输油管道工艺设计

1、管道输送工艺设计设计内容及要求某油田计划铺设一条180公里、年输量为300万吨的热油管道，管线经过区域地势平坦。设计要求：1）采用的输送方式；2）管道规格；3）泵站位置；4）选用泵机组的型号，包括泵运行的方式、原动机的种类和型号；5）至少采用两种设计方案，并进行经济比较；6）计算最小输量。设计参数地温资料：月份123456789101112地温56789111213121087最大运行压力7.0MPa，末站剩余压头60m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，20相对密度0.867，50粘度9.6mPa.s。粘温指数0.038。进站温度控制在39。土壤导热系数1.2W/（m），埋地深度1.6m。最高

2、输送温度70，最低输送温度35。目录1 总论21.1 设计依据及原则21.1.1 设计依据21.1.2 设计原则21.2 总体技术水平22 输油工艺32.1 主要工艺参数32.1.1 设计输量32.1.2 其它有关基础数据32.2 主要工艺技术33 工程概况34 设计参数34.1 管道设计参数34.2 原油物性34.3 其它参数45 工艺计算45.1 输量换算45.2 管径规格选择55.2.1 选择管径55.2.2 选择管道壁厚55.3 热力计算65.3.1 计算K值65.3.2 计算站间距95.4 水力计算145.4.1 计算输油平均温度下的原油运动粘度145.4.2 判断流态155.4.3

3、 计算摩阻166 设备选型176.1 设备选型计算176.1.1 泵的选型176.1.2 原动机的选型186.1.3 加热设备选型186.2 站场布置197 最小输量218 设计结果229 动态技术经济比较（净现值法）24参考文献251 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，确保管道安全可靠，长期平稳运行。（3）节约用地，不占

4、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，使故障损失降低到最小。（4）采用电路传输容量大的光纤通信。给全线实

5、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。（7）采用固化时间短、防腐性能优异的环氧粉末作为管道外防腐层。2 输油工艺2.1 主要工艺参数2.1.1 设计输量 年输量为3000万吨2.1.2 其它有关基础数据（1) 保温层(泡沫塑料)40mm；（2）管道埋地深1.6m；（3）管道埋深处平均地温：=（4）原油含水< 0.5%；（5）年输送天数：350天。2.2 主要工艺技术

6、输油干线拟采用密闭输油方式。输油管道首站设置出站超高压保护装置，中间站设变频器控制各进干线的压力，确保输油干线长期安全、平稳运行。3 工程概况某油田计划铺设一条180公里、年输量为300万吨的热油管道，管线经过区域地势平坦。表3-1地温资料：月 份123456789101112地温567891112131210874 设计参数4.1 管道设计参数最大运行压力7.5MPa,末站剩余压头60m，局部摩阻按1.2%，进站温度控制在39，最高输送温度70，最低输送温度35。4.2 原油物性20相对密度0.867，50粘度9.6mPa.s，粘温指数0.038。4.3 其它参数保温层采用黄夹克，厚度40m

7、m，土壤导热系数1.2W/(m. )。 5 工艺计算5.1 输量换算管道周围的自然温度；=；平均温度为： （5-1）式中 平均温度，加热站的起点、终点温度，。由公式（5-1）得：温度系数为： （5-2）式中 温度系数，； 温度为20时的油品密度，。由公式（5-2）得：46.7时原油的密度为： （5-3）式中 温度为46.7时的油品密度，； 温度系数，； 温度为20时的油品密度，； T油品温度，。由公式（5-3）得：（）体积流量为： （5-4）式中 体积流量，或； 年输量，； T年输油时间，按350天算。由公式（5-4）得：5.2 管径规格选择5.2.1 选择管径取经济流速为V=2.0m/s,则

8、管径为： （5-5）式中 D管道直径，m； Q体积流量，； V经济流速，。由公式（5-5）得：5.2.2 选择管道壁厚查规范，选规格为X60的管材，其最小屈服强度为415MPa,故其壁厚为： （5-6）式中 壁厚，； P设计压力（取工作压力的1.15倍）MPa; D管道外径，； 许用压力，MPa；=； K设计系数，取0.72； 焊缝系数，取1 钢管的最低屈服强度，X60钢取413MPa。由公式（5-6）得：查规范，选为方案一和为方案二的标准管道。5.3 热力计算5.3.1 计算K值方案一：的标准管道管道中的实际流速为： （5-7）式中 d管道内径，m；Q体积流量，；实际流速，。选取泡沫塑料作为

9、保温材料，查规范可知，第一层钢管壁的导热系数为，第二层保温层的导热系数为。查阅相关手册可知，保温材料厚度为40mm。而： （5-8） （5-9）式中 单位长度的总传热系数，； 油流至管内壁的放热系数，； 管最外层至周围介质的放热系数，； 第i层的厚度，m； 第i层（结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等）导热系数， 管内径，； 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，D取算数平均值；若，D取内径。由公式（5-9）得：管道最外层至周围介质的放热系数为： （5-10）式中 土壤导热系数，； 管中心埋深，m； 最外层的管外径，m。由公式（5-10）得：在紊流情况

10、下，对总传热系数影响很小，可忽略不计。由公式（5-8）得：管道总传热系数为： （5-11）式中 K管道总传热系数，； 单位长度的总传热系数，； 管道内径，m。由公式（5-11）得：方案二：的标准管道管道中的实际流速为：式中 d管道内径，m；Q体积流量，；实际流速，。选取泡沫塑料作为保温材料，查规范可知，第一层钢管壁的导热系数为，第二层保温层的导热系数为。查阅相关手册可知，保温材料厚度为40mm。而： （5-8） （5-9）式中 单位长度的总传热系数，； 油流至管内壁的放热系数，； 管最外层至周围介质的放热系数，； 第i层的厚度，m； 第i层（结蜡层、钢管壁、防腐绝缘层等）导热系数， 管内径，；

11、 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，D取算数平均值；若，D取内径。由公式（5-9）得：管道最外层至周围介质的放热系数为： （5-10）式中 土壤导热系数，； 管中心埋深，m； 最外层的管外径，m。由公式（5-10）得：在紊流情况下，对总传热系数影响很小，可忽略不计。由公式（5-8）得：管道总传热系数为： （5-11）式中 K管道总传热系数，； 单位长度的总传热系数，； 管道内径，m。由公式（5-11）得：5.3.2 计算站间距时原油的相对密度为： （5-12）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，。由公式（5-

12、12）得：原油的比热容为： （5-13）式中 15时原油的相对密度； 比热容，； T原油温度，。由公式（5-13）得：C质量流量为： (5-14)式中 原油质量流量，； 年输量，； t年输油时间，按350天算。由公式（5-14）得：加热站间距为： （5-15）式中 原油质量流量，；K管道总传热系数，；管道内径，m；加热站的出站温度，；管道周围的自然温度，；加热站的进站温度，；加热站间距，方案一：的标准管道由公式（5-15）得： 加热站数： （5-16）式中 n加热站数，个； L输油管道总长，m； 加热站间距，m；由公式（5-16）得：热负荷： （5-17）式中 q加热站的热负荷，kJ/s； 加

13、热站的效率； 原油质量流量，；加热站的进站温度，；加热站的出站温度，。比热容，由公式（5-17）得：由于热站的热负荷较大，故需增加热站数，取n=2个。则热站间距为： （5-18）式中 n加热站数，个； L输油管道总长，m； 加热站间距，m；由公式（5-18）得： 计算出站温度出站温度为： （5-19）式中 原油质量流量，；加热站的进站温度，；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，；由公式（5-19）得：由公式（5-17）得热负荷为：方案二：的标准管道:由公式（5-15）得： 加热站数： （5-16）式中 n加热站数，个； L输油管道总

14、长，m； 加热站间距，m；由公式（5-16）得： 热负荷： （5-17）式中 q加热站的热负荷，kJ/s； 加热站的效率； 原油质量流量，；加热站的进站温度，；加热站的出站温度，。比热容，由公式（5-17）得：由于热站的热负荷较大，故需增加热站数，取n=2个。则热站间距为： （5-18）式中 n加热站数，个； L输油管道总长，m； 加热站间距，m；由公式（5-18）得：计算出站温度出站温度为： （5-19）式中 原油质量流量，；加热站的进站温度，；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，；由公式（5-19）得：由公式（5-17）得热负荷

15、为：5.4 水力计算5.4.1 计算输油平均温度下的原油运动粘度方案一：的标准管道由公式（5-1）得平均温度为：由公式（5-3）得时原油的密度为：（）故平均温度下的运动粘度为： （5-20）式中 温度为平均温度、时油品的运动黏度，；u黏温指数，。由公式（5-20）得：方案二：的标准管道由公式（5-1）得平均温度为：由公式（5-3）得时原油的密度为：（）故平均温度下的运动粘度为： （5-20）式中 温度为平均温度、时油品的运动黏度，；u黏温指数，。由公式（5-20）得：5.4.2 判断流态方案一：的标准管道雷诺数为： （5-21） （5-22）式中 u黏温指数，。输送温度下原油的运动黏度，；Q管

16、路中原油的体积流量，；e管壁的绝对粗糙度，m。由公式（5-21）得：由公式（5-22）得：由于,所以其是处于水力光滑区，故前面的假设是正确的。方案二：的标准管道雷诺数为： （5-21） （5-22）式中 u黏温指数，。输送温度下原油的运动黏度，；Q管路中原油的体积流量，；e管壁的绝对粗糙度，m。由公式（5-21）得：由公式（5-22）得：由于,所以其是处于水力光滑区，故前面的假设是正确的。5.4.3 计算摩阻方案一：的标准管道一个加热站间的摩阻为： （5-23） 总摩阻为： （5-24）全线所需总压头为： （5-25）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。由

17、公式（5-23）得：由公式（5-24）得：由公式（5-25）得：方案二：的标准管道一个加热站间的摩阻为： （5-23） 总摩阻为： （5-24）全线所需总压头为： （5-25）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。由公式（5-23）得：由公式（5-24）得：由公式（5-25）得：6 设备选型6.1 设备选型计算6.1.1 泵的选型选泵原则:流量以任务输量为依据，最大输量、最小输量为参考；摩阻以任务输量下的摩阻为依据，最大输量、最小输量下的摩阻为参考。同时，考虑一定的富裕量。 若输送正常流量为Qp，则采用适当的安全系数估算泵的流量，一般取Q =（1.051.1

18、0）Qp。估算泵扬程时，考虑泵在最困难条件下，计算流动损失，确定所需扬程Hp，根据需要再留出些裕量，最后估算选泵扬程，一般取H=（1.101.15）Hp。根据油田输量变化情况，为发挥泵的经济效益，选泵原则为：最小输量期，运行1台小泵；任务输量期，运行1台大泵；最大输量期，1台大泵与1台小泵并联运行。同时，大泵考虑1台备用。选用泵型号为KDY500-130×5，其流量为500，扬程为650m,转速为2980转/分，效率为83%。每个泵站选用两台，其中一台为备用泵。方案一：由公式（5-3）得平均温度下的密度为：（）泵所产生的压力为： (6-1)式中 P泵所能够提供的压力，Pa； 油品的密

19、度，； H泵所提供的扬程，m；由公式（6-1）得：P故所选择的泵符合要求。方案二：由公式（5-3）得平均温度下的密度为：（）泵所产生的压力为： (6-1)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；由公式（6-1）得：P故所选择的泵符合要求。6.1.2 原动机的选型 JKZ异步电动机，型号为JKZ-2000,额定功率2000kw,额定电压6000V，额定电流234A,转速2985转/分，效率95.5%。6.1.3 加热设备选型首站选用换热器，其他加热站选用直接管式加热炉，型号：GW4400-Y/6 4-Y,其额定功率为4400KW，效率为87%。6.2 站场布置

20、方案一：的标准管道泵站数为： (6-2)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。由公式（6-2）得：n(个)向上取整，取n=3（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，其站间距为： （6-3）式中 泵站站间距，m； L管线总长，m；由公式（6-3）得：泵站内压头损失不计，后面的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90km,其进口压力为： （6-4）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。取首站与第二

21、站的站间距为65km，进口压力为：水力坡降：符合要求，故第二站布置在距离首站65km处。（2）取首站与第三站的站间距为135km，进口压力为：符合要求，故第三站布置在距离首站135km处。故全线泵站布置完毕。方案二：的标准管道: 水力坡降： (6-2)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。由公式（6-2）得：n(个)向上取整，取n=4（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，其站间距为： （6-3）式中 泵站站间距，m； L管线总长，m；由公式（6-3）得：泵站内压头损失不计，后面的泵站进口压力控制在3080m范围内。（1

22、） （6-4）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。取首站与第二站的站间距为50km，进口压力为：符合要求，故第二站布置在距离首站50km处。（2）取首站与第三站的站间距为102km，进口压力为：符合要求，故第三站布置在距离首站120km处。（3）取首站与第四站的站间距为175km，进口压力为：符合要求，故第四站布置在距离首站175km处。故全线泵站布置完毕。7 最小输量方案一：管道的最小输量为： （7-6）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，；加热站的最高出站温度，； 管道周围的自然温度，； 加热站的最低进站温度，。由公式（7-6）得：方案二：管道的最小输量为： （7-6）式中 管道最小输量，kg/s；K总传热系数，；D管道外径