設(shè)計(jì)，最高月平均溫度輸送汽油校核。3.1計(jì)算物性參數(shù)3.1.1溫度計(jì)算 根據(jù)任務(wù)書(shū)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16.7

32、5。3.1.2計(jì)算年平均地溫下的密度 已知20時(shí)油品密度，按下式換算成計(jì)算溫度下的密度。 （3-2）式中 、溫度t及20時(shí)油品密度，kg/m3； 溫度系數(shù)， kg/（m）； 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(jì)算年平均地溫下油品的粘度表1 成品油粘溫關(guān)系溫度 ()0102030運(yùn)動(dòng)粘度(10-6m2/s)0.950.880.800.75汽油2.501.771.250.83航煤18.0012.008.206.00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

33、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(jì)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(wù)輸量，kg； t年輸送時(shí)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；8001000010000.5/735/（350243600）=0.18m3/s8001000010000.2/808/（350243600）=0.066m3/s8001000010000.3/842/（350243600）=0.095m3/s總輸量約為：0.3m3/

34、s3.2管徑和壓力3.2.1初定管徑 查閱相關(guān)資料，成品油經(jīng)濟(jì)流速在1.2-2.7m/s之間最好，故初選經(jīng)濟(jì)流速1.2m/s、1.4m/s、1.5m/s1.8m/s、2.3m/s五種方案，算經(jīng)濟(jì)管徑有公式：（以1.5m/s為例） 由此可得 （3-3） 根據(jù)公式，可計(jì)算其他經(jīng)濟(jì)流速對(duì)應(yīng)的管徑為：406.4、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

35、.58.53.2.2泵及管道壓力 可供選用的泵有：表3 泵型號(hào)型號(hào)Q（m3/h）H（m）ZLM IP 440/0614001701200180450200400205ZLM IP 530/06160027014002901000300400315121215SPB908.52531135.62451362.82381589.9223 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(jì)算泵的特性方程即公式： （3-4）式中 Hc離心泵揚(yáng)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

36、m=0.123。 手冊(cè)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(jì)算方法為： 令，；所以： （3-5）對(duì)a，b求偏導(dǎo)使得： 求得： 通過(guò)計(jì)算可得出：(1) 當(dāng)選擇ZLM IP 440/06時(shí)，a=207.201，b=1.110-4，（假設(shè)在混合摩擦區(qū)m=0.123）。所以單個(gè)泵的H-Q特性方程為：HC=207.2011.110-4Q1.877。當(dāng)多臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)，根據(jù)離心泵串聯(lián)組合的特點(diǎn)，每臺(tái)泵排量相當(dāng)，均等于泵站排量，泵站揚(yáng)程等于各泵揚(yáng)程之和，所以若有N臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)的特性方程為： （3-6）泵站的特性方程為： ，其中，如果N臺(tái)型號(hào)的泵串聯(lián)工作，泵站的特性方程的常系數(shù)為： A

37、=Na B=Nb 本設(shè)計(jì)方案之一取四臺(tái)同型號(hào)的泵串聯(lián)使用組成泵站，則泵站的特性方程為： HC=4207.20141.110-4Q1.877 =828.8044.410-4Q1.877按照平均任務(wù)輸量0.3m3/s=1080m3/h計(jì)算泵站的性能參數(shù)： HC=828.8044.410-4Q1.877 =828.8044.410-410801.877 =611.44m 預(yù)選的輸油泵站，在給定的任務(wù)輸量的工作條件下，泵站的進(jìn)站壓力H的范圍為0.20.7MPA，設(shè)定本設(shè)計(jì)中的進(jìn)站壓頭為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計(jì)算壓力為： P=（HC+H）pg式中 P泵站工作壓力，MPA HC任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，m

38、 H泵站進(jìn)站壓力換算的液柱，30m即為：P=（611.44+30）784.029.8=6.4MPA(2) 當(dāng)選擇ZLM IP 530/06時(shí)，根據(jù)泵的特性方程，即公式： 同上由最小二乘法可以得出 A=319.329 b=410-5所以由此得到單個(gè)泵的H-Q方程為： HC=319.329410-5Q1.877本設(shè)計(jì)取三臺(tái)相同的泵串聯(lián)作為泵站，故H-Q方程為： HC=957.9871.210-4Q1.877按照平均任務(wù)輸量0.3m3/s=1080m3/h計(jì)算泵站的性能參數(shù)： HC=957.9871.210-4Q1.877 = 957.9871.210-410801.877 =898.86m故由此計(jì)

39、算泵站的特性方程為：HC=957.9871.210-4Q1.877 預(yù)選的輸油泵站，在給定的任務(wù)輸量的工作條件下，泵站的進(jìn)站壓力H的范圍為0.20.7MPA，設(shè)定本設(shè)計(jì)的進(jìn)站壓力為30m液柱，根據(jù)此壓頭確定計(jì)算壓力： P=（HC+H）pg式中 P泵站工作壓力，MPA HC任務(wù)輸量下泵站的揚(yáng)程，m H泵站進(jìn)站壓力換算的液柱，30m P=（898.89+30）784.029.8=7.13MPA根據(jù)所選的泵型號(hào)和泵站組合方式，管徑和工作壓力可以設(shè)定為：406.4 （8.0mpa、7.0mpa）457 （8.0mpa、7.0mpa）508 （8.0mpa、7.0mpa）529 （8.0mpa、7.0m

40、pa）559 （8.0mpa、7.0mpa） 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(lái)管道的發(fā)展趨勢(shì)，可選用X65的螺旋焊管作為本管道設(shè)計(jì)用鋼。3.2.3確定管道壁厚 按照我國(guó)輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB502532003）中規(guī)定，輸油管道直管段的設(shè)計(jì)公式如下： （3-7）式中 管壁厚度計(jì)算值，m； D外徑，m； P設(shè)計(jì)壓力或管道的工作壓力，MPa； 輸油管道的許用應(yīng)力，MPa 焊縫系數(shù)，無(wú)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(shè)計(jì)規(guī)范（GB502532003）可知X65鋼的最低屈服強(qiáng)度S=450mpa，彈性模量E

41、=210GPA,線性膨脹系數(shù)=1.210-5-1，焊縫系數(shù)=1.0，=KS=0.721.0450=324MPA，輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB502532003）。式中 S鋼管的最低屈服強(qiáng)度，MPA K強(qiáng)度系數(shù)，取K=0.72 焊縫系數(shù)； 鑒于方案較多，故編程計(jì)算管道壁厚。根據(jù)國(guó)產(chǎn)鋼管部分規(guī)格和API標(biāo)準(zhǔn)鋼管部分規(guī)格，可對(duì)計(jì)算做出計(jì)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(jì)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

42、方案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(yàn)反算流速是否合理。同樣，可用編程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表：表6反算流速表方案管道內(nèi)徑mm經(jīng)濟(jì)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(shí)際流速在1.3m/s2.46m/s之間，故認(rèn)為上述管徑、工

43、作壓力、壁厚的選定或計(jì)算基本符合條件。3.2.4管壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核 (1) 強(qiáng)度校核 A熱應(yīng)力： 式中式中 管道材料的線性膨脹系數(shù) 1.2010-5-1； 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(duì)于不同的方案環(huán)向應(yīng)力的泊松效應(yīng)應(yīng)該有不同的值，可由公式計(jì)算，為便于計(jì)算，可編程： 式中 管材的泊松系數(shù)，；p設(shè)計(jì)壓力，；D外徑，；壁厚，。 C.總的軸向應(yīng)力也因環(huán)向應(yīng)力不同而具有不同的值，可由公式計(jì)算，為便于計(jì)算，可編程： （3-8） D.判斷是否成立，通過(guò)編程計(jì)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管道軸向壓力，

44、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(xiǎn)情況考慮，。當(dāng)軸向力P達(dá)到或超過(guò)某一臨界值PCR時(shí)，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(duì)管道的軸向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)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(dāng)P0.6 PCR時(shí)，穩(wěn)定性滿足要求。 鑒于方案較多，故可采用編程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：表7 管道直管段穩(wěn)定性校核方案總的軸向應(yīng)力Mpa是否

45、超出屈服強(qiáng)度最大軸向應(yīng)力N臨界軸向應(yīng)力N是否超出失穩(wěn)極限方案136.6否6.41057.71010否方案236.6否7.31058.21010否方案335.4否8.11051.01011否方案438.7否9.11051.11011否方案536.6否1.01061.31011否方案641.7否1.11061.31011否方案739.7否1.11061.41011否方案839.7否1.21061.41011否方案938.6否1.21061.61011否方案1038.4否1.41061.71011否3.3水力坡降、翻越點(diǎn)、管道長(zhǎng)度計(jì)算 計(jì)算任務(wù)流量下的水力坡降，并判斷翻越點(diǎn)，確定管道計(jì)算長(zhǎng)度。3.3.1 計(jì)算雷諾數(shù)，判斷流態(tài) 式中 油品的運(yùn)動(dòng)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(jì)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(shí)，混合磨擦區(qū)粗糙區(qū)其中選此十個(gè)方案管內(nèi)徑最小和最大的計(jì)算雷諾數(shù)，計(jì)算結(jié)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9.421.11067.6106航煤9.421.21068.4106柴油9.427.61045.5106Re17.91035.0106Re2