成品油长输管道工艺方案设计报告姚楚玥

1、本科生课程设计课 程 名 称 ：管道课程设计 设 计 任 务 ：长距离成品油管道工艺方案设计计算指 导 教 师 ：李晓平 学 院 ：机械与储运工程学院 专 业 ：油气储运工程2012级 班 级 ：储运12-3班 姓 名 ：姚楚玥 学 号 ：2012010958 完 成 日 期 ：2016.5.15 目 录第1章 任务书11.1 设计输量11.2 输送下载量11.3 油品物性21.4 沿线地形21.5 经济评价参数2第2章 计算说明书42.1 计算物性参数42.1.1 计算地温选的油品密度42.1.2 黏度计算52.1.3 选择壁厚52.1.4 各管段输量计算62.2 水力计算62.3 布站72

2、.4 计算混油量和混油长度92.5 计算首站罐容及选罐方案102.5.1 首站设计原则102.5.2 罐容计算及选罐方案102.6 经济计算102.6.1 费用现值102.6.2 投资建设费112.6.3 外购动力费112.7 计算依据和所参照的规范122.8工艺流程图设计说明12第3章 计算书133.1 管径选取133.2 水力计算14 确定流态143.2.2 确定水力坡降153.3 混油长度计算183.4 计算首站罐容及选罐方案193.5 计算成本203.6 首站流程21第1章 任务书1.1 设计输量该管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，设计输送能力560×104t/a，输送

3、介质包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三种油品，均按照每年25批次输送。设计年输送天数350天，采取起点连续进油，各分输点均匀连续分输下载的方式，设计压力10MPa。各站场进站最低压力0.3MPa，最高4MPa。地温取17摄氏度。站场进出站压力通过节流阀控制。1.2 输送下载量表1.1 输送下载量省份序号名称进出油品量×104t/a备注汽油90#汽油95#柴油0#广东1茂名56012672362进油广西2玉林417430下载分输3贵港478435下载分输4黎塘214215下载分输5柳州8115660下载分输6河池294223下载分输贵州8都匀307320下载分输9贵阳7520154

4、0下载分输10安顺328420下载分输11晴隆3111下载分输12盘县174211下载分输云南13曲靖438530下载分输14昆东92201260下载分输15长坡49201217下载分输1.3 油品物性1.2 油品物性品 种密度（t/m3）粘度（mm2/s）15.637.815.637.8汽油90#0.73390.71390.59410.489095#0.75440.71350.59320.4884柴油0#0.84210.82676.0803.4521.4 沿线地形序号站场名称里程（cm）高程(m)1茂名0.0018.752玉林161.0971.513贵港246.3347.944黎塘310.7

5、7105.005柳州457.66105.236河池617.09209.507陆桥687.79481.738下司767.77925.889都匀876.67803.5310贵阳976.061120.6011安顺1070.871349.6112晴隆1183.371401.213盘县1261.522017.2214曲靖1348.841958.7815昆东1492.622044.5016长坡1555.561906.041.5 经济评价参数(1)电力价格：0.55元/度，燃料油价格：4500元/吨。(2)管道建设期为1年，运行期为20年。管道建设单位长度总投资如下表，其中40为自有资金，其余为建设银行贷款

6、，利率按当前利率建设银行利率计算，流动资金按管内存油价值计算。经营成本按能源消耗（电力及燃料）的2.5倍计算。单位长度总投资表管径（mm）单位长度总投资（元/公里）168569685.6219788937.627310482643231250478355138195240616822964571887041508212672955923245456102666440660285985371133870058134050866914545348510167531240121010120136第2章 计算说明书输油管道工艺的工艺计算要妥善解决沿线管内流体的能量消耗和能量供应之间的矛盾，以达到安全、

7、经济地完成输送任务的目的。管道工艺设计的主要目的是根据设计委托书或设计任务书规定的输送油品的性质、输量及线路情况，由工艺计算来确定管道的总体方案的主要参数：管径，泵站数及其配置等。2.1.计算物性参数2.1.1计算地温下的油品密度、粘度根据任务书所给数据无法采用密度公式进行密度求解，故假设密度变化为温度的线性函数，算出各个油品的密度变化公式，求出在地温17时各油品的密度。同理，根据任务书所给数据假设粘度变化为温度的线性函数，算出各个油品的粘度变化公式，求出在地温17时各油品的粘度。表 2.1 各油品密度品种密度（t/m3）粘度（mm2/s）15.637.815.637.8汽油90#0.7339

8、0.71390.59410.489095#0.75440.71350.59320.4884柴油0#0.84210.82676.0803.452计算可得各油品的密度变化函数：汽油： 90#:=-9*10-4t+0.74895#:=-1.8423*10-3t+0.78314柴油：0#:=-6.9369*10-4t+0.8529计算可得各油品的粘度变化函数：汽油：90#vt=-4.7342*10-3t+0.6679595#vt =-4.7207*10-3t+0.66684柴油：0#vt =-0.11838t+7.9267计算得出在17各油品的粘度、密度如下表格：表2.2 各油品黏度、密度种类粘度（m

9、m2/s）密度（kg/m³）90#汽油0.5872732.595#汽油0.586748.90#柴油5.8668841.2 黏度粘温指数方程：为温度为时的油品粘度。U一般在0.010.03之间，此处取0.02。则17摄氏度时：90#汽油：=0.594195#汽油：=0.59320#柴油： =6.080表2.1计算所得17时的黏度品 种黏度（mm2/s）15.61737.8汽油90#0.59410.5874720720.48995#0.59320.5865909910.4884柴油0#6.085.914270273.4522.1.3选择壁厚壁厚的选择：根据管壁厚度与输送介质的压力、温度以

10、及选用的管材和管径有关。管道的壁厚由环向应力公式并遵循有关规范和标准确定，按照我国输油管道工程设计规范（GB502532003）中规定，输油管道直管段的设计公式如下：式中：管道壁厚，mm P设计内压MPa,P=10MPaD管道外径，mm材料最低屈服强度，MPa K设计系数，站外取0.72.焊接系数，取1.0.2.2 各管段输计算省份序号名称进出油品量×104t/a备注汽油90#汽油95#柴油0#广东1茂名56012672362进油广西2玉林417430下载分输3贵港478435下载分输4黎塘214215下载分输5柳州8115660下载分输6河池294223下载分输贵州8都匀30732

11、0下载分输9贵阳75201540下载分输10安顺328420下载分输11晴隆3111下载分输12盘县174211下载分输云南13曲靖438530下载分输14昆东92201260下载分输15长坡49201217下载分输2.2 水利计算牛顿流体的摩阻计算如下。流态划分：A、层流：Re<2000B、紊流：水力光滑区；混合摩擦区；粗糙区；根据公式计算管道的相对当量粗糙度，其中e为管壁的绝对当量粗糙度，中国输油管道工程设计规范GB50253-2003中所推荐的管壁绝对当量粗糙度e设计值为：无缝钢管，e=0.06mm；直缝钢管，e=0.054mm；螺旋焊缝钢DN250DN350时，e=0.125mm

12、，DN400以上，e=0.10mm8。牛顿流体段摩阻i的计算采用列宾宗公式： （3-2）其中各流态区的A、m值见表3.1。表2.4不同流态时的A、m值Tab 3.1 A、m in different flow regime流态Am层流6414.15紊流水力光滑区0.31640.250.0246混合摩擦区0.1230.0802A粗糙区00.08262.3 布站根据任务书要求，选取两种型号泵备用：表2.5 泵型号型号Q（m3/h）H（m）ZLM IP 440/0614001701200180450200400205ZLM IP 530/06160027014002901000300400315选用

13、ZLM IP 440/06，ZLM IP 530/06计算泵的特性方程即公式：式中 Hc离心泵扬程，m液柱； Q离心泵排量，m3/h； a b常数； m管道流量压降公式中的指数，在水力光滑区内m=0.25，混合摩擦区中m=0.123。以柴油为例计算得知沿程管流均处于水力光滑区，故选取m=0.25计算泵的特性曲线。型号Q（m³/h）Q(1.75)H(m)ZLMIP440/061400320423.31701200244662.418045043966.520040035777.09205 ZLMIP530/061600404771.52701400320423.329010001778

14、27.930040035777.09315当m取0.25时，泵的扬程与Q1.75存在线性关系，故作图求出方程如下：因此得出ZLMIP440/06型泵的特性曲线为：Hc=-0.0001Q1.75+207.2ZLMIP530/06型泵的特性曲线为：Hc=-0.0001Q1.75+320.29当多台泵串联时，根据离心泵串联组合的特点，每台泵排量相当，均等于泵站排量，泵站扬程等于各泵扬程之和，所以若有N台泵串联时的特性方程为：泵站的特性方程为：，其中，如果N台型号的泵串联工作，泵站的特性方程的常系数为：A=Na B=Nb预选的输油泵站，在给定的任务输量的工作条件下，泵站的进站压力H的范围为0.34MP

15、A，设定本设计中泵站与分输站不重合的进站压头为40m液柱，站内损耗为10m液柱，根据此压头确定泵站工作压力为：P=（HC+H）pg式中 P泵站工作压力，MPA HC任务输量下泵站的扬程，m H泵站进站与站损压力和换算的液柱，m2.4 计算混油量和混油长度首站到第一个分输站，由之前的计算知平均粘度和平均流速，进而可计算出该段的平均雷诺数Repj。该管道内的混油长度计算公式为：其中：C、d、L分别为混油长度、管道内径和管道长度，m； 修正系数； Z浓度系数。通过查阅资料，当105<Re<5×105且两种油品的浓度范围为99%1%时，二者的值分别为：由此可算出混油长度C。混油量

16、的计算公式为：其中：、分别表示混油量和管道容积，。由C就可以计算得到。2.5 计算首站罐容及选罐方案2.5.1 首站设计原则首战的操作包括接受来油、计量、站内循环或者倒罐、正输、发清管器等操作，流程较复杂。首先需要确定首战油罐区各种油品所需罐容，即油罐数量和体积。储存汽油应选用浮顶罐或内浮顶罐，柴油可以选用固定顶罐。各种油品应设2座以上油罐，以便倒罐。2.5.2 罐容计算及选罐方案首战输送油品的储罐容积可以按照如下公式进行计算： （2.18） 其中：-每批次、每种牌号油品所需的储罐容积，；-每种牌号油品年输送量，；-储存条件下每种牌号油品密度，；-油罐装量系数。容积大于10000的固定顶罐（含

17、内浮顶）、浮顶罐宜取0.9；-循环次数，次数。代入计算即可求出首站三种油品所需的罐容。2.6 经济计算2.6.1 费用现值经济比选的方法是计算总费用现值P：式中 i折现率，取10%；A年运营经费，按能源消耗（电力及燃料）的1.5倍计算；Sg投资建设费。则：式中 SR外购燃料费，本工程为常温输送，本项不考虑。SP外购动力费。通过此种方法比较出总费用现值最少的管径。总成本费用是固定投资和运营期内为生产产品或提供服务所发生的全部成本与费用之和。包含投资建设费、外购原材料费、外购辅助材料费、外购燃料及动力费、工资及福利费、折旧费、修理费、摊消费、财务费用（利息支出）、其他费用10。这里为了方便比选只考

18、虑投资建设费、外购燃料和动力费。2.6.2 投资建设费投资建设费仅考虑管道耗材费和站场建设费。根据初选的管径，查阅输油管道设计与管理附录二可得到各种规格管材的重量，乘以管材单价即可得到管道耗材费用。式中 Sg投资建设费，元； M钢管重量，kg；F钢管单价，元/吨；Zg站场建设费，元。其中X60管材取5000元/吨。泵站单独建设为6000万元/座。2.6.3 外购动力费式中 Sp全线泵机组所消耗的电力费用，元/年；Hi第i泵站的扬程，m；ed电力价格，元/（kW·h），取0.55元/（kW·h）；pei第i泵站泵机组的效率，取80%；G年输量，吨/年；np泵站数。2.7 计算

19、依据和所参照的规范输油管道设计与管理油气储运经济学输油管道工程设计规范GB 50253-2003 石油天然气工程制图规范SY/T0003-20032.8 工艺流程图设计说明流程说明已经写在流程图的流程说明上，总的原则是按照“竖断横不断的”的要求来绘制流程。各阀、罐、泵、流量计、单向阀、过滤器都有详细编号。详细参阅流程图。见附件1第3章 计算书3.1 管径选取成品油管道是一条连续顺序输送多种成品油的管道，设计输送能力560×104t/a，输送介质包括0#柴油、90#汽油、95#汽油三种油品，均按照每年（350天）25批次输送。其中部分站下载量如下表所示：省份序号名称进出油品量×

20、;104t/a备注汽油90#汽油95#柴油0#广东1茂名56012672362进油广西2玉林417430下载分输3贵港478435下载分输4黎塘214215下载分输5柳州8115660下载分输6河池294223下载分输贵州8都匀307320下载分输9贵阳75201540下载分输10安顺328420下载分输11晴隆3111下载分输12盘县174211下载分输云南13曲靖438530下载分输14昆东92201260下载分输15长坡49201217下载分输根据输送要求得到每一批每种油品的输送量以及每个分输站的流量：整条管道年输送能力为560*104t，总共25个批次，每个批次输送为23.6*104t

21、，总输送天数为350天，每个批次输送天数为14天。每批次0#采油15.68万吨，90#汽油5.04万吨，95#汽油2.88万吨。计算得到第一段的理论管径为 393.6mm,然后再在每一站卸载后进行校核使其都在经济流速范围内，为了清管的方便在真个管道上只进行了两次变径，最后根据API标准钢管规格表选取了各钢管内径，厚度和管材,如下表所示：初算各段管径mm管段壁厚mm相对粗糙度当量粗糙度mm茂名-玉林393.66.40.00050810.1玉林-贵港393.66.40.00050810.1贵港-黎塘393.66.40.00050810.1黎塘-柳州393.66.40.00050810.1柳州-河池

22、3464.80.00072250.125河池-陆桥3464.80.00072250.125陆桥-下司3464.80.00072250.125下司-都匀3464.80.00072250.125都匀-贵阳3464.80.00072250.125贵阳-安顺3464.80.00072250.125安顺-晴隆301.73.150.00082860.125晴隆-盘县301.73.150.00082860.125盘县-曲靖301.73.150.00082860.125曲靖-昆东301.73.150.00082860.125昆东-长坡301.73.150.00082860.1253.2 水力计算3.2.1 确

23、定流态根据式以下两式计算每一段每一种油品的雷诺数Re，以及临界雷诺数。以方案一的第一段管道的90#汽油为例，计算二者的值。依次可以算出各油品在不同管径管道中的雷诺数，如表3.13所示表3.1方案一中油品雷诺数与临界雷诺数管段编号雷诺数Re临界雷诺数90#汽油95#汽油0#柴油L11503146.041505491.448146882.1832760553.2L21393094.2761395267.967136128.3091760553.2L31266937.3761268914.22123800.6973760553.2L41210569.41212458.291118292.615476

24、0553.2L51248203.9891250151.603121970.1361585702.9L61150371.7851152166.748112410.3146585702.9L71049166.0561050803.104102520.8441585702.9L8951052.186952536.14492933.4993478012.3L9822095.9574823378.700780332.34685478012.3L10810006.311811270.190479150.98881478012.3L11741498.3145742655.298772456.62657478

25、012.3L12568213.3823569099.984355523.82797478012.3L13197464.2251197772.33519295.51468478012.33.2.2 确定任务流量下的水力坡降（1）相对粗糙度参考输油管道设计与管理，绝对当量粗糙度e可取0.1mm，则相对粗糙度为：（2）摩阻系数同理可算出各段的摩阻系数如表3.14所示。表3.2摩阻系数摩阻系数90#汽油95#汽油0#柴油0.0103119590.0103099810.0103070.0089404910.0089387760.0090230.0074813740.0074799390.0076420.

26、0068688120.0068674940.0070570.0153061090.0153031740.0147810.0131319770.0131294590.0128140.0110474340.0110453150.0109070.0163856170.0163824750.0156560.0124647280.0124623380.0121320.0121228850.012120560.0118220.010269990.0102680210.0101280.0062314810.0062302860.0063570.0008570480.0008568830.001（3）沿程摩阻

27、和水力坡降同理可算出各段的沿程摩阻和水力坡降如表3.15，表3.16所示。表3.3各段的沿程摩阻沿程摩阻（m）90#汽油95#汽油0#柴油1661.1531660.8351660.419762.0874761.9413769.1416482.0997482.0073492.46341008.961008.7661036.6242440.2532439.7852356.5623408.7993408.1453326.1911098.0041097.79410841553.521553.2221484.3841402.2821402.0131364.902947.4035947.2218923.8

28、856896.7756896.6036884.3844895.9623895.7905913.961854.199754.1893163.23116表3.4各段的水力坡降水力坡降i90#汽油95#汽油0#柴油平均水力坡降0.0103119590.0103099810.0103070.010310.0089404910.0089387760.0090230.0089670.0074813740.0074799390.0076420.0075340.0068688120.0068674940.0070570.0069310.0153061090.0153031740.0147810.015130.

29、0131319770.0131294590.0128140.0130250.0110474340.0110453150.0109070.0110.0163856170.0163824750.0156560.0161410.0124647280.0124623380.0121320.0123530.0121228850.012120560.0118220.0120220.010269990.0102680210.0101280.0102220.0062314810.0062302860.0063570.0062730.0008570480.0008568830.0010.000905(4) 分段

30、摩阻由下式，第一段的分段摩阻为：同理利用平均水力坡降可求得每一段的分段摩阻如表3.18所示：表3.5分段摩阻站间编号分段摩阻（m）L11680.419L2789.1416L3512.4634L41056.624L52376.562L63346.191L71104L81504.384L921384.902L10943.8856L11904.3844L12933.9618L1383.23116因为进站压力范围为0.3MPa4MPa，化成压头为40m506m。管道设计压力为10MPa，化成压头为1267m。在计算每一段所需的能头时，在茂名站选用2台1号泵串联，其提供的能头为940.9546m。而茂名

31、站到玉林站的能头需求是1713.179m，所以显然需要在二者之间设一个中间泵站。我们选择在（80.545km,45.13m）处设一个泵站，经过该泵站加压后，压力满足进出站压力要求和管道设计要求，以此类推，进行布站。根据每段的能头需要，进行合理的泵站设计，具体的布站方案如表3.6所示：表3.6 泵站布置图序号泵站泵类型泵组合备用调节方法1茂名ZLM IP 530/06串31节流2140kmZLM IP 530/06串31节流3贵港ZLM IP 530/06串31节流4380kmZLM IP 530/06串31节流5柳州ZLM IP 440/06串52节流6河池ZLM IP 440/06串52节流

32、7730kmZLM IP 440/06串52节流8都匀ZLM IP 440/06串52节流9920kmZLM IP 530/06串42节流10贵阳ZLM IP 440/06串31节流111030kmZLM IP 440/06串31节流121120kmZLM IP 440/06串42节流131210kmZLM IP 440/06串42节流14盘县ZLM IP 440/06串52节流151300kmZLM IP 440/06串52节流16曲靖ZLM IP 440/06串31节流171380kmZLM IP 440/06串42节流181450kmZLM IP 440/06串52节流3.3混油长度计算

33、1）分析90#汽油与95#汽油，首先求出它们在170C是的粘度，对于90#汽油： = 得v=0.5875mm2 /s对于95#汽油： 170C时粘度为0.5866 mm2/s2）再由经验公式计算混油粘度：lglg(v×106+0.89)=lglg(vA×106+0.89)+lglg(vB×106+0.89)代入数据得: lglg(v×106+0.89)=lglg(0.5875+0.89)+lglg(0.5866+0.89)即v=0.58703 mm2/s3）求混油粘度对应的雷诺数：Re=1.9316*0.406/0.58703×106=1335

34、9494)计算混油长度C根据输油管道设计与管理介绍，混油长度C由以下经验公式计算：C=11.75d0.5L0.5Re-0.1所以，茂名-玉林段混油长度为：C=11.75×4060.5×161.090.5×1135949-0.1=2318m计算得各站混油长度C如下表所示：表3.7 雷诺数90#汽油-95#汽油名称流速(m/s) 混油粘度(mm2/s)内径（mm）雷诺数Re分输站间距离（km）混油长度C（m）茂名-玉林1.9316320.5870314061335949.767161.092318.761929玉林-贵港1.786760.5870314061235753.81285.241699.923619贵港-黎塘1.625790.5870314061124424.20364.441492.057743黎塘-柳州2.0338350.5870313551229939.569146.892087.660053柳州-河池1.6843350.5870313551018583.25159.432216