成品油管道输油首站工艺设计（含CAD图纸+文档资料）
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学号： 毕业设计（论文）（2014届）题 目 成品油管道输油首站工艺设计 学 生 学 院 石油工程学院 专业班级 校内指导教师 专业技术职务 教授 校外指导老师 专业技术职务 年六月III成品油管道输油首站工艺设计摘要：在一条管道内,按照一定的批量和次序,连续不断地输送不同种类油品的方法称为顺序输送。管道输送是成品油运输最经济的运输方式。本文完成了对湛江到大鹏湾成品油管道及首站的设计。湛江到大鹏湾全长688km。设计年输量为430万吨/年。本工程采用密闭输送工艺，分别输送汽油和柴油。管道沿线不需要加热。根据经济流速和管线钢管规范，选螺旋焊缝钢管X60，确定3种管径方案。进行摩阻计算，选泵及确定泵站数。泵站出站压力根据钢管的最大承压结合其它已建管线的设计压力确定为8MPa。通过计算工程费用，确定最优管径和泵站数方案。全线共布置4个泵站，每座泵站选两台泵串联工作（一台泵备）。首站布置14个油罐（有8个2万方汽油罐和4个2万方柴油罐和2个3千方的柴油罐）。经管道校核，该方案能够达到输送要求。本设计完成了全线纵断面图、首站工艺流程图、泵房安装图、首站总平面布置图和消防系统流程图等图纸的绘制工作。关键词：成品油管道；首站；中间泵站；顺序输送；混油量； Abstract ：Within a pipeline, Batch transportation is the method of deliverying different types of oil, According to a certain batch and order .Pipeline transportation of refined oil transportation is the most economical.This paper completed the Products Pipeline from Zhanjiang to Dapengwan and the design of initial station. The length of the pipeline is 688 kilometers .The designed annual output capacity of 4.3 million tons / year. Considering the transport of refined oil products, the closed order delivery pipeline technology is adopted. Along the pipeline does not require heating. According to the economic flow rate and line pipe specifications, choose a spiral weld pipe X60 and three kinds of caliber program. According to the maximum pressure steel pipe and the design pressure of other pipeline which has been built, design pressure is 8 MPa. By calculating the cost of the project, the optimal diameter and the number of pumping station was identified .Across the board it was arranged four pumping stations, pumping stations is selected two pumps in series (one pump equipment). The initial station is arranged 14 tanks (6 petrol tanks and 6 diesel tanks and two 3,000 square diesel tanks). After checking, the program is able to meet the transport requirements. The design complete the drawing of the hydraulic gradient map, the first stop of a floor plan, process flow diagrams, pumping stations, installation drawing and fire protection systems flowchart drawing.Key words: Products pipeline ；Initial station；Intermediate pumping station；Batch transportation；Oil mixture sum；目 录摘要IAbstractII1绪论11.1引言11.2 设计方案的可行性研究和选择11.3设计的主要依据11.3.1设计的主要依据11.4主要设备选择21.4.1输油泵串、并联形式的选择21.4.2 对电动机的要求21.4.3 输油阀选用的原则22 水力计算部分32.1 毕业设计计算依据及参考32.2 基本参数计算32.2.1 粘度确定32.2.2密度计算52.3 管径选取与摩阻计算52.3.1 粗选管径52.3.2 摩阻计算62.4选泵及确定泵站数82.4.1 确定出站压力82.4.2 确定泵型号82.4.3确定泵站数112.5 工程费用计算122.5.1 管材费用122.5.2 泵站费132.5.3 电力费132.5.4 人工费用142.5.5 总费用142.6 泵站布置与调整142.6.1 水力坡降142.6.2 泵站布置152.6.3 泵站调整152.6.4泵站布置的结果162.7 泵站布置校核162.7.1运动粘度计算172.7.2 确定工作点172.7.3 水力坡降182.7.4 进站压头校核182.7.5 动、静水压力校核203 顺序输送工艺计算223.1 一年中每种油品输送天数的计算223.2 循环次数223.3 首站和末站所需油罐总容积233.4 混油量计算233.4.1 临界雷诺数233.4.2 混油雷诺数233.4.3 混油长度243.4.4 混油量253.5混油段处理方案的选择253.5.1首站混油处理方案263.5.2 中间站污油处理方案263.5.3末站混油处理方案263.6 最佳循环次数计算263.6.1 确定最佳循环周期263.6.2 确定两种油品与循环周期有关的B值273.6.3 每次循环的油品贬值损失273.8.4 确定最优循环次数274 罐容选择计算294.1储罐选择原则294.2 首站罐容计算294.3 油罐区计算设计304.3.1汽油罐区布置304.3.2柴油罐区布置315 管道强度校核335.1 确定许用应力335.2 壁厚校核335.3 强度校核335.4 刚度校核346首站消防设计356.1概述356.2泡沫消防系统设计356.2.1泡沫供给强度356.2.2 泡沫计算耗量356.2.3 泡沫产生器的数量366.3消防用水总耗量的确定386.3.1冷却水供给强度386.3.2 冷却水供给时间386.3.3 消防用水耗量396.4消防设备的选择和布置396.4.1 泡沫系统396.5清水系统设计426.6消火栓的数量与布置44参 考 文 献45致 谢46V本科生毕业设计（论文）1绪论1.1引言目前，世界上成品油管道的总长度已经有30万公里。我国建设成的成品油管道长度约14万km，与美国等发达国家相比，我国成品油管道运输量在运输总量中所占的比例较低。近几年来，我国的成品油管道虽获得了长足发展，但仍有诸多问题：一是，成品油管道从干线管道向周边市场的扩散程度低，干线管道的分输点较少，管道运输对市场的占有率较低。因此，应加快成品油支线管道建设步伐，提高市场覆盖率。二是，由于国外对SCADA软件的应用领域的限制，我国管道输送技术与仪表自动化控制水平与国外先进水平相比，仍存在一定差距。成品油管道顺序输送技术目前处于初级阶段，这一理论尚未成熟，因此成品油管道顺序输送特点和优势还没有充分发挥出来。建议今后应当与时俱学习进国外先进技术，对SCADA软件技术的应用进一步深化，充分发挥其作用，逐步掌握控制方案和规律，实现灵活地多批次、多品种运输1。三是，一些成品油管道的输量较低，如兰成渝成品油管道等，影响了管道的生产效率。建议把成品油管道与上游炼油厂和下游用户充分联系起来，减少其他方式的成品油运输量，增加管道输量，以提高经济效益。1.2 设计方案的可行性研究和选择输油管道工程项目可行性研究一般应包括以下主要内容：（1）总论、工程概况、依据与原则。（2）阐述该输油管道建设的可行性和必要性。（3）站场、油品去向的近、远期规划。 （4）线路状况，包括走向、线路长度、大型穿（跨）越方案、沿线气候、地形、水文及工程地质概况等2。（5）工艺方案，包括输送工艺，输量，管径大小，管材规格，管道防腐措施，设定输送温度，设计输送压力，计算输油站数，站址及规模，选择主要设备类型等。（6）环境保护与节能。（7）自动控制、通信、供水、供电、供热、机修等设备的论述，管理机构及人员编制及说明。（8）经济分析（财务分析、国民经济评价、结论与建议）。最后确定推荐方案本设计中管材使用年限暂取20年，采用年当量费用最低的设计方案，但并不一定最合适的，还要考虑以后的发展形势，以及其它的设备、材料等的供应情况和其它条件综合的评定。1.3设计的主要依据1.3.1设计的主要依据 表1.1参考规范参考设计规范相关出版社及标准代号输油管道工程设计规范GB 502532003石油库设计规范GBJ 74输油管道设计与管理中国石油大学出版社石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管GB/T 9711.2-1999油罐区防火堤设计规范SY/T 0075-2002原油和天然气工程设计防火规范GB50183-20041.4主要设备选择1.4.1输油泵串、并联形式的选择在泵站的设计过程中涉及选泵问题和泵组的连接方式，考虑到湛江到大鹏湾地形平坦，泵所提供的能量主要用于克服管道沿程摩阻，并且当多台泵串联运行时，整个泵组具有运行效率高，排量大，高效区覆盖范围较宽等特点，因此输油泵站一般采用泵与泵串联的连接方式。而且在输送过程中可根据实际运行情况，通过调节泵的转速灵活的控制泵组运行。这有利于实现节能和提高管线的自动化水平。根据本工程输油管段所处的地形，以及各个泵站提供的能量需满足要求等因素，故输油泵组选择串联方式。1.4.2 对电动机的要求 由于是输送成品油，所以要求具备防爆功能，运行可靠，润滑系统为自润滑。1.4.3 输油阀选用的原则 阀门类型的选择一般应根据输送介质的性质，操作条件及其对阀门的要求等因素确定。（1）安装在通清管器得管道上的阀门应选择直通型阀门，通常是直通型球阀或平板闸阀；没有清管器通过的阀门可用缩径型。（2）输油主泵进、出口处应选用球阀。（3）给油泵进、出口阀门选用平板闸阀。（4）阀门应密封可靠、使用寿命长、启闭灵活等特性。在关键部位使用的阀门，还应具有耐火性能，一般采用国外产品。（5）若阀门的连接方式为焊接，阀体材料的焊接性能应与所连接的管道的焊接性能相同。（6）输油管道用的阀门不得使用铸铁材料。（7）安装用于切换油品的阀门应为快速开启，快速关闭的，其开启、关闭的时间不宜超过10s。2 水力计算部分2.1 毕业设计计算依据及参考1. 任务输量：湛江大鹏湾段设计入口输量为430104t/a，输送品种主要为89#、92#、95#汽油和0#、10#柴油，2. 年操作天数：350 天3. 计算地温（）：冬季14.0；夏季25。 4. 管道长度：湛江大鹏湾段全长688 千米5. 油品物性参数：表2.1 油品物性参数 粘度（厘沱） 密度(20)(t/m3)20020汽油0.610.750.950.74柴油5.98.5018.00.846地形 表2.2 地形高程/m25171210914178013里程/km01072253594054405366806882.2 基本参数计算2.2.1 粘度确定 根据任务书中给出的汽油在不同温度下的粘度，可回归汽油的粘温曲线如下图： 图1 汽油粘温曲线图根据汽油粘温曲线可还原公式：y = 0.000075x2 -0.0085x + 0.75 当取管道冬季埋深处平均地温14时，代入方程：y = 0.000075142 -0.0085 14+ 0.75 = 0.6514时汽油粘度值为0.65厘沱。 图2 柴油粘温曲线图同理，可求得柴油的粘温曲线方程为： y=0.0086x2-0.3025x+8.5当取冬季埋深处平均地温14时，代入方程：y=0.0086142-0.302514+8.5=5.9514时柴油粘度值为5.95厘沱。2.2.2密度计算已知20时油品的密度，按下式换算成计算温度下的密度4 (21) 式中、-t及20时油品密度； -温度系数，=0.74t/m3=740kg/m3柴油在14.0时的密度为： 柴14=20（t20）=840+60.72=844.3kg/m3柴油在25时的密度为:同理：汽油在14.0时的密度为：=1.825-0.00131520=1.825-0.0013157400.85汽油在25时的密度为：2.3 管径选取与摩阻计算2.3.1 粗选管径 采用柴油在冬季时的有关性质进行设计。（1）计算体积流量Q 取经济流速为v=2.0m/s，则 根据石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管，初选三种管径为:d1=323.9 mmd2=355.6 mmd3=406.4 mm由于本管线为长输管线，沿途大部分为平原地区，地形平坦，且设计压力高，应选择承压较好的钢种，故选用螺旋焊缝钢管X60。表2-1 钢管型号管型内径（mm）壁厚（mm）管重（kg/m）螺旋无缝钢管X60最大承压值(MPa) 30711.85 3210.75 390.67.977.6310.45 注：最大承压值（MPa）=（抗拉强度管壁厚）/管内径 X60钢抗拉强度为517 MPa2.3.2 摩阻计算 根据输油管道工程设计规范GB50253-2003计算水力摩阻系数：首先计算雷诺数Re，判断流态：(22) 式中：输油平均温度下的体积流量(); 输油平均温度下的运动粘度(); d 输油管道的内径（m）。(1) 当d取309.7mm，时: 由输油管道工程设计规范GB50253-2003中雷诺数的划分范围知：根据范围分为层流区，紊流水力光滑区和紊流混合摩擦区。表2-2我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表流态划分范围 f(Re,) 层流Re2000 =64/Re 紊流水力光滑区3000ReRe1=混合摩擦去ReRe2= (23) 式中：由光滑区向混合区过渡的临界雷诺数； e 管内壁绝对（当量）粗糙度； 直缝钢管 e取0.0054mm； 无缝钢管 e取0.06mm； 螺旋缝钢管 DN250DN350: e取0.125mm； DN400以上： e取0.10 mm。此时流态属于紊流水力光滑区。=0.3164Re-0.25=0.3164116139.9-0.25=0.01714解得=0.01714Hf=hj+ hj1%=9660.81.01=9757.4m 但是应用上面公式进行成品油顺序输送管道的沿程摩阻损失计算时，输送汽油、煤油时的流态常处于混合摩擦区，而输送柴油时又处于水力光滑区，因此，在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式：(24)(2) 当d取342.3mm，时: 同理: 成品油管道在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式解得=0.0196 (3) 当d取390.6mm，时: 同理：成品油管道在计算水力摩阻系数时常采用对流态变化适应性较强的阿尔特舒利卡利聪公式 解得=0.01982.4选泵及确定泵站数2.4.1 确定出站压力本工程为成品油管道设计，不需确定进、出站温度，应首先确定泵站的设计压力。泵站(以及管道)的出站压力根据管道的任务输量和任务输量下对应的管径、壁厚、输油站数量、管材强度、阀门及管件的耐压等级等因素并参考已建成管道的设计压力综合确定，本管线设计压力定为8MPa，同时粗选的三条管线中最低强度的一条管线的最大承压为10.45MPa,所以出站压力符合管道承压范围。湛江大鹏湾段管线设计压力：8MPa2.4.2 确定泵型号对于离心泵，可以由实验测的几组扬程、流量数据，利用最小二乘法回归得到泵的特性方程H=f（Q），可近似表示为：(26) 式中 H-离心泵扬程，m； Q-离心泵排量，m3/h； a，b-常数； m-流态指数，取值见下表。表2-3 不同流态区的m值流态 层流紊流 水力光滑区混合摩擦区粗糙区m10.250.1230因为本设计采用冬季低温输送柴油进行设计的，所以此时流态属于水力光滑区，m=0.25。设计压力为8MPa，则相当于的柴油柱高度为：又Q=0.168m3/s=604.8m3/h初选以下两种泵：(1) DYI850-1254型泵，配功率为1800kw 的YB710M2-2型电动机已知参数:表2.4 DYI850-1254型泵参数型号 流量Q m3/h 扬程 H m 转速n r/min 功率 kw配带电动机型号DYI850-125460052085050029801800YB710M2-21270320已知离心泵三个工作点的参数和离心泵的特性方程就可以把a、b解出来。当Q=600 m3/h，H=520m 即当Q=850 m3/h，H=500m 即当Q=1270 m3/h，H=320m 即利用最小二乘法进行计算，则有： (27)(28)(29)即 将、两个方程联立解得：610 1.06由已知特性方程可绘图如下： 图3该离心泵的工作特性方程为：(2) DYI850-1253型泵，配功率为1250kw 的YB710S1-2型电动机已知参数：表2.5 DYI850-1253型泵参数型号 流量Q m3/h 扬程 H m 转速n r/min 功率 kw配带电动机型号DYI850-125360039085037529801250YB710S1-21270240同理，利用已知的三个工作点和离心泵特性方程，可解出a、b当Q=600 m3/h，H=390m 即当Q=850 m3/h，H=375m 即当Q=1270 m3/h，H=240m 即利用最小二乘法进行计算，则有：即 方程联立解得：=457 =由确定的特性方程可绘图如下： 图4该离心泵的工作特性方程为：当出站压力为8MPa，所选泵为：一台DYI850-1254大泵和 DYI850-1253小泵，备用一台DYI850-1254大泵又由于该地区的地形起伏不大，属平原地区，所以一般采用单泵串联的形式。当多台离心泵串连时，根据离心泵串连组合的特性，每台泵排量相等，均等于管道的工作流量，泵站扬程等于各泵扬程之和，所以两台泵串联时的特性方程为： 因此，本设计中将泵DYI850-1254和泵DYI850-1253的特性方程相加，得； 本设计中要求的任务输量为604.8 m3/h因此泵站提供的扬程为： Hc H故每个泵站提供的扬程取929m2.4.3确定泵站数根据任务书中给出的输量，在泵站工作特性曲线上可以得到每个泵站所能提供的扬程为。 泵站数: (210) 式中： 任务流量下管道的总摩阻损失，m 液柱； 末站（大鹏湾）与首站（湛江）的高程差，m 液柱； 首站（湛江）进口压头(本设计取30m)，m液柱； 任务流量下泵站提供的扬程，m 液柱； 泵站站内损失(本设计取15m)，m 液柱。注：其中首、末站高程差的绝对值，m液柱根据相关资料查得，湛江大鹏湾段高程差 =1325=12m 1). 对于管径的管线： 则泵站数为： 取13个泵站2).对于管径的管线： 则泵站数为： 取8个泵站3).对于管径的管线： 则泵站数为： 取4个泵站2.5 工程费用计算成品油管道费用包括投资费用和运行费用两大方面，其中投资费用包括泵站建设费用及购买设备费用，管线投资费用等，运行费用包括泵机运行、维修费用及管道管理费用等。2.5.1 管材费用 湛江大鹏湾段全长688000米1).对于的管道，经查 石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管管线钢管规范可知： 每米管重为=55.47 经过调研每吨管材的价格为=0.70万元/吨 f=55.47688000=38163360kg=38163.36吨 M=sf=0.738163.3626714.352 万元2).对于的管道，经查石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管管线钢管规范可知： 每米管重=61.02 =0.70万元/吨 f=61.02688000=41981760kg=41981.76吨 M=sf=0.741981.7629387.232 万元3).对于的管道，经查石油天然气工业输送钢管交货技术条件：B级钢管管线钢管规范可知： 每米管重=77.63 s=0.70万元/吨 f=77.63688000=53409440kg=53409.44吨 M=sf=0.753409.4437386.608 万元 2.5.2 泵站费 根据调研当前建设泵站所需平均费用，假设现设建设一个泵站需1000万元。湛江至大鹏湾段泵站组合方式1) 对于采用的管道， 则需 13个泵站+1个末站 B=141000=14000万元2) 对于采用的管道， 则需 8个泵站+1个末站 B=91000=9000万元3) 对于采用的管道， 则需 4个泵站+1个末站 B=51000=5000万元2.5.3 电力费 初选： DY850-1254，P:1800KwDYI850-1253，P:1250Kw 设电费价格为每度0.5元 1) 对于管道:p=（18001250）243500.51.113=18318.3万元2) 对于管道: p=（18001250）243500.51.18=11272.8万元3) 对于管道:p=（18001250）243500.51.14=5124万元2.5.4 人工费用 1) 对于，假设铺设1000米需4万元，而湛江至大鹏湾段全长688000米，则：R=4688=2752万元2) 对于，假设铺设1000米需4万元， 而湛江至大鹏湾段全长688000 米，则：R=4688=2752万元3) 对于，假设铺设1000米需8万元， 而湛江至大鹏湾段全长688000 米，则：R=8688=5504万元2.5.5 总费用 管材使用年限约为20年。1) 对于:万元2) 对于: 万元3) 对于:万元表2.6 管径方案比选表 序号项目名称方案一方案二方案三1设计输量 104 湛江大鹏湾段4302管线长度 km 6883管材耗量 t38163.3641981.7653409.444年电力费用 万元18318.311272.851245泵站数 个13846人工费用 万元2752275255047运营成本 万元13000800040008总费用 万元/年 7518.53 综合以上情况，通过经济性对比，可知：方案三最经济，且通过管径大小，管道承压能力等多方面分析，可知方案三所选取的管径最符合要求。选择管道型号 的管道进行设计计算。2.6 泵站布置与调整2.6.1 水力坡降(211) 式中：水力坡降； 管道总摩阻损失，m; 管道总长度，m;2.6.2 泵站布置 确定了泵站数以后，就要选择泵站站址。站址的确定一方面要满足水力条件的要求，即在规定流量下泵站所提供的能量要与站间管路所消耗的能量相适应1。另一方面又必须考虑工程实践上的许多要求，诸如工程地质条件是否适于建站，交通、供电、供水、通讯、排污等方面是否方便等1。站址的选择必须贯彻国家的方针政策，如少占耕地，化废为利，节约能源等。 根据任务书中给出的管道所处的地形高程，绘制管道纵断面图。在纵断面图上，绘制管道的水力坡降线。对于成品油管道，水力坡降线的斜率为i。本设计取泵站的进站压头为30m，将管道的纵断面图整体向上平移30m。以首站的出站压力为起点，以i为斜率绘制水力坡降线，水力坡降线与平移后的纵断面线交点为终点。该终点即为中间一号泵站的位置，该点的纵坐标加上泵站扬程再减去站内摩阻损失，即为下一条水坡降线的起点。依次类推。最终得到4个泵站的位置和4条水力坡降线。如图示，图52.6.3 泵站调整 从图5中可以看出，末站进站压头较大，这样会造成能量的浪费，违反了中华人民共和国节约能源法，同时也不符合输油管道工程设计节能技术规范要求。因此，对中间三号泵进行调整。本设计采用了换泵的方法，将大泵换成了小泵，即将DY850-1254换成DY850-1253，最终变成2个DY850-1253进行串联。调整后泵站的特性方程为：当输量为Q=604.8m3/h时， 重新绘制水力坡降线如图6示图6 在纵断面图上根据水力条件布置好泵站后，应该到现场勘查，与各有关方面协商，根据实际情况进行调整。由于受条件限制，没能进行实地踏勘，是本设计的不足之处。2.6.4泵站布置的结果表2-7泵站布置序号站名里程km高程m管径壁厚mm进站压头m出站压头m泵扬程m1首站025309449292中间1号站180.713.9309449293中间2号站360.010406.47.9309449294中间3号站53717.4308267965末站6881357.4*2.7 泵站布置校核泵站校核要根据汽油在夏季输送时的相关特性进行验算：2.7.1运动粘度计算由设计题目知：夏季埋深地温25，代入汽油粘温特性曲线方程：y = 0.000075x2 -0.0085x + 0.75解得：=0.58厘沱2.7.2 确定工作点已知夏季汽油的粘度，可求出此时油品的工作点参数、。因为此时流态处于混合摩擦区，所以m=0.123（1）计算夏季泵扬程由于流态发生变化，因此离心泵的特性方程会发生变化。 H=f（Q） 对于泵DYI850-1254：当Q=600 m3/h，H=520m 即当Q=850 m3/h，H=500m 即当Q=1270 m3/h，H=320m 即利用最小二乘法进行计算，则有：将、两个方程联立解得：605.75 4.155对于泵DYI850-1253当Q=600 m3/h，H=520m 即当Q=850 m3/h，H=500m 即当Q=1270 m3/h，H=320m 即利用最小二乘法进行计算，则有： 将、两个方程联立解得：454 1.027所以，夏季泵站的特性方程为：（2）计算夏季工作点根据全线的压力供需平衡关系式，可得(212)式中 Q全线工作流量，m3/s； N全线泵站数； f单位流量的水力坡降线， Hs1首站进站压头，m液柱；本设计取30m Hsz终点剩余压头，m液柱； L管道总长度，m； ZQ、ZZ管道起、终点高程，m； hm每个泵站的站内损失，m液柱。将以上数据代入得工作流量Q=0.172 m3/s=619m3/h确定工作点之后泵站扬程为前面三个泵站扬程： 最后一个泵站扬程：2.7.3 水力坡降式中：水力坡降； 管道总长度，m； 全线管道总摩阻损失，m. 输送汽油时的水力坡降Rej) (35) (ReRej按公式： C1=11.75d0.5L0.5Re-0.1=11.750.39060.56880000.5343064.1-0.1=1702.8m 在AustinPalfrey经验公式中我们没有考虑初始混油的影响，故在计算结果得到后，根据经验一般要再乘以1.2系数。因此最终混油长度为：2) 顺序输送89#0#汽柴油时产生的混油长度 在实际运行中，由于粘度大的油品顶替粘度小的油品混油长度，与次序相反时所形成的的混油长度不相等，经过试验发现两者比值在1.04 1.36之间，本设计取1.3。 C2=1.3 C1=1.32043.4=2656.4m3.4.4 混油量根据计算公式： (37)式中：-混流量，C-混油长度，m；d-管内径.1）顺序输送 0# 89# 汽柴油时产生的混油体积 2）顺序输送89#0# 柴汽油时产生的混油体积 同理可得出V2=318.1m33）一次循环产生的混油总量为 V=V1+V2=244.7+318.1=562.8m33.5混油段处理方案的选择顺序输送中，管道中两种油品接触部分必然产生混合，造成一部分混油，一般将前行油品浓度在1%-99%作为混油。当一种油品混入其它油品，其性质就要发生改变，因此这段混油不符合产品的质量指标，造成一定的混油损失。因而在管道终点一般还必须建造混油罐，以接收管道内形成的混油。成品油在输送时，质量指标一般高于规定的指标，根据纯油的质量潜力，可以把一定的混油掺进去，进行油品调和。一般情况下，柴油掺入汽油不得超过0.5%。 3.5.1首站混油处理方案首站混油主要来源于炼厂输送到首站的油品管线中，考虑到首站距炼厂的距离近及混油较少，可以选用2座1000立方米的钢制内浮顶罐作为混油罐。混油可以定期送回炼厂，重新加工后再加以输送，或者少量的掺入到纯油中，直接参加输送。3.5.2 中间站污油处理方案中间站的混油多来自异常情况，如出站压力过高时泄压，油品进入事故罐。另外，收发球作业，留在清管器及管线中的油品要及时抽出，这部分油品也要打入事故罐。事故罐中的混油，可以当混油段经过泵站时掺入混油段中，到末站再处理，以减少混油损失。3.5.3末站混油处理方案末站建造2座3000立方米的钢制拱顶罐作为混油罐。总容量6000立方米。当混油进入管道终点时，末站经监测系统确认混油到达时，对混油段进行切割。切割浓度以前的油品切入前行油品油罐，之间的混油切入专门接收混油的储罐， 而以后的油品切入后行油品的储罐。一般将混油段切割为两部分，收入两种纯净油品的储罐内，不仅使操作简便，混油损失降低，而且可以减少混油处理等一系列业务。因而在保证油品质量前提下，应尽量采用两段切割。在制定方案时，通常总是把售价较高的油品的浓度选择得越低越好，以减少混油得贬值损失。在混油切割中，最重要得是对混油段进行实时追踪。对混油段得数据进行分析，处理，快速作出反应，确定切割浓度和切割方案，做好切割准备，才能快速准确的完成这一工艺。顺序输送多采用先进的SCADA系统。对于混油，可以确定三种处理方案：1）用按要求的比例进行掺混的方法，可以把全部混油处理掉，并可得到合格的成品油。然后发往用户。这种方法比较经济，推荐采用；2） 降级使用；3）反输炼厂重新加工。3.6 最佳循环次数计算 3.6.1 确定最佳循环周期顺序输送管道最优循环次数的确定应从建造、运营油罐区的费用和混油的贬值损失两方面综合考虑。由于本设计计算方案本身存在一定不足，难免有误差。在冬季条件下，T=14， 柴油密度为：柴=844.3kgm3在夏季条件下，T=25，汽油密度为： 汽=735.7 kgm3炼油厂向首站输送每种油品的输量为qm汽= M汽D=265350=0.757104td qv汽= qm汽汽=7570000735.75=10288.8m3dqm柴= M柴D=165350=0.4714104td qv柴= qm柴柴=4714000844.3=5583.3m3d每种油品的年输送时间：（1）柴油 t1=350165430=134（2）汽油 t2=350265430=2163.6.2 确定两种油品与循环周期有关的B值(38)式中：炼油厂向首站输送油品的输量； 末站向用户供应油品的输量； 输送每种油品的时间； 操作天数因为输油管线没有分输点，所以=将数据代入上述公式，有：输送柴油时：B柴= 5583.33501342=2411985.6输送汽油时：B汽= 10288.83502162=27573 每次循环的油品贬值损失A=ab式中：a 每种油品减少价格，元/吨 b 一次循环总混油量，吨90# 汽油与0# 柴油产生混油时，=400元/吨混油密度为：=844.3735.752=790 kgm3A=ab=400562.87902.31000=409043元3.8.4 确定最优循环次数 (39)式中： 单位有效容积储罐的建设费用；拱顶罐 : =600 元 / ， 浮顶罐： =600 元 / 石油工业规定的投资年回收系数， = =0.1 ；G 单位有效容积储罐的经营费用， G=5.5元m3 ； A 每次循环混油的贬值损失 在循环周期内终点接受的混油体积 在循环周期内能销售或纯净油品调和的混油量（本设计取 0 ）=562.82.3=1294.44 = = =25.4次取：=26次 4 罐容选择计算4.1储罐选择原则(1) 为了可以方便操作和进行倒罐，每个牌号的油品设置两个及两个以上的储罐。 (2) 单个罐容尽量大,这样就可以减小占地面积,进而节约投资。(3) 汽油采用内浮顶罐储存,因为可以减少油品蒸发损耗。4.2 首站罐容计算 V=(41)式中:V每批次,每种油品油品所需的储罐容积,m3； m每种油品或每种牌号油品的年输送量,t； 20下每种油品的密度,t/ m3 油罐装量系数.容积小于10000立方的固定顶罐(含浮顶罐)宜取0.85;容积等于或大于10000立方的固定顶罐(含浮顶罐)宜取0.9; N循环次数.首站罐容选择计算：年输量G=430万吨/年1）、汽油罐容选择设计 V=153921.6m所以选用20000立方的内浮顶罐8个，罐容为：200008160000立方2）、柴油罐容选择设计 V=m由于柴油分0#和10#两种，每种牌号至少要有两个储罐储存油品。所以选用20000立方的内浮顶罐4个；其中0#柴油罐2个，10#柴油罐2个。3000立方的内浮顶罐2个，其中0#柴油1个，10#柴油一个。罐容为：现将计算结果列表：表4.1 罐容选择油品名称规格年供应量/万吨罐型罐数大小等级汽油89#92#95#2650.73内浮顶罐153921.6246000一级柴油0# 10#1650.84内浮顶罐84305.1 +4.3 油罐区计算设计 根据HG21502.11992 钢制立式圆筒形內浮顶储罐系列和HG21502.21992 钢制立式圆筒形固定顶储罐系列查的下表：表4.2 油库油罐结构一览表罐型公称容积/计算容积 / 储罐内径D/ mm罐壁高度/ mm拱顶高度/ mm 总高度/ mm内浮顶罐20000224004200017500454622046内浮顶罐20000224004200017500454622046内浮顶罐3000330018900117502049138094.3.1汽油罐区布置图7罐间距： 取17m罐到防火堤的距离： 取9m罐区宽： 取119m罐区长： 取237m罐区面积：m罐区有效防火面积： 内浮顶罐计算容积： 则防火堤计算高度： 将有关数据代入上式得： 所以防火堤高：=0.605m；h=h+0.2=0.605+0.2=0.805m因为h1m所以h取1m,防火堤实际高度1m,防火堤宽度取 0.5m；由于汽油罐区内有8个20000 m3内浮顶罐，按照规范应设隔堤，隔堤高为：隔堤设置方式为：纵向（b）每两个罐设置一个隔堤。此罐区内设置的隔堤数量为3个。4.3.2柴油罐区布置 图8罐间距： 罐到防火堤的距离： 罐区宽：罐区长： 取152m罐区有效防火面积： 內浮顶罐计算容积： 防火堤计算高度： 实际防火堤高： =0.82+0.2=1.02m；因为所以取h=1.02m由于柴油罐区内有4个20000 m3内浮顶罐和2个3000 m3內浮顶罐，按照规范应设隔堤，隔堤高为：隔堤设置方式为：纵向（b）每两个罐设置一个隔堤。此罐区内设置的隔堤数量为2个。5 管道强度校核5.1 确定许用应力 根据长输油管道设计规范，管道的许用应力：(51)式中：许用应力（MPa） 设计参数，输油站外一般地段取0.72焊缝系数，=1.0钢管的最低屈服强度，查相关资料可知：X60钢材，取415MPa5.2 壁厚校核 根据输油管道工程设计规范GB50253-2003，按强度确定壁厚： (52) 式中： 直管段钢管的计算壁厚（mm） 管道内径， 油品输送时的管道设计压力MPa 钢管许用应力MPa；=（0.60.72） 腐蚀余量，取1.0mm 其中：P取8MPa 故管道的壁厚符合要求。随着我国成品油需求的增长，此管道油品输送量在今后还会加大，所以管道壁厚适当留有余量是有必要的。5.3 强度校核 根据输油管道工程设计规范GB50253-2003 中5.5.3：埋地输油管道的直管段和轴向变形受限制的地上管段的轴向应力应按下列式计算： (53) (54)式中：由于内压和温度变化产生的轴向应力；刚才的弹性模量，可取钢材的线膨胀系数，可取管道安装闭合时的大气温度管道内被输送介质的温度泊松比，宜取0.3；由于内压产生的环向应力，MPa.管道的设计压力MPa管道的内直径m管道的工程壁厚m按内压计算的环向应力应小于等于许用应力 ，许用应力 应符合输油管道工程设计规范GB50253-2003 中第5.2.1 条的规定则：即该输油管道满足强度要求。5.4 刚度校核管道的刚度应满足运输、施工和运行时的要求。外直径与壁厚的比值 不应大于 140。即： 即该输油管道满足刚度求。6首站消防设计6.1概述 首站消防设计的关键在储罐区，储油罐一旦发生火灾，威胁性是最大的，长期以来，油罐火灾也是各国石油公司的重要难题之一。据调研表明，石油化工系统的成品油库区火灾发生可能性较低，储油罐火灾发生率相对较小。但是安全无小事，石化企业的领导者要从思想上重视油库消防，积极采用先进技术更新消防系统，定期进行安全大检查。6.2泡沫消防系统设计本设计采用泡沫灭火系统，它是当今储罐区消防最常用的方法。根据有关防火要求和规范，计算泡沫液、消防水用量和储备量；通过选取管线和水力计算，合理布置消防泵、清水泵及配套的消防栓。泡沫灭火基本参数主要有泡沫和冷却水的供给强度，灭火计算时间，以及防止再次燃烧所必须的冷却时间等。这些基本参数决定着泡沫、消防水的耗量和储备量，这些是选择消防设备和器材的重要依据。6.2.1泡沫供给强度根据低倍数泡沫灭火系统设计规范（GBJ50151-92）有关要求，本设计拟采用低倍数固定式泡沫灭火系统。由于该油罐区全部采用内浮顶罐，因此只需计算內浮顶储罐泡沫灭火系统。由低倍数泡沫灭火系统设计规范查得，內浮顶储罐泡沫灭火系统泡沫混合液的供给强度和连续供给时间如下表6.1示。表6.1浮顶油罐泡沫供给强度泡沫产生器供给强度L/（sm2）保护周长M连续供给时间min型号混合液流量L/minPC42501.251430PC85001.252830PC1610001.548306.2.2 泡沫计算耗量在储罐区消防设计中，通常以某一个油罐发生着火作为计算依据，来确定泡沫和水的储备量，并且泡沫需要量最大的那个油罐假定为着火罐。QP=ZP F (61)QP泡沫计算耗量，L/sZP着火罐泡沫供给强度，L/sm2 ZP可按油库设计与管理P462，表8-42，8-43。F燃烧面积m2内浮顶油罐：内浮顶油罐的燃烧面积，应按油罐壁与泡沫堰板之间的环行面积计算。泡沫堰板距罐壁的距离为1.2-1.4米。汽油罐最大单罐容量为20000m3。 20000内浮顶油汽油罐着火：按规范，应采用固定式泡沫灭火系统，ZP为1.25 L/sm2则20000m3内浮顶罐的泡沫计算量：采用固定式泡沫灭火系统，ZP=1.25 L/sm2由上可知，20000m3内浮顶罐的泡沫计算量最大，因此，把20000m3内浮顶罐作为整个罐区着火罐的设计依据。6.2.3 泡沫产生器的数量（1）按低倍数泡沫灭火系统设计规范（GBJ50151-92）和相关的条文，液上喷射泡沫产生器的设置，应符合下列有关规定。即计算的实际泡沫器数量不应该小于下表6.3规定的数据。表6.3泡沫产生器设备的数量 储罐直径/m 泡沫产生器设置个数 1 2 3 4注：对于直径大于35m的储罐，其横截面积每增加300，应至少增加1个泡沫产生器。内浮顶罐：根据规范内浮顶油罐泡沫产生器的个数应按每个泡沫产生器的保护周长计算。20000m3的汽油内浮顶罐 PC16保护周长：C=48米 初选用3个PC16型的泡沫产生器。由于最大储罐的直径大于35m，按低倍数泡沫灭火系统设计规范（GBJ50151-2000）和相关的条文，对于直径大于35m的储罐，其横截面积每增加300，应至少增加1个泡沫产生器。因此，选用6个PC16型的泡沫产生器。（2）泡沫液储备量A . 油罐所须的泡沫混合液流量Qh1-扑救油罐火灾需要泡沫混合液流量，L/minNC-泡沫产生器数量，个qc1-每个泡沫产生器数量泡沫混合液量，L/min。由于20000 m3柴油內浮顶罐的泡沫需求量多，故计算储备量应按照20000 m3內浮顶罐设计计算。 B 流散液体火焰所需的混合液流量立式油罐发生火灾后，身板破裂；导致火焰扩散，这时燃烧面积应包括油罐着火面积和流散面积之和。查低倍数泡沫灭火系统设计规范（GBJ50151-92）可得，扑灭汽油、柴油等液体的火灾需要的辅助泡沫枪的数量与最大的储罐直径有关，其数量和泡沫混合液连续供给时间遵循下表的规定。每支泡沫枪的泡沫混合液流量不应小于240L/min。表6.7扑灭流散液体火焰需用PQ8型泡沫枪数储罐直径/m配备PQ8型泡沫枪数连续供给时间25 3 30选用PQ8型泡沫枪两支(62)Qh2扑救流散液体火焰需要泡沫混合液流量，L/min;Nq泡沫枪数量，支；qc2泡沫枪的泡沫混合液流量，L/min。所以泡沫混合液总流量：QH= Qh1+ Qh2=6000+720=6720L/minC 泡沫液储备量一次灭火所需要的泡沫连续供给时间与泡沫的种类有关，通常泡沫连续供给时间按照20分钟计算，但是火场较复杂，有可能出现其它情况，需要用较多的泡沫或需要组织数次扑救，因此泡沫连续供给时间按照30分钟计算。也就是说，泡沫液罐应储存30min灭火连续时间内泡沫液量。(63) 6.3消防用水总耗量的确定消防用水总耗量包括配制全部泡沫混合液用水量，冷却着火罐和冷却相邻油罐最大用水量的总和。6.3.1冷却水供给强度冷却水供给强度：油罐罐壁单位时间单位圆周长上所需要的冷却水量。（1）冷却范围。对于地上储罐区，当某一油罐发生火灾时，不仅需要对发生火火灾油罐进行冷却，而且对距着火罐直径1.5倍范围内的相邻油罐均应进行冷却。（2）冷却水供给强度见表表6.8 油库的消防冷却水或保护用水的供给强度固定冷却方式冷却水供给强度，l/sm冷却范围计算长度环型冷却管做成一个圆形管，m环型冷却管做成两个或四个圆形管,m着火罐05临近罐056.3.2 冷却水供给时间表6.8 冷却水供给时间油罐类型冷却水供给时间 /h浮顶油罐以及直径小于或等于20米的地上固定油罐4直径大于20米的地上固定顶油罐6在本次设计中，由于最大油罐的D=42米，故冷却时间为6小时。6.3.3 消防用水耗量消防用水耗量包括配制全部泡沫混合液用水，冷却着火罐用水和冷却邻近油罐用水三部分，即QS=QS1+QS2+QS3(64)式中QS1-配制全部泡沫混合液用水量，LQS2-冷却着火罐用水量，L；QS3-冷却邻近油罐用水量，L； （1）配制全部泡沫混合液用水量(65)（2）冷却着火罐用水量（3）冷却邻近油罐用水量按照消防水总耗量满足最危险的情况的要求，且火灾场地为一处的要求，故取消防用水总耗量为：6000m。取两个3000m的消防水罐。6.4消防设备的选择和布置6.4.1 泡沫系统（1） 泡沫比例混合器本次设计采用PH64型泡沫比例混合器，其数量可按下式计算：(66)Ns-泡沫比例混合器数量，个Qh-扑救油罐及流散液体火焰需要泡沫混合液总流量，L/sqb-某型号泡沫比例混合器最大混合量，L/s故取PH64型泡沫比例混合器2个。（2） 泡沫液罐容量(67)(68)表6.9不同管径的泡沫量系数K 混合比管径（mm）泡沫量（m3）3%型6%型（10-3）1002.625.231505.6811.352009.8719.7425015.2230.44泡沫罐取15 m3消防管径的选择泡沫混合液经济流速一般取v=2.5-3.0m/s，取2.8m/s。故选 2736.5无缝钢管 d=260mm解得（4） 泡沫泵的选择： 绝对粗糙度 =0.2mm,泡沫混合液粘度取0.1335 mm2/sRe Re2，处于粗糙区(69)泡沫泵的扬程应该不仅能克服泡沫混合液管线的摩阻损失和高度差，还要具有的剩余压力，应保证空气泡沫产生器能在标定压力下工作，空气泡沫产生器的标定压力为0.5MPa，所以其剩余压力不得小于0.5MPa,为了满足环泵式比例混合流程泡沫比例混合器进口工作压力的要求，泡沫泵的出口压力应不低于0.61.2MPa。泡沫泵的扬程计算如下：其中泡沫产生器入口距油罐底高度为16.96m，罐的地基高1m选XBD8/110-200型离心泵，泵的主要特性参数如下： 表6.11 XBD8/110-200 型离心泵的主要特性参数 流量 （m3/h）扬程 （m）转数（r/min）轴功率（kw）电机功率（kw）效率允许汽蚀余量 (m) 396 74.01450 88.6 132786.06（5） 泡沫栓 根据规范泡沫栓数量按最大油罐扑救流散火焰需要泡沫枪数量确定。查相关规范泡沫栓的保护半径应为80米。（6） 泡沫管线本设计中消防泡沫干线采用环状管网铺设，这样能节省钢材，本设计采用2736.5钢管，泡沫管线的铺设一般采用埋地铺设，本设计埋地深度取1m。6.5清水系统设计（1） 清水泵设计流量 （2） 消防水管线清水管线经济流速一般取v=1.5-2.5m/s，取2m/s。选 377无缝钢管d=359 （3） 清水泵的扬程:清水泵扬程按以下公式计算 (610) H 清水泵的扬程，米；hz 在水枪喷嘴出口处所必须的压力，米；h d 水带的摩阻损失，米；h g 自消防水池出口经消防给水管网至消火栓出口的总摩阻损失，米；Z水枪高度与消防水池出口液面标高的差值，米。在消防设计中，根据必须的充实水柱长度Sk,然后来确定喷嘴的压力并选择喷嘴的口径。由于水枪喷射时多为倾斜流，所以在消防设计中常按下式确定充实水柱 (611)式中 Sk 充实水柱长度，米； H1着火点离地面的高度，米； H2 水枪喷嘴距地面的高度，米；k水枪喷嘴射流与地面的夹角，一般取60度。查油库设计与管理第469页表847。为了形成需要的充实水柱高度，水枪喷嘴处必须的压力可按下式计算。 (612)式中 hz 水枪喷嘴处必须的压力，米； a 射流总长度与充实水柱长度的比值系数；Sk充实水柱长度，米； 与水枪喷嘴口径有关的特性系数，本设计水枪口径取19mm。 水带摩阻损失目前我国水带接口统一采用65mm。水枪喷口直径19mm。水带摩阻损失按下式计算 因为刚才的泡沫管线水力计算是用
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