管道输送工艺课程设计

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: 油气储运升-13 学生姓名: 严小林 学 号: 2015520427 设计地点（单位） 石油与安全大楼k802 设计题目： 某热油管道工艺设计 完成日期： 2017 年 1 月 6 日指导教师评语: _ 成绩（五级记分制）: 指导教师（签字） : 重庆科技学院本科生课程设计 目录 目 录1 总论31.1设计依据及原则31.1.1 设计依据31.1.2 设计原则31.2总体技术水平32 设计参数32.1 管道设计参数22.2 原油物性22.3 设计输量22.4 其他有关基础数据22.5工程概况23工艺计算53.1

2、采用的输送方式53.2管道规格53.2.1平均温度53.2.2油品密度53.2.3流量计算63.2.4油品粘度63.2.5管道内径63.2.6壁厚63.2.7管道外径73.2.8验证经济流速83.3热力计算83.3.1雷诺系数83.3.2总传热系数83.3.3原油比热容91重庆科技学院本科生课程设计 目录3.3.4加热站布站103.3.5水力计算123.3.6计算摩阻123.4选用泵的型号123.4.1 原动机的选型133.4.2加热设备选型133.5站场布置133.6校核动静压力153.6.1判断翻越点153.6.2动水压力校核163.6.3静水压力校核163.7最小输量164 设计结果19

3、参考文献20重庆科技学院本科生课程设计 摘要摘 要易凝、高黏油品当其凝点高于管道周围环境温度，或在环境温度下油流黏度很高，不能直接输送，必须采用措施降黏、降凝。加热输送是目前最常用的的方法，即将原油加热、加压后进入管道，通过提高原油输送温度使油品黏度降低，减少管路摩阻损失，使管内最低油温维持在凝点以上，保证安全输送，本设计根据课程设计任务书的设计要求并以及相关设计手册规范进行设计，分别对输油管线所采用输送方式，管道规格及选材，加热设备的选型，泵机组的选型及泵站、热站的布置位置进行设计并进行校验。关键词：热油 管道 输送 工艺设计重庆科技学院本科生课程设计 1 总论1.1 设计依据及原则1.1.

4、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，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

5、济效益。1.2 总体技术水平采用高压长距离全密闭输送工艺，整体工艺达到国内较为先进的工艺设计水平2 设计参数2.1 管道设计参数最大运行压力6.5mpa，末站剩余压头70m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%，进站温度控制在33，最高输送温度70，最低输送温度30。2.2 原油物性20相对密度0.854，50粘度7.1mpa.s，粘温指数0.038。2.3 设计输量年输量为220万吨。2.4 其他有关基础数据（1) 保温层(聚氨酯胶泡沫塑料)46mm，土壤导热系数1.2 w/(m. )。（2）管道埋地深1.4m；（3）管道埋深处平均地温：(4)年输送天数：350天。2.5工程概况某油田计划铺设一条2

6、80公里、年输量为220万吨的热油管道，管线经过区域地势起伏较大（里程和高程见表）。 表2.1 地温资料月份123456789101112地温245788.510118753.5表2.2 高程数据里程（km ）0.070.0100.0150.0200.0280.0高程（m ）7508008208107907603工艺计算3.1 采用的输送方式密闭输送也叫“从泵到泵”输送，这种输油工艺中，中间输油站不设供暖冲用的旁接油罐，上站来油全部直接进泵。其特点是：整条管道构成一个统一的密闭的水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以基本中间站的轻质油蒸发损耗；但对自动化程度和全线集中监控要求较高；存在

7、水击问题，需要全线的水击监测与保护。长距离输油管道的离心泵大都采用“从泵到泵”的方式。现代的管线均为密闭输送方式，如我国近些年建成的铁大线、东黄复线等。所以本设计的输送方法为加热密闭输送方式。3.2管道规格3.2.1平均温度 （4.1）式中：加热站的起点，终点温度，。3.2.2油品密度 （4.2）式中：温度t及20时的油品密度，；温度系数。 3.2.3流量计算式中：g年任务质量输量，；q体积流量，；油品平均温度的密度，；3.2.4油品粘度油品黏度计算公式为： （4.3）式中：运动粘度； 粘温指数；则根据式4.3代入数据有：3.2.5管道内径 （4.4）式中：q体积流量，；经济流速，。经济流速取

8、值范围是12之间。假设=1.6m/s。3.2.6壁厚 （4.5）式中：p管线设计的工作压力，mpa；d管线内径，mm；焊缝系数：无缝钢管=1 ，其中： 直缝管和螺旋焊缝钢管=1；螺旋埋弧焊钢管=0.9。刚性屈服极限，mpa(查表1)； c腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性大小取值，当所输油、气中不含腐蚀性物质时c=0,当所输油、气中含腐蚀性物质时c=0.51.0mm；f设计系数（查表2）。 表2.1钢管材质优质碳素钢碳素钢a3f低合金钢16mnapis-sl1020x52x60x65x70，mpa205245235353358413448482表 2.2工作环境管线野外地区居住区，油气田站内部、穿跨

9、越铁路公路小河渠（常年枯水面宽20m）输油管线0.720.60输气管线0.600.503.2.7管道外径 （4.6）式中：d管道内径，mm；管道壁厚，mm。表3.1dn外径（mm）壁厚（mm）重量（kg/m）壁厚（mm）重量（kg/m）2002196.031.548.041.632502737.045.929.053.593003258.062.5411.085.18根据上表选择公称直径为250，外径为273mm，壁厚为7mm。3.2.8验证经济流速根据选择管道，内径经济流速满足在12之间，所以，选择的管道符合。3.3热力计算3.3.1雷诺系数因为：，所以成紊流状态。选取硬质聚氨酯泡沫塑料作为

10、保温材料，第一层低合金钢管，16mn是低合金高强度结构钢，是一个旧的牌号，旧的国标号是gb/t 1591-1988。 在现在的新国标gb/t 1591-1994中，16mn对应的是q345，它的热导系数：。第二层保温层的导热系数为。保温材料厚度为4050mm。假设取厚度为46mm。3.3.2总传热系数传热系数 （4.7）总传热系数 （4.8）式中：d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；d管径，m。若，d取外径；若，d取算数平均值；若，d取内径。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。因此在紊流情况下，对总传热系数的影响很小，可忽略

11、不计，而在层留情况下就必须计入。管最外层至周围介质的放热系数。 （4.9）式中：-土壤导热系数，；-管中心埋深，m；-最外层的管外径，m。 =2.7=0.573.3.3原油比热容原油和石油产品的比热容通常在1.62.5kj/(kg.)之间。时原油的相对密度为： （4.10） 式中：15时原油的相对密度； 温度系数，； 温度为20时的油品密度，原油的比热容为： （4.11）式中：15时原油的相对密度；比热容，；t原油温度，。得： c （4.12）3.3.4加热站布站质量流量为： （4.13）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k值估算加热站间距

12、， （4.14）热油管全场280公里，加热站数n， （4.15）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。在以上基础上课求出每个加热站的热负荷： （4.16）式中：加热炉的效率，%；c原油的比热容，j/(kg.)；g原油质量流量，kg/s；q加热站的热负荷，j/s。管道周围的自然温度；=； =286kmn=280/286=0.98(个)取n=1个。6359.57kj/s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。则热站间距为： （4.17） 式中：n加热站数，个； l输油管道总长，m； 加热站间距，m；出站温度为: （4.18）式中：原油质量流量，；加热

13、站的进站温度，；加热站的出站温度，；比热容，；加热站间距，m；k管道总传热系数，；管道内径，m；管道周围的自然温度，。3.3.5水力计算时原油的密度为：故平均温度下的运动粘度为： （4.19）式中：-温度为平均温度、时油品的运动黏度，；u-黏温指数，。3.3.6计算摩阻一个加热站间的摩阻为： （4.20）总摩阻为： （4.21）全线所需总压头为： （4.22）式中：沿线总摩阻，m；加热站间距的摩阻，m；h全线所需要的总压头，m。3.4选用泵的型号假设 选用泵型号为dg280-55×10，其流量为280，扬程为550m,转速为1480r/min，电动机功率为850千瓦，效率为73%。每

14、个泵站选用两台，其中一台为备用泵。平均温度下的密度为： 泵所产生的压力为：式中：p泵所能够提供的压力，pa；油品的密度，；h泵所提供的扬程，m。p故所选择的泵符合要求。3.4.1 原动机的选型防爆型电动机，转速为1480r/min，电动机功率为850千瓦，效率为73%。3.4.2加热设备选型首站选用换热器，其他加热站选用加热炉，其热负荷为1095.6kj/s，效率为80%。3.5站场布置泵站数为： （4.23）式中：n泵站数，个；h全线所需的总压头，m；泵所提供的扬程，m。得：n(个)向下取整，取n=6（个）；为了保证任务输量不变，可对泵站中的泵机组采取减小级数等措施。采用平均法布站，其站间距

15、为： （4.24）式中：泵站站间距，m； l管线总长，m。取泵站内压头损失为，泵站进口压力控制在3080m范围内。（1）当首站与第二站站间距取46.7km,对应高程为z=783.36m时，其进口压力为： （4.25） （4.26）式中：泵站进口的剩余压头，m；h泵站所提供的扬程，m；i水力坡降；l两泵站的站间距，m；两泵站间的高程差，m；泵站内压头损失，m。得：由于其进口剩余压头小于30m，故不符合要求，需缩小站间距。（2）取首站与第二站的站间距为35km，z=770，进口压力为：符合要求，故第二站布置在距离首站35km处。（3）取首站与第三站的站间距为75km，z=803进口压力为：符合要求

16、，故第三站布置在距离首站75km处。（4）取首站与第四站的站间距为115km，对应高程为z=817m时，由公式（6-4）得进口压力为：符合要求，故第四站布置在距离首站115km处。(5）取首站与第五站的站间距为175km，z=800，进口压力为：符合要求，故第五站布置在距离首站175km处。（6）取首站与第六站的站间距为220km，z=771.25进口压力为：符合要求，故第六站布置在距离首站220km处。（7）取首站与第七站的站间距为255km，对应高程为z=776.875m时，由公式（6-4）得进口压力为：符合要求，故第七站布置在距离首站255km处。末站进口压力为：410>70，所以

17、泵机组不符合要求。为了减小其压头，改用小扬程的泵，需要的扬程为：（8）其流量为180，扬程为150m，配带电动机功率为30kw，转速为2950r/min，效率76%。选用两台，一台备用。终点剩余压头为：符合要求，故全线泵站布置完毕。3.6校核动静压力3.6.1判断翻越点 则有翻越点存在，反之不存在。在35km处， 在75km处， 在115km处， 在175km处， 在220km处， 在255km处， 以上所得均小于h,故不存在翻越点，泵站布置合适。3.6.2动水压力校核动水压力的校核。 （4.27） 最大动水压力为： （4.28） 式中：高程为i点处的动水压头，m；h泵站输出的压头，m；x泵站

18、与低点处的距离，m；，z1低点处、泵站的高程，m；p动水压力，pa。动水压力为： 故动水压力校核符合要求。3.6.3静水压力校核静水压力的校核： （4.29）式中：p静水压力，pa；沿线的最大高程差，m。得： 故静水压力校核符合要求。3.7最小输量管道的最小输量： （4.30）式中：管道最小输量，kg/s；k总传热系数，；d管道外径，m；l加热站间距，m；c原油比热容，； 管道周围的自然温度，；加热站的最低进站温度，。加热站的最高出站温度，；可得：19重庆科技学院本科生课程设计 设计结果4 设计结果 表4.1 管道设计结果管材公称直径外 径（mm）壁 厚（mm）低合金钢16mn2502737表4.2 泵设计结果型号台数(台)流量()扬程（m）转速(转/分)效率(%)功率（kw）dy280-55×106180150148076300表4.3 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214033586359.5780%表4.4 热站布置设计结果热站1热站2