热油管道工艺设计

1、重庆科技学院管道输送工艺课程设计报告学院: 石油与天然气工程学院 专业班级: 油储2012-2 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） K715 设计题目: 某热油管道工艺设计 完成日期： 2015 年 12 月 25日 指导教师评语: 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字）:_目录1总论. 1 1.1设计依据及原则. 1 1.1.1 设计依据 . 1 1.1.2 设计原则 . 1 1.2 总体技术水平. 1 2设计参数. 3 3输油工艺. 4 3.1 主要工艺参数. 4 3.2 采用的输送方式. 4 4工艺计算.5 4.1输油量换算.5 4.1.1油品平均温度. 5 4.1.2油品密度计算.

2、 5 4.1.3计算流量.5 4.1.3油品黏度计算.6 4.2 管径规格选择. 6 4.2.1 选择管径. 6 4.2.2 选择管道壁厚. 7 4.2.3 确定管外径. 7 4.2.4 验证经济流速. 8 4.3 热力计算.8 4.3.1雷诺系数.8 4.3.2 总传热系数K的确定.9 4.3.3原油比热容的确定.10 4.3.4导热系数. 11 4.3.5加热站布站. 11 4.4 水力计算. 13 4.4.1 平均温度计算. 13 4.4.2平均运动黏度. 13 4.4.3摩阻计算. 13 5 设备选型. 14 5.1 设备选型计算. 14 5.1.1 泵的选型.14 5.1.2 原动机

3、的选型.15 5.1.3 加热设备选型.15 5.2 站场布置.16 5.2.1泵站数计算1 .16 5.2.2计算翻越点.18 6 泵站及管道参数校核.19 6.1 动水压的校核.19 6.2 静水压的校核.19 6.3 最小输量.20 7设计结果.21 参考文献.22 1 总论1.1 设计依据及原则 1.1.1 设计依据 （1）国家的相关标准、行业的有关标准、规范； （2）相似管道的设计经验； （3）设计任务书。 1.1.2 设计原则 （1）严格执行现行国家、行业的有关标准、规范。 （2）采用先进、实用、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，建立新的管理体制，保证工程项目的高水平、高效益，

4、确保管道安全可靠，长期平稳运行。 （3）节约用地，不占或少占良田，合理布站，站线结合。站场的布置要与油区内各区块发展紧密结合。 （4）在保证管线通信可靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投资。提高自控水平，实现主要安全性保护设施远程操作。 （5）以经济效益为中心，充分合理利用资金，减少风险投资，力争节约基建投资，提高经济效益。1.2 总体技术水平（1）采用高压长距离全密闭输送工艺。（2）采用原油变频调速工艺。（3）输油管线采用先进的SCADA系统，使各站场主生产系统达到有人监护、自动控制的管理水平。既保证了正常工况时管道的平稳、高效运行，也保证了管道在异常工况时的超前保护，使故障损失降

5、低到最小。（4）采用电路传输容量大的光纤通信。给全线实现SCADA数据传输带来可靠的传输通道，给以后实现视频传输、工业控制及多功能信息处理提供了可能。（5）在线路截断阀室设置电动紧急切断球阀，在SCADA中心控制室根据检漏分析的结果，确定管道泄漏位置，并可及时关闭相应泄漏段的电动紧急切断球阀。（6）站场配套自成系统。2设计参数地温资料：月份123456789101112地温23578810119853高程数据如下：里程（km）0.070.0140.0220.0270.0320.0高程（m）640680740710730700运行压力：7.5Mpa；末站剩余压头80m；局部摩阻为沿程摩阻的1.2

6、%计；20相对密度0.855；（T：）；50年度10.1Mpa.s；粘温指数0.04；进站温度控制在39；土壤导热系数1.3W/（m.）；油品70，凝点37。3输油工艺 3.1主要工艺参数（1）年输量为350万吨（2）年平均地温为（3）采用聚氨酯胶泡沫塑料 3.2采用的输送方式该输油管道主要采用“从泵到泵”的输送方式，因为根据任务书中所说，这根管道为热油管道，是通过加热的方式输送，所以为了减少热损失，只能采用密闭输送，而不能采用开式输送。由于密闭输送也叫“从泵到泵”输送，其特点是节省能量，还可基本消除中间站的轻质油蒸发损耗。所以综上所述，这根管道宜采用“从泵到泵”的输送方式。 4工艺计算4.1

7、输油量换算 4.1.1平均温度计算法 （2-60）P35式中 ，-加油站的起点，终点温度， = 4.1.2油品密度计算已知：20相对密度为0.855， （T:）所以：49时油品的相对密度为0.84所以：49时油品的密度为 4.1.3流量计算-年输量（）；-油品平均温度下密度（） 4.1.4油品黏度计算式中，-温度为时油品的运动黏度， -黏温系数，将，代入上式中得：4.2管径规格选择 4.2.1选择管径（内径）-体积流量（）-经济流速（）经济流速取值在12之间，故取 4.2.2管道壁厚-管线设计的工作压力，；-管线内径，；-刚性屈服极限，（查下表1）-设计系数查下表2-焊缝系数：无缝钢管-腐蚀余

8、量：当含有腐蚀物质时，当不含腐蚀物质时,表1，各种管材的刚性屈服极限钢管材质优质碳素钢10优质碳素钢20碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-SL X52APIS-SL X60APIS-SL X65APIS-SL X70205245235353358413448482表2，不同地区，环境的设计系数的选择野外地区居住区，油气田站内部输油管线0.720.60输气管线0.600.50查找，工业金属管道设计规范，根据年输量及输送压力要求，在工作压力及经济方面考虑，选择低合金钢16Mn的管材，其刚性屈服极限为。所以取代入原式中得： 4.2.3确定管道外径-管道内径，；-管道壁厚，。将代入原式得：查找，工

9、业金属管道设计规范，得下表DN外径（mm）壁厚（mm）重量（kg）壁厚（mm）重量（kg）2002196.031.549.041.632502737.045.9210.053.593003258.062.5411.085.18根据上表：选择公称直径为300，外径为325mm，壁厚为8mm。 4.2.4验证经济流速 根据4.2.3所选择的型号；得出内径：将代入内径公式中，得：所以，经济流速在之间，所以选择的管道合理。4.3热力计算 4.3.1雷诺系数（1）（2）其中-临界雷诺数 -对于钢管可取代入（1）式中得：由于3000，所以油品在管道内的流态为水力光滑区。 4.3.2总传热系数K的确定选取硬

10、质聚氨酯泡沫塑料作为保温材料，因为聚氨酯硬泡多为闭孔结构，具有绝热效果好、重量轻、比强度大、施工方便等优良特性，同时还具有隔音、防震、电绝缘、耐热、耐寒、耐溶剂等特点，常用于工业设备的保温，如储罐和管道等。第一层低合金钢，16Mn是低合金高强度结构钢，在国标中，16Mn对应的是Q345，它的热导系数为56W/(m.),第二层的导热系数为0.027W/(m.).保温层材料厚度为4050mm，假设其厚度为45mm。（1） 传热系数 （1）（2）总传热系数 （2）式中-管内径，m； -第i层的外径，m； -第i层的内径，m； -最外层的管外径，m； -管径，m。若，取外径；若，取算数平均值；若，取内

11、径。油流至管内壁的放热系数，在紊流情况下比层流时大得多，通常情况下大都大于W/(m)。因此在紊流情况下，对总传热系数，对总传热系数的影响很小，可忽略不计，而在层流情况下则必须计入。管最外层至周围介质的放热系数 （3）式中，-土壤导热系数，W/(m)； -管中心埋深，； -最外层的管外径，。将W/(m)，代入（3）式中，得：W/(m)将W/(m)，W/(m)代入（1）式中，得：W/(m)根据W/(m)，代入（2）式中，得：W/(m) 4.3.3原油比热容的确定15相对密度：比热容计算公式为： （1）式中-原油比热容，KJ/(kg)； -原油15时的相对密度； -原油温度，。将，代入（1）式中，得

12、：KJ/(kg) 4.3.4导热系数 （1）式中，-原油在时的导热系数，W/(m)； -原油温度，。将，代入（1）式中，得：W/(m) 4.3.5加热站布站质量流量为： （1）式中，-质量流量，； -原油输量，； -管道运行时间，350天。得：确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度和后，可按冬季月平均最低温度及全线的值估算加热站间距： （2）热油管全场320公里，加热站数n： （3）在进行n的具体计算时，需要进行化整，必要时可适当调节温度。在以上基础上可求出每个加热站的热负荷： （4）式中，-加热炉的效率，； -原油比热容，j/(kg)； -原油质量流量，kg/s； -加热站的热

13、负荷，j/s； -管道周围的自然温度，将代入（2）式中，得：向上取整，则为将代入（4）式中，得：由于热站的热负荷不小，为了保证热站不承受过大的负荷，所以取n=2个。加热站布置应为：所以加热站应在整条管线上每隔160km设置一个。出战温度确定： （5）由于，前面已经有各项数据，所以直接代入（5）式中，得：由于55.670，所以出站温度假设合理。4.4水力计算 4.4.1平均温度计算： 4.4.2平均运动黏度： 4.4.3摩阻计算：一个加热站的摩阻为： （1）全线总摩阻为： （2）全线所需总压头为： （3）式中，-加热站间距摩阻，； -沿线总摩阻，； -全线所需总压头，。将代入（1），（2），（3

14、）式中，得：5设备选型5.1设备选型计算 5.1.1泵的选型 流体机械是指流体具有的能量和机械功之间进行转化的机械设备。流体机械氛围两大类：一种是利用流体的能量对机械做功，从而提供动力。另一种是通过流体机械把原动机的能量传给流体，使流体的能量提高。 泵是将原动机所做的功转换为被输送流体压力能和动能的流体机械，其中输送液体介质并提高其能头的机械成为泵。 选择泵机组的主要原则有：满足工艺要求；工作平稳可靠，能长时间连续运行；易于操作与维护；效率高、价格合理，能充分利用现有能源；满足防爆、防腐蚀或露天设置等使用及安装的特殊要求。计算流过泵站的流量：假设：根据设定流量，查阅离心泵选型手册可得：泵型号转

15、速（）流量扬程（m）效率（%）功率（KW）必需汽蚀余量(m)轴功率电机功率148033593.152072658.98503.845012548076744.64.9500139456787966.0则依照此标准可进行选型。在研究各项指标后，该设计选用泵型为型卧式多级离心泵，其额定扬程为456m液柱，额定流量为，转速为电动机功率为850Kw，效率为78%。每个泵站选用2台泵，另外一台备用。将代入密度公式中得：泵所产生的压力为：式中，-泵所产生的压力，pa； -油品的密度，； -泵所提供的扬程，m。将代入式中，得：因为3.76Mpa若上式成立，则翻越点存在，反之则不存在。在64km处，在70km

16、处，在128km处，在140km处，在192km处，在220km处，在256km处，在270km处，均小于，所以不存在翻越点，泵站布置合适。6 泵站及管道参数校核6.1 动水压的校核 （1）最大动水压力： （2）式中，-高程为i点处的动水压头，m； -泵站输出压头，m； -泵站与低点处的距离，m； -低点处，泵站的高程，m； -动水压力，pa。将代入（1）（2）式中，得：由于最大动水压力小于7.5Mpa，故符合要求。6.2静水压力校核式中，-静水压力，pa； -沿线的最大高程差，m。将代入上式中，得：由于静水压力小于7.5Mpa，所以符合要求。6.3最小输量式中，-管道最小输量，； -总传热系数，W/(m) -管道外径，m； -加热站间距，m； -原油比热容，kj/(kg)； -管道周围自然温度，； -加热站的最低进站温度，； -加热站的最高出站温度，。将代入上式中，得：7 设计结果表7.1管道设计结果管材公称直径管外径（mm）壁厚（mm）低合金钢16Mn3003258表7.2泵设计结果型号台数流量扬程（m）转速效率（%）功率（Kw）DG450-60x820500456148078850表7.3加热站设计结果热站数站间距（km）进站温度（）出站温度（）热负荷（kj/s）效率（%）21603955.64825.680表7.4热站布置结果热站1