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文檔簡介
/管道輸送工藝設計設計內容及要求某油田支配鋪設一條180公里、年輸量為300萬噸的熱油管道,管線經過區(qū)域地勢平坦。設計要求:1)接受的輸送方式;2)管道規(guī)格;3)泵站位置;4)選用泵機組的型號,包括泵運行的方式、原動機的種類和型號;5)至少接受兩種設計方案,并進行經濟比較;6)計算最小輸量。設計參數(shù)地溫資料:月份123456789101112地溫℃56789111213121087最大運行壓力7.0MPa,末站剩余壓頭60m,局部摩阻為沿程摩阻的1.2%計,20℃相對密度0.867,50℃粘度9.6mPa.s。粘溫指數(shù)0.038。進站溫度限制在39℃。土壤導熱系數(shù)1.2W/(m﹒℃),埋地深度1.6m。最高輸送溫度70℃,最低輸送溫度35℃。書目1總論 21.1設計依據(jù)及原則 21.1.1設計依據(jù) 21.1.2設計原則 21.2總體技術水平 22輸油工藝 32.1主要工藝參數(shù) 32.1.1設計輸量 32.1.2其它有關基礎數(shù)據(jù) 32.2主要工藝技術 33工程概況 34設計參數(shù) 34.1管道設計參數(shù) 34.2原油物性 34.3其它參數(shù) 45工藝計算 45.1輸量換算 45.2管徑規(guī)格選擇 55.2.1選擇管徑 55.2.2選擇管道壁厚 55.3熱力計算 65.3.1計算K值 65.3.2計算站間距 95.4水力計算 145.4.1計算輸油平均溫度下的原油運動粘度 145.4.2推斷流態(tài) 155.4.3計算摩阻 166設備選型 176.1設備選型計算 176.1.1泵的選型 176.1.2原動機的選型 186.1.3加熱設備選型 186.2站場布置 197最小輸量 218設計結果 229動態(tài)技術經濟比較(凈現(xiàn)值法) 24參考文獻 251總論1.1設計依據(jù)及原則1.1.1設計依據(jù)(1)國家的相關標準、行業(yè)的有關標準、規(guī)范;(2)相像管道的設計閱歷;(3)設計任務書。1.1.2設計原則(1)嚴格執(zhí)行現(xiàn)行國家、行業(yè)的有關標準、規(guī)范。(2)接受先進、好用、牢靠的新工藝、新技術、新設備、新材料,建立新的管理體制,保證工程項目的高水平、高效益,確保管道平安牢靠,長期平穩(wěn)運行。(3)節(jié)約用地,不占或少占良田,合理布站,站線結合。站場的布置要和油區(qū)內各區(qū)塊發(fā)展緊密結合。(4)在保證管線通信牢靠的基礎上,進一步優(yōu)化通信網絡結構,降低工程投資。提高自控水平,實現(xiàn)主要平安性愛惜設施遠程操作。(5)以經濟效益為中心,充分合理利用資金,削減風險投資,力爭節(jié)約基建投資,提高經濟效益。1.2總體技術水平(1)接受高壓長距離全密閉輸送工藝。(2)接受原油變頻調速工藝。(3)輸油管線接受先進的SCADA系統(tǒng),使各站場主生產系統(tǒng)達到有人監(jiān)護、自動限制的管理水平。既保證了正常工況時管道的平穩(wěn)、高效運行,也保證了管道在異樣工況時的超前愛惜,使故障損失降低到最小。(4)接受電路傳輸容量大的光纖通信。給全線實現(xiàn)SCADA數(shù)據(jù)傳輸帶來牢靠的傳輸通道,給以后實現(xiàn)視頻傳輸、工業(yè)限制及多功能信息處理供應了可能。(5)在線路截斷閥室設置電動緊急迫斷球閥,在SCADA中心限制室依據(jù)檢漏分析的結果,確定管道泄漏位置,并可剛好關閉相應泄漏段的電動緊急迫斷球閥。(6)站場配套自成系統(tǒng)。(7)接受固化時間短、防腐性能優(yōu)異的環(huán)氧粉末作為管道外防腐層。2輸油工藝2.1主要工藝參數(shù)2.1.1設計輸量年輸量為3000萬噸2.1.2其它有關基礎數(shù)據(jù)(1)保溫層(泡沫塑料)40mm;(2)管道埋地深1.6m;(3)管道埋深處平均地溫:=(4)原油含水<0.5%;(5)年輸送天數(shù):350天。2.2主要工藝技術輸油干線擬接受密閉輸油方式。輸油管道首站設置出站超高壓愛惜裝置,中間站設變頻器限制各進干線的壓力,確保輸油干線長期平安、平穩(wěn)運行。3工程概況某油田支配鋪設一條180公里、年輸量為300萬噸的熱油管道,管線經過區(qū)域地勢平坦。表3-1地溫資料:月份123456789101112地溫567891112131210874設計參數(shù)4.1管道設計參數(shù)最大運行壓力7.5MPa,末站剩余壓頭60m,局部摩阻按1.2%,進站溫度限制在39,最高輸送溫度70,最低輸送溫度35。4.2原油物性20相對密度0.867,50粘度9.6mPa.s,粘溫指數(shù)0.038。4.3其它參數(shù)保溫層接受黃夾克,厚度40mm,土壤導熱系數(shù)1.2W/(m.)。5工藝計算5.1輸量換算管道四周的自然溫度;=;平均溫度為:(5-1)式中——平均溫度,——加熱站的起點、終點溫度,。由公式(5-1)得:溫度系數(shù)為:(5-2)式中——溫度系數(shù),;——溫度為20時的油品密度,。由公式(5-2)得:46.7時原油的密度為:(5-3)式中——溫度為46.7時的油品密度,;——溫度系數(shù),;——溫度為20時的油品密度,;T——油品溫度,。由公式(5-3)得:()體積流量為:(5-4)式中——體積流量,或;——年輸量,;T——年輸油時間,按350天算。由公式(5-4)得:5.2管徑規(guī)格選擇5.2.1選擇管徑取經濟流速為V=2.0m/s,則管徑為:(5-5)式中D——管道直徑,m;Q——體積流量,;V——經濟流速,。由公式(5-5)得:5.2.2選擇管道壁厚查規(guī)范,選規(guī)格為X60的管材,其最小屈服強度為415MPa,故其壁厚為:(5-6)式中——壁厚,;P——設計壓力(取工作壓力的1.15倍)MPa;D——管道外徑,;;——許用壓力,MPa;=;K——設計系數(shù),取0.72;——焊縫系數(shù),取1——鋼管的最低屈服強度,X60鋼取413MPa。由公式(5-6)得:查規(guī)范,選為方案一和為方案二的標準管道。5.3熱力計算5.3.1計算K值=1\*GB3①方案一:的標準管道管道中的實際流速為:(5-7)式中d——管道內徑,m;Q——體積流量,;——實際流速,。選取泡沫塑料作為保溫材料,查規(guī)范可知,第一層鋼管壁的導熱系數(shù)為,其次層保溫層的導熱系數(shù)為。查閱相關手冊可知,保溫材料厚度為40mm。而:(5-8)(5-9)式中——單位長度的總傳熱系數(shù),;——油流至管內壁的放熱系數(shù),;——管最外層至四周介質的放熱系數(shù),;——第i層的厚度,m;——第i層(結蠟層、鋼管壁、防腐絕緣層等)導熱系數(shù),——管內徑,;——第i層的外徑,m;——第i層的內徑,m;——最外層的管外徑,m;——管徑,m;若,取外徑;若,D取算數(shù)平均值;若,D取內徑。由公式(5-9)得:管道最外層至四周介質的放熱系數(shù)為:(5-10)式中——土壤導熱系數(shù),;——管中心埋深,m;——最外層的管外徑,m。由公式(5-10)得:在紊流狀況下,對總傳熱系數(shù)影響很小,可忽視不計。由公式(5-8)得:管道總傳熱系數(shù)為:(5-11)式中K——管道總傳熱系數(shù),;——單位長度的總傳熱系數(shù),;——管道內徑,m。由公式(5-11)得:=2\*GB3②方案二:的標準管道管道中的實際流速為:式中d——管道內徑,m;Q——體積流量,;——實際流速,。選取泡沫塑料作為保溫材料,查規(guī)范可知,第一層鋼管壁的導熱系數(shù)為,其次層保溫層的導熱系數(shù)為。查閱相關手冊可知,保溫材料厚度為40mm。而:(5-8)(5-9)式中——單位長度的總傳熱系數(shù),;——油流至管內壁的放熱系數(shù),;——管最外層至四周介質的放熱系數(shù),;——第i層的厚度,m;——第i層(結蠟層、鋼管壁、防腐絕緣層等)導熱系數(shù),——管內徑,;——第i層的外徑,m;——第i層的內徑,m;——最外層的管外徑,m;——管徑,m;若,取外徑;若,D取算數(shù)平均值;若,D取內徑。由公式(5-9)得:管道最外層至四周介質的放熱系數(shù)為:(5-10)式中——土壤導熱系數(shù),;——管中心埋深,m;——最外層的管外徑,m。由公式(5-10)得:在紊流狀況下,對總傳熱系數(shù)影響很小,可忽視不計。由公式(5-8)得:管道總傳熱系數(shù)為:(5-11)式中K——管道總傳熱系數(shù),;——單位長度的總傳熱系數(shù),;——管道內徑,m。由公式(5-11)得:5.3.2計算站間距時原油的相對密度為:(5-12)式中——15時原油的相對密度;——溫度系數(shù),;——溫度為20時的油品密度,。由公式(5-12)得:原油的比熱容為:(5-13)式中——15時原油的相對密度;——比熱容,;T——原油溫度,。由公式(5-13)得:C質量流量為:(5-14)式中——原油質量流量,;——年輸量,;t——年輸油時間,按350天算。由公式(5-14)得:加熱站間距為:(5-15)式中——原油質量流量,;K——管道總傳熱系數(shù),;——管道內徑,m;——加熱站的出站溫度,;——管道四周的自然溫度,;——加熱站的進站溫度,;——加熱站間距,=1\*GB3①方案一:的標準管道由公式(5-15)得:加熱站數(shù):(5-16)式中n——加熱站數(shù),個;L——輸油管道總長,m;——加熱站間距,m;由公式(5-16)得:熱負荷:(5-17)式中q——加熱站的熱負荷,kJ/s;——加熱站的效率;——原油質量流量,;——加熱站的進站溫度,;——加熱站的出站溫度,?!葻崛荩晒剑?-17)得:由于熱站的熱負荷較大,故需增加熱站數(shù),取n=2個。則熱站間距為:(5-18)式中n——加熱站數(shù),個;L——輸油管道總長,m;——加熱站間距,m;由公式(5-18)得:計算出站溫度出站溫度為:(5-19)式中——原油質量流量,;——加熱站的進站溫度,;——加熱站的出站溫度,?!葻崛?,——加熱站間距,m;K——管道總傳熱系數(shù),;——管道內徑,m?!艿浪闹艿淖匀粶囟?,;由公式(5-19)得:由公式(5-17)得熱負荷為:=2\*GB3②方案二:的標準管道:由公式(5-15)得:加熱站數(shù):(5-16)式中n——加熱站數(shù),個;L——輸油管道總長,m;——加熱站間距,m;由公式(5-16)得:熱負荷:(5-17)式中q——加熱站的熱負荷,kJ/s;——加熱站的效率;——原油質量流量,;——加熱站的進站溫度,;——加熱站的出站溫度,?!葻崛?,由公式(5-17)得:由于熱站的熱負荷較大,故需增加熱站數(shù),取n=2個。則熱站間距為:(5-18)式中n——加熱站數(shù),個;L——輸油管道總長,m;——加熱站間距,m;由公式(5-18)得:計算出站溫度出站溫度為:(5-19)式中——原油質量流量,;——加熱站的進站溫度,;——加熱站的出站溫度,?!葻崛?,——加熱站間距,m;K——管道總傳熱系數(shù),;——管道內徑,m。——管道四周的自然溫度,;由公式(5-19)得:由公式(5-17)得熱負荷為:5.4水力計算5.4.1計算輸油平均溫度下的原油運動粘度=1\*GB3①方案一:的標準管道由公式(5-1)得平均溫度為:由公式(5-3)得時原油的密度為:()故平均溫度下的運動粘度為:(5-20)式中——溫度為平均溫度、時油品的運動黏度,;u——黏溫指數(shù),。由公式(5-20)得:=2\*GB3②方案二:的標準管道由公式(5-1)得平均溫度為:由公式(5-3)得時原油的密度為:()故平均溫度下的運動粘度為:(5-20)式中——溫度為平均溫度、時油品的運動黏度,;u——黏溫指數(shù),。由公式(5-20)得:5.4.2推斷流態(tài)=1\*GB3①方案一:的標準管道雷諾數(shù)為:(5-21)(5-22)式中u——黏溫指數(shù),。——輸送溫度下原油的運動黏度,;Q——管路中原油的體積流量,;e——管壁的確定粗糙度,m。由公式(5-21)得:由公式(5-22)得:由于,所以其是處于水力光滑區(qū),故前面的假設是正確的。=2\*GB3②方案二:的標準管道雷諾數(shù)為:(5-21)(5-22)式中u——黏溫指數(shù),?!斔蜏囟认略偷倪\動黏度,;Q——管路中原油的體積流量,;e——管壁的確定粗糙度,m。由公式(5-21)得:由公式(5-22)得:由于,所以其是處于水力光滑區(qū),故前面的假設是正確的。5.4.3計算摩阻=1\*GB3①方案一:的標準管道一個加熱站間的摩阻為:(5-23)總摩阻為:(5-24)全線所需總壓頭為:(5-25)式中——沿線總摩阻,m;——加熱站間距的摩阻,m;H——全線所須要的總壓頭,m。由公式(5-23)得:由公式(5-24)得:由公式(5-25)得:=2\*GB3②方案二:的標準管道一個加熱站間的摩阻為:(5-23)總摩阻為:(5-24)全線所需總壓頭為:(5-25)式中——沿線總摩阻,m;——加熱站間距的摩阻,m;H——全線所須要的總壓頭,m。由公式(5-23)得:由公式(5-24)得:由公式(5-25)得:6設備選型6.1設備選型計算6.1.1泵的選型選泵原則:流量以任務輸量為依據(jù),最大輸量、最小輸量為參考;摩阻以任務輸量下的摩阻為依據(jù),最大輸量、最小輸量下的摩阻為參考。同時,考慮確定的富有量。若輸送正常流量為Qp,則接受適當?shù)钠桨蚕禂?shù)估算泵的流量,一般取Q=(1.05~1.10)Qp。估算泵揚程時,考慮泵在最困難條件下,計算流淌損失,確定所需揚程Hp,依據(jù)須要再留出些裕量,最終估算選泵揚程,一般取H=(1.10~1.15)Hp。依據(jù)油田輸量變更狀況,為發(fā)揮泵的經濟效益,選泵原則為:最小輸量期,運行1臺小泵;任務輸量期,運行1臺大泵;最大輸量期,1臺大泵和1臺小泵并聯(lián)運行。同時,大泵考慮1臺備用。選用泵型號為KDY500-130×5,其流量為500,揚程為650m,轉速為2980轉/分,效率為83%。每個泵站選用兩臺,其中一臺為備用泵。=1\*GB3①方案一:由公式(5-3)得平均溫度下的密度為:()泵所產生的壓力為:(6-1)式中P——泵所能夠供應的壓力,Pa;——油品的密度,;H——泵所供應的揚程,m;由公式(6-1)得:P故所選擇的泵符合要求。=2\*GB3②方案二:由公式(5-3)得平均溫度下的密度為:()泵所產生的壓力為:(6-1)式中P——泵所能夠供應的壓力,Pa;——油品的密度,;H——泵所供應的揚程,m;由公式(6-1)得:P故所選擇的泵符合要求。6.1.2原動機的選型JKZ異步電動機,型號為JKZ-2000,額定功率2000kw,額定電壓6000V,額定電流234A,轉速2985轉/分,效率95.5%。6.1.3加熱設備選型首站選用換熱器,其他加熱站選用干脆管式加熱爐,型號:GW4400-Y/64-Y,其額定功率為4400KW,效率為87%。6.2站場布置=1\*GB3①方案一:的標準管道泵站數(shù)為: (6-2)式中n——泵站數(shù),個;H——全線所需的總壓頭,m;——泵所供應的揚程,m。由公式(6-2)得:n(個)向上取整,取n=3(個);為了保證任務輸量不變,可對泵站中的泵機組實行減小級數(shù)等措施。接受平均法布站,其站間距為:(6-3)式中——泵站站間距,m;L——管線總長,m;由公式(6-3)得:泵站內壓頭損失不計,后面的泵站進口壓力限制在30~80m范圍內。(1)當首站和其次站站間距取90km,其進口壓力為:(6-4)式中——泵站進口的剩余壓頭,m;H——泵站所供應的揚程,m;i——水力坡降;L——兩泵站的站間距,m;——兩泵站間的高程差,m;——泵站內壓頭損失,m。取首站和其次站的站間距為65km,進口壓力為:水力坡降:符合要求,故其次站布置在距離首站65km處。(2)取首站和第三站的站間距為135km,進口壓力為:符合要求,故第三站布置在距離首站135km處。故全線泵站布置完畢。=2\*GB3②方案二:的標準管道:水力坡降:(6-2)式中n——泵站數(shù),個;H——全線所需的總壓頭,m;——泵所供應的揚程,m。由公式(6-2)得:n(個)向上取整,取n=4(個);為了保證任務輸量不變,可對泵站中的泵機組實行減小級數(shù)等措施。接受平均法布站,其站間距為:(6-3)式中——泵站站間距,m;L——管線總長,m;由公式(6-3)得:泵站內壓頭損失不計,后面的泵站進口壓力限制在30~80m范圍內。(1)(6-4)式中——泵站進口的剩余壓頭,m;H——泵站所供應的揚程,m;i——水力坡降;L——兩泵站的站間距,m;——兩泵站間的高程差,m;——泵站內壓頭損失,m。取首站和其次站的站間距為50km,進口壓力為:符合要求
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