某熱油管道工藝設計課-程設計

重慶科技學院《油氣管道輸送技術》課程設計報告學院:_石油與天然氣工程學院_專業(yè)班級:油儲學生姓名:學號:設計地點〔單位〕_______________設計題目:_某熱油管道工藝計算_____________________完成日期：年月日指導教師評語:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成績〔五級記分制〕:________________指導教師〔簽字〕:________________目錄1總論11.1設計依據(jù)及準那么11.1.1設計依據(jù)11.1.2設計準那么11.2總體技術水平12設計參數(shù)22.1工程概況22.2管道設計參數(shù)22.3原油的性質(zhì)22.4設計輸量22.5其他參數(shù)23根底工藝計算33.1采用的輸送方式33.2管道規(guī)格33.2.1平均溫度33.2.2油品密度3流量計算33.2.4油品黏度43.2.5管道內(nèi)徑43.2.6管道壁厚和外徑5驗證經(jīng)濟流速63.3熱力計算73.3.1確定流態(tài)73.3.2總傳熱系數(shù)73.3.3原油比熱容93.3.4加熱站布站9水力計算113.4設備的選用12泵及原動機的選用123.4.2加熱設備選型133.5站場布置133.6判斷翻越點154結論16參考文獻171總論1.1設計依據(jù)及準那么設計依據(jù)〔1〕國家的相關標準、行業(yè)的有關標準、標準。〔2〕其他相似管道的設計經(jīng)驗?！?〕設計任務書。設計準那么〔1〕嚴格遵循先行國家、行業(yè)有關標準及標準?！?〕采用先進、可靠的新工藝、新技術、新設備、新材料，保證工程工程的高水平、高效益，確保管道平安可靠，長期平穩(wěn)運行。〔3〕節(jié)約用地，不占或少占良田，合理布站，站線結合。站場的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊開展緊密結合。〔4〕在保證管線通信可靠的根底上，進一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡結構，降低工程投資。提高自控水平，實現(xiàn)主要平安性保護設施遠程操作?！?〕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總體技術水平設計采用高壓長距離全密閉加熱輸送工藝，整體工藝到達國內(nèi)較為先進的工藝設計水平。2設計參數(shù)2.1工程概況某油田初期產(chǎn)量油240萬噸/年，五年后原油產(chǎn)量到達365萬噸/年，方案將原油輸送到289km外的煉油廠，需要設計一條輸油管道，采用密閉輸送方式。里程和高程見表2.1，地溫資料見表2.2。表2.1里程和高程表里程，km073147179220289高程，m220270120227160260表2.2管道經(jīng)過地區(qū)的地溫月份123456789101112地溫℃5689111315181310872.2管道設計參數(shù)輸送壓力6.5MPa,末站剩余壓頭70m，局部摩阻為沿程摩阻的1.2%計，粘溫指數(shù)0.038，進站溫度控制在36℃。最高輸送溫度68℃2.3原油的性質(zhì)原油性質(zhì)見表2.3。表2.3某原油性質(zhì)含蠟量，%瀝青質(zhì)，%密度，kg/m3初餾點，℃凝固點，℃粘度，50℃36.875.78852.86929.58.22.4設計輸量油田初期產(chǎn)量油240萬噸/年，五年后原油產(chǎn)量到達365萬噸/年2.5其他參數(shù)保溫層采用黃夾克，厚度40mm。土壤導熱系數(shù)1.15W/〔m﹒℃〕，埋地深度1.7m。3根底工藝計算3.1采用的輸送方式本設計采用密閉加熱輸送。密閉輸送即“從泵到泵”輸送，在這種工藝中，中間輸油站不設供緩沖用的旁接油罐，上游來油直接進泵。其特點是：整條管線構成一個統(tǒng)一的密閉水力系統(tǒng)，可充分利用上站余壓，節(jié)省能量，還可以消除中間站的輕質(zhì)油蒸發(fā)損耗，但對自動化程度和全線集中監(jiān)測要求較高。我國生產(chǎn)的原油大局部為高凝點、高粘度和高含蠟原油，因此，需要加熱輸送，降低油品粘度，減少管路摩擦阻力損失。3.2管道規(guī)格為滿足管道二期運行要求，所以計算管徑時依據(jù)二期輸量計算管徑。平均溫度加熱站油流的平均溫度，用加權平均法計算?！?.1〕式中——加熱站的起點，終點溫度，℃。假設℃，℃，將數(shù)據(jù)代入式〔3.1〕得：℃油品密度當溫度在0～50℃的范圍內(nèi)，原油不同溫度下的密度由式〔3.2〕計算：〔3.2〕式中——為℃時油品的相對密度；——溫度為20℃時油品的相對密度；——油品的溫度體積校正系數(shù)，1/℃。相對密度在0.8500~0.8599，取0.000699。液體受壓后體積變化很小，通常壓力對液體油品的密度影響可以忽略。只有在幾十兆帕的極高壓力下才考慮。Kg/m3代入式〔3.2〕得：流量計算以任務書給定的最大輸量作為工藝計算依據(jù)，考慮到管道維修及事故等因素，計算時年輸油時間應按350天〔8400h〕計算?！?.3〕式中G——年任務質(zhì)量輸量，；Q——體積流量，；——油品平均溫度的密度，。將kg/m3代入式(3.3)得：m3/s將一期流量G=240代入式〔3.3〕得：m3/s油品黏度〔3.4〕50℃時，油品的相對密度由式〔3.2〕計算：將，代入式〔3.4〕，得：m2/s不同溫度下油品粘度由式〔3.5〕油品粘溫指數(shù)公式計算：〔3.5〕式中——溫度為時油品的運動黏度，m2/s；——黏溫指數(shù)，1/℃。將m2/s，代入式〔3.5〕中可得46℃下的平均粘度。m2/s管道內(nèi)徑管道內(nèi)徑可按式〔3.6〕計算：〔3.6〕式中Q——體積流量，；——經(jīng)濟流速，。經(jīng)濟流速取值范圍是1~2m/s之間。假設=1.6m/s。將m3/s，假設經(jīng)濟流速m/s代入式〔3.6〕得：管道壁厚和外徑按照我國《輸油管道工程設計標準》〔GB50253-2003〕中規(guī)定，輸油管道直管段的設計公式如下：〔3.7〕式中——壁厚，m；P——管線設計的工作壓力，；D——管線外徑，m；——輸油管道的許用應力，。輸油管道的許用應力按式〔3.8〕計算?！?.8〕式中——焊縫系數(shù)，見表3.1；——鋼管的最低屈服強度，按表3.1的規(guī)定取值。K——強度設計系數(shù)；輸送C5及C5以上的液體管道除穿跨越管段按國家現(xiàn)行標準《原油和天然氣輸送管道穿跨越工程設計標準》〔SY/T0015〕的規(guī)定取值外，輸油站外一般地段取0.72。表3.1鋼管的最低屈服強度和焊縫系數(shù)鋼管標準名稱鋼號或鋼級最低屈服強度〔MPa〕焊縫系數(shù)備注《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163-1999Q295295〔>16mm為285〕1.0為鋼管的公稱壁厚Q345295〔>16mm為315〕20245〔>16mm為235〕《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第1局部：A級鋼管》GB/T9711.1-1997L175(A25)175(172)1.0B級鋼管的質(zhì)量和試驗要求高于A級鋼管L210(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(X80)555(551)《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第2局部：B級鋼管》GB/T9711.2-1999L245NBL245MB245～440*1.0L290NBL290MB290～440*L360NBL360QBL360MB360～510*L415NBL415QBL415MB415～565*L450QBL450MB450～570*L485QBL485MB485～605*L555QBL555MB555～675*選用最低屈服強度為的Q345鋼。將，代入式〔3.8〕中得：由計算內(nèi)徑339mm，選取管徑為的無縫鋼管。計算壁厚是否符合要求，將，，代入式〔3.7〕得：管子壁厚符合壓力要求，所以選取管子為的無縫鋼管。驗證經(jīng)濟流速根據(jù)選擇管道，內(nèi)徑：將d=337mm，Q=0.1446m3/s代入式〔3.6〕得：+經(jīng)濟流速滿足在1~2m/s之間，所以選擇的管道符合要求。3.3熱力計算確定流態(tài)〔3.9〕〔3.10〕式中——雷諾數(shù)；——臨界雷諾數(shù)；——管壁的絕對粗糙度，《輸油管道設計標準》推薦了e的取值，無縫鋼管取0.06mm。由于，所以油品在管道的流態(tài)是紊流水力光滑區(qū)?？倐鳠嵯禂?shù)保溫材料選取硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，其多為閉孔結構，具有絕熱效果好、重量輕、比強度大、施工方便等優(yōu)良特性，同時還具有隔音、防震、電絕緣、耐熱、耐寒、耐溶劑等特點，常用于工業(yè)設備的保溫，如儲罐和管道等。第一層低合金鋼管管壁，16Mn是低合金高強度結構鋼，是一個舊的牌號，舊的國標號是GB/T1591-1988。在新國標GB/T1591-1994中，16Mn對應的是Q345，它的熱導系數(shù)為56。第二層為黃夾克保溫層，其厚度為40mm，導熱系數(shù)為0.035。材料。第三層為瀝青防腐層，按SY/T0420-97《埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐層技術標準》可查防腐層結構如表3.3，其導熱系數(shù)為0.15，選用加強級，防腐層厚度取為6mm。表3.3石油瀝青防腐層結構防腐等級普通級加強級特加強級防腐層總厚度≥4≥5.5≥7防腐層結構三油三布四油四布五油五布防腐層數(shù)1底漆一層底漆一層底漆一層2石油瀝青厚≥1.5mm石油瀝青厚≥1.5mm石油瀝青厚≥1.5mm3玻璃布一層玻璃布一層玻璃布一層4石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm5玻璃布一層玻璃布一層玻璃布一層6石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm7外保護層玻璃布一層玻璃布一層8石油瀝青厚1.0～1.5mm石油瀝青厚1.0～1.5mm9外保護層玻璃布一層10石油瀝青厚1.0～1.5mm11外保護層〔1〕當量長度的總傳熱系數(shù)〔3.11〕〔2〕總傳熱系數(shù)〔3.12〕式中d——管內(nèi)徑，m；——第i層的外徑，m；——第i層的內(nèi)徑，m；——第i層〔鋼管層、保溫層、防腐絕緣層〕的導熱系數(shù)，；——最外層的管外徑，m；D——管徑，m。假設，D取外徑；假設，D取算數(shù)平均值；假設，D取內(nèi)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)的影響很小，可忽略不計，而在層留情況下就必須計入。管最外層至周圍介質(zhì)的放熱系數(shù)?！?.13〕式中——土壤導熱系數(shù)，；——管中心埋深，m；——最外層的管外徑，m。將，，代入式〔3.13〕中得：=1.89將，，，，，代入式〔3.11〕中得：=0.7538根據(jù)，代入式〔3.12〕得：W/(m2·℃)原油比熱容比熱容用來表示物質(zhì)間的吸熱或放熱能力，原油比熱容的數(shù)值隨原油溫度升高而增大，可由式〔3.14〕計算。〔3.14〕式中——15時原油的相對密度；c——比熱容，KJ/(Kg·℃)；T——原油溫度，℃。由式〔3.2〕可計算，得：將℃，代入式〔3.14〕原油的比熱容為：KJ/(Kg·℃)加熱站布站質(zhì)量流量為：〔3.15〕式中——原油質(zhì)量流量，；——原油輸量，；——管道全年運行時間，一年工作日為350天。將，代入式〔3.15〕中得：確定加熱站的進、出口溫度，即站間管段的起、終點溫度和后，可按冬季月平均最低溫度及全線的K值估算加熱站間距，〔3.16〕熱油管全長289公里，加熱站數(shù)n，(3.17)式中n——加熱站數(shù)，個；L——輸油管道總長，m；——加熱站間距，m。在進行n的具體計算時，需要進行化整，必要時可適當調(diào)節(jié)溫度。在以上根底上可求出每個加熱站的熱負荷：〔3.18〕式中——加熱爐的效率，%；C——原油的比熱容，J/(kg.℃)；G——原油質(zhì)量流量，kg/s；Q——加熱站的熱負荷，J/s。將kg/s，J/(Kg·℃)，，℃，℃W/(m2·℃)，m，=5代入式〔3.16〕、〔3.17〕、〔3.18〕得：=213.5km個那么向上取2個加熱站由于熱站的熱負荷太大，為了保證熱站不承受過大的負荷，所以取n=3個。那么熱站站間距由式〔3.17〕計算，代入L=289Km，n=3，得：Km出站溫度為:〔3.19〕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，m；K——管道總傳熱系數(shù)，；——管道內(nèi)徑，m；——管道周圍的自然溫度，。將℃，℃，W/(m2·℃)，，，kg/s，J/(Kg·℃)代入式〔3.19〕得：=54.1℃因為54.1℃﹤68℃，所以出站溫度合理。一個加熱站的熱負荷為：3.3.5水力計算將℃，℃代入式〔3.1〕中得：℃將，，℃代入式〔3.5〕中得：m2/s兩個加熱站站間的摩阻為：〔3.20〕全線總摩阻為：〔3.21〕全線所需總壓頭為：〔3.22〕式中——沿線總摩阻，m；——加熱站間距的摩阻，m；——首站進口壓頭，m；——末站剩余壓頭，m；H——全線所需要的總壓頭，m。，m3/s,m2/s，，，，，代入式〔3.20〕，〔3.21〕，〔3.22〕中得：兩熱站間摩阻：全線所需總壓頭為：3.4設備的選用泵及原動機的選用泵是將原動機所做的功轉換為被輸送流體壓力能和動能的流體機械，其中輸送液體介質(zhì)并提高其能頭的機械稱為泵。選擇泵機組的主要原那么有：滿足工藝要求；工作平穩(wěn)可靠，能長時間連續(xù)運行；易于操作與維護；效率高、價格合理，能充分利用現(xiàn)有能源；滿足防爆、防腐蝕或露天設置等使用及安裝的特殊要求。流量計算：選泵時應采用適當?shù)钠桨蚕禂?shù)，一般取正常流量的1.05～1.10倍。那么由公式〔3.2〕可計算42.03℃下原油的相對密度，那么輸送壓力要求6.5MPa換算為油柱為：換算為水柱為：那么依照Q=359.1，H=663.3進行選泵，該設計選用泵型為DY型臥式多級離心輸油泵。DY型多級離心油泵，具有高效節(jié)能、性能范圍廣、低噪音、運行可靠的優(yōu)點可輸送石油和石油產(chǎn)品，介質(zhì)溫度在-20℃～150℃。選擇型號為DY360-95*7，輸送常溫水時的性能為額定揚程637m液柱〔760.7m油柱〕，額定流量360，轉速為1480r/min，軸功率893.2KW，效率73%，汽蝕量4.5m，葉輪直徑534mm。配帶電動機型號Y25003-4，電動機功率為1000kw。每個泵站選用2臺，其中一臺為備用。泵出口壓力為：〔3.23〕式中P——泵所能夠提供的壓力，Pa；——油品的密度，；H——泵所提供的揚程，m。kg/m3,m代入式〔3.23〕中得：輸送壓力滿足平安壓力6.5MPa，故所選擇的泵符合要求。加熱設備選型加熱設備選用目前油田應用較多的管式加熱爐，它是在爐內(nèi)設有管排或盤管，熱量通過管壁傳給管內(nèi)被加熱介質(zhì)而使溫度升高的加熱爐，是一種直接火焰加熱設備，具有單臺熱負荷大、升溫快加熱溫度高等特點，在油田和長輸管道中間加熱站獲得廣泛應用。但由于使用時的結焦問題，所以應慎重選用。結合加熱站的最大符合，選用型號為HDLPGW4000-SY/6.3-Y(Q)的管式爐，其功率為4000KW,熱效率為90%，燃料可采用原油、柴油、天然氣。3.5站場布置泵站數(shù)為：〔3.24〕式中n——泵站數(shù)，個；H——全線所需的總壓頭，m；——泵所提供的揚程，m。將，，代入式〔3.24〕中得：n個向上取整，取n=2個；為了保證任務輸量不變，可對泵站中的泵機組采取減小級數(shù)、輪換小、調(diào)小泵的轉速等措施或者將泵站后移。采用平均法布站，其站間距為：〔3.25〕式中——泵站站間距，m；L——管線總長，m。將，代入式〔3.25〕中得：取泵站內(nèi)壓頭損失為，使中間站不再用輔助增壓泵和防止輸油泵發(fā)生氣蝕，要求泵進口有一定的壓力，壓力的大小決定于泵的性能要求。在布置泵站時，進口壓力太低會吸入不正常，太高容易引起出口超壓，并要考慮今后留有調(diào)節(jié)余地，故泵站進口壓力控制在30～80m范圍內(nèi)?！?〕當首站與第二站站間距取144.5km,對應高程為Z=125m，那么第二站進口壓力為：〔3.26〕〔3.27〕式中——首站進口壓力，m;——泵站進口的剩余壓頭，m；H——泵站所提供的揚程，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(nèi)壓頭損失，m。將m，，m，，，，代入〔3.26〕、〔3.27〕中得：由于其進口剩余壓頭遠大于80m，故不符合要求，重新選泵，并將第二個泵站后移設在147Km處。所需泵揚程為：故首站選DY450-60*7的泵，額定揚程為408.6m水柱，額定流量為450，在流量為360時，揚程為430.7m水柱〔514.33m油柱〕，轉速1480r/min，軸功率605.4KW，效率69.8%，汽蝕量3m，葉輪直徑430mm。配原動機為Y450-4功率為800KW。均一備一用。此時第二站進口壓力為：進口壓頭大于30m且小于80m符合要求。〔2〕終點剩余壓頭為：大于要求的末站剩余70m，所以滿足要求。因此，第二站選擇DY360-95*7型揚程為m的泵。泵站設在居首站147Km處。全線泵站布置完畢。3.6判斷翻越點沿線有兩處高點，即在73K