热油管道工艺设计说明

1、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：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论 11.1设计依据及原则 1设计依据 1设计原则 11.2总体技术水平 12设计参数 33输油工3.1主要工艺参数 43.2式 采用的输送方 44工艺计算 算54.1输油量换算 算5度 油 5品平均温油品密度计算 算 5计算流量 5油品黏度计算 算64.2管径规格选择 64.3导热系数 11加热站布站 114.4水力计算13平均温度计算 13平均运动黏度

2、13摩阻计算 135设备选型 145.1设备选型计算 14泵的选型 14原动机的选型 15加热设备选型 155.2站场布置 .16泵站数计算1 16点 计算翻越186 泵站及管道参数校核 .196.1动水压的校核 196.2静水压的校核 6.3量 207果设21计结参考文献 221 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；（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。（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

3、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

4、最小。（4）采用电路传输容量大的光纤通信。给全线实现 SCAD做据传输带来可靠的 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C23578810119853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

5、.2%计；20 C相对密度0.855 ;0.855 5.11 10 4T （T:C）;50T 年度 10.1Mpa.s ;粘温指数0.04 ;进站温度控制在39C；土壤导热系数1.3W/ （mC）；油品70 C，凝点37 C3输油工艺3.1主要工艺参数(1) 年输量为350万吨1(2) 年平均地温为 T。(2 3 5 7 8 8 10 11 9 8 5 3)6.5812(3) 采用聚氨酯胶泡沫塑料3.2米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

6、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输油量换算4.1.1 平均温度计算法(2-60) P351 2J3Tr3Tz式中 冋,口- 力时由站的起点，终点温度，C冋冷70 | 3949油品密度计算已知：20 C 相对密度为 0.855 ,0.855 5.11 10 4T(T: C)所以:490.855 5.11 10 4 (49 20)0.8449 C时油品的相对密度为0.84所以：49°C时油品的密度为0.84 1000840 kg/m34.1.3 流量计算cp 8400年输

7、量（104t/a ）;油品平均温度下密度（kg/m3 ）小 350 107Q 840 8400496(m3 h) 0.138(m3 s)油品黏度计算VtV0e u(t t0)式中，|vo,Vt温度为上丄时油品的运动黏度,黏温系数，匚C3u 0.04代入上式中得:1.01 10 3 2 -0m S840310.1 100.04 (49 50)62V49e)12.5 10 m / s 8404.2管径规格选择4.2.1 选择管径（径）经济流速（ms）经济流速取值在12之间，故取v 1.7m/s4 0.1380.552 0.32m.3.14 1.75.3384.2.2 管道壁厚Pd2 FP 管线设计

8、的工作压力，|Mpa ；同 管线径，mm 刚性屈服极限，Mpa （查下表1）LF 设计系数查下表2 焊缝系数：无缝钢管 1叵 腐蚀余量：当含有腐蚀物质时，|c 0.5 1.0mm，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 X70,Mpa205245235353358413448482表2,不同地区，环境的设计系数的选择野外地区居住区，油气田站部输油管线0.720.60输气管线0.600.50查找GB50316 2000 ,工业金属管道设计规

9、，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|353Mpa所以取p 7.5,d320,1,353,F0.72,C0代入原式中得:7.5 3202 353 0.72 14.72mm确定管道外径回 管道径，mm； 管道壁厚，mm将d 320mm,4.72mm代入原式得:D 320 2 4.72 329.44mm查找GB50316 2000，工业金属管道设计规，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

10、.085.18根据上表：选择公称直径为 300,外径为325mm壁厚为8mm424 验证经济流速根据423所选择的型号；得出径：d 325 2 8 309mm将d 309,Q0.136m3/s代入径公式中，得:4Q4 0.138 3.14vv 1.84 m/ s所以，经济流速在12之间，所以选择的管道 325 8合理。4.3热力计算雷诺系数Re 4Q(1)dv其中Re 临界雷诺数 对于钢管可取0.06mmRe157.982 0.06 10 3 74595230.309Q 0.138m3 s,d 0.309m, v 12.5 10 6 m2 s代入(1)式中得:Re4 0.1383.14 0.3

11、09 12.5 1045514由于Re1>Re>3000,所以油品在管道的流态为水力光滑区4.3.2总传热系数K的确定选取硬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|GB/T1591 1994|中, 16Mn对应的是 Q345,它的热导系数为56W/(m. C ),第二层的导热系数为0.027W/(m. C).保温层材料厚度为4050mm假设其厚度为45mm(1)

12、传热系数Kl11, Di 1In 1 d2 i di2 DW(1)(2)总传热系数式中同KKL D(2)冋 第i层的外径，m|di| 第i层的径，m|dw 最外层的管外径，m|D| 管径，m若口乜，回取外径；若口打，回取算数平均值；若口 V口，回取径 油流至管壁的放热系数l_J，在紊流情况下比层流时大得多，通常情况下大都大 于|lOOW/（mC）。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口2 t2 Dwln Dht. J 2 !DwDw(3)式中，口 土壤导热系数，W/（m-C ）；ht管中心埋深，m；最外层的

13、管外径,1.3w/(m-C)，DW 0.415m，ht 1.3m代入（3）式中，得:22小 一 2 1.32 1.3,0.4151 n10.415.0.4152 1.32.48W/(m -C)2.48 W/(m -C )代入1.3W/(mC )， Dw 0.415m，ht 1.3m，(1)式中，得:Kl1 ln °3252 3.14 560.30912 3.14 0.027In0.41510.325 2.48 3.14 0.4150.58W/(mC )根据 Kl 0.58W/(mC ) , D 0.325m 代入(2)式中，得:K 0.58 3.14 0.325 0.59|W/(mC

14、)原油比热容的确定15C相对密度：15 0.855 5.11 10 4 (20 15) 0.852 d：5比热容计算公式为:c 1-(1.687 3.39 10 3T)(1)式中c| 原油比热容，KJ/(kg -C )；原油15C时的相对密度;T原油温度，C将 d45 0.852，|T 491C代入(1)式中，得:1.(1.687 3.39 100.85249)2.01KJ/(kg -C)4.3.4 导热系数0肿10.54 10 3T)(1)式中，口 -原油在T C时的导热系数，W/(mC)；T-原油温度，C。将 d45 0.852 , |T 491C代入(1)式中，得:0 137-(1 0.

15、54 10 3 49)0.156 W/(mC )0.8524.3.5 加热站布站(1)式中，囤 质量流量，|kg/sG 原油输量，k;t 管道运行时间，350天得：G1350 107350 24 3600115.7kg/s确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度 能和也后，可按冬季月平均最低温度及全线的凶值估算加热站间距口:LrGcJr t。DK Tz To(2)热油管全场320公里，加热站数n：(3)n L Lr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：Gc Trtz(4)式中， 加热炉的效率，；c| 原油比热容，j/（kg

16、 C）；G 原油质量流量，kg/s ;|Q| 加热站的热负荷，j/s ；冋管道周围的自然温度，C将 G,115.7,c2.05 103,D 0.325, K 0.59,Tr 70,Tz 39,T06.58 代入(2)式中，得：Lr3115.7 2.01 10, 70 6.58ln3.14 0.325 0.5939 6.58n 320 259 1.23259km向上取整，则为n 2将0.8代入（4）式中，得:115.7 2.01 (7039)0.89011.6kj /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个加热站布置应为:LrL 320n 2160km所以加热站应在整

17、条管线上每隔160k m设置一个出战温度确定:Tr To (Tz To)eK DL G1c由于，前面已经有各项数据，所以直接代入（5）式中，得:Tr6.58 (39 6.58)e0.59 3.14 0.325 1 60 1 03 115.7 2.01 10355.6q 115.7.2.01J55.6_39)4825.6kj/s0.8由于55.6<70，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:Tpj尤2Tz丄55.6 -3944.5 Cpj3333平均运动黏度:44.50.855 5.11 10 4 (44.5 20)0.842 g cm3842 kg m3Vpj310

18、.1 10e842u(44.5 50)14.9 10 6 m2 s4.4.3 摩阻计算: 一个加热站的摩阻为:2mmQ Vpj hR5 m Lrd全线总摩阻为:h nhj(2)全线所需总压头为：H hR 1.2%hR hm z|(3)式中，塩加热站间距摩阻，也;回沿线总摩阻，匣；Ih| 全线所需总压头，旦o将 |0.0246,Q 0.138,Vpj 14.9 106,m 0.25,d 0.309, Lr 160, n 2代 入(1)，(2)，(3)式中，得：0.1382 0.25 (14.9 10 6)025hR 0.0246 1600002022.3m0.309 h 2 2022.3 404

19、4.乔H_4044.6 1.2% 4044.6 80 (740 640)4273.1m5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

20、殊要求。计算流过泵站的流量：Q 0.138m3/s 496m3/h假设：Q设1.1 Q 1.1 496 545.6 m3 h根据设定流量，查阅离心泵选型手册可得:流量功率（:Kvy必需汽蚀余量泵型号转速m3/hL3扬程效率(r/min )(m(%轴功率电机功率(m)DDG 450 60 8148033593.152072658.98503.845012548076744.64.9500139456787966.0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DG450 60 8型卧式多级离心泵，其额定扬程为456m液柱，额定流量为500m'/h，转速为1480 r/min电

21、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t 3将| 20855kg/m , T(44.5 2°)|代入密度公式中得:44.5 0.855 5.11 10 4 (44.5 20)0.842g/cm3842kg/m3泵所产生的压力为:p gH式中，曲泵所产生的压力，pa；-油品的密度，躍圖； 凶-泵所提供的扬程，m 将44.5 kgfm3, H 456m代入式中，得.P 842 9.8 456 10 63.76Mpa因为3.76Mpa<7.5Mpa所以选择的泵符合要求5.1.2 原动机选型输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况、管道 自

22、控及调节方式等因素决定。由相关资料可知，电动机在输油管道上应用最多。它比柴油机廉价、轻便、 体积小，维护管理方便，工作平稳，便于自动控制，防爆安全性能好。泵站使用 电动机需要相应的供配电系统支持。电源较远或电力供应不足，要新建电厂来供电时，原动机的选用需进行经济比较。综合以上因素，选择防爆型电动机作为该设计中使用的原动机。其转速为1480r/min，电动机功率为850kw,效率为78%5.1.3 加热站选型选用的加热炉，其热负荷为4825.6kJ/s，效率为80%根据计算的流量和热负 荷,查阅资料6，型号为GW6000勺加热炉可以满足管道的加热要求， 每个热站 的加热炉数目为两个，一个为备用。

23、5.2站场布置泵站个数计算H chm式中，N 泵站数，个；|h| 全线所需总压头，也；|Hc泵所提供的扬程，回；hm 泵站站损失，冋。将 H 4273.lm,Hc 456m, hm 15m 代入（1）式中，得:4273.1456 2 154.76向上取整，取n=5 (个);为了保证任务输量不变，可对泵站中的泵机组采取减 小级数或叶轮换小等措施。采用平均法布站，其站间距为：LrL 320N 564 km取泵站压头损失为15叵，使中间站不再用辅助增压泵和避免输油泵发生气 蚀，要求泵进口有一定的压力，压力的大小决定于泵的性能要求。在布置泵站时, 进口压力太低会吸入不正常，太高容易引起出口超压，并要考

24、虑今后留有调节余 地，故泵站进口压力控制在 3080m围。(1) 当首站与第二站的站间距取 64km时，对应高程为676.6m，其进口压力为:htiH 1.012iL Z hmQ2式中hJ-泵站进口的剩余压头，m回-泵站所提供的扬程，mLU-水力坡降；LL-两泵站的站间距，m两泵站间的高程差，m|hm| 泵站压头损失，m。将 H 456m,L106.7 103m, hm 15m,0.0246,m0.25 代入上式中，得:0.02460.1382 0.25 (14.9 10 6严0.3095 0.250.0133hti 456 2 1.012 0.013 64 10(676.6 640) 151

25、8.4m符合要求。所以第二站可以布置在 64k m处；（2）当首站与第三站站间距为128km时，对应高程为729.7m,其进口压力为:ht3 912 18.4 1.012 0.013 64 103 53.11520.3m符合要求。所以第三站可以布置在 128k m处；（3）当首站与第四站站间距为192km时，对应高程为720.5m,其进口压力为:ht491220.2 1.012 0.013 64 1039.2 15 84.4m剩余压头大于80m不符合要求，应选择换址: 将第二站挪到63km处ht2 912 1.012 0.013 63 1 03( 673 640) 1532.2m第三站挪到12

26、6k m处ht3912 32.2 1.012 0.013 63 1 03( 728 673) 1545.4m第四站挪到196k m处ht4 912 45.4 1.012 0.013 70 103(719 728) 15 30.4m（4）当首站与第五站站间距为260km时，对应高程为726m其进口压力为:ht5 912 30.4 1.012 0.013 64 103(726 719) 15 78.4m符合要求，所以第五站可以布置在 256k m处；(5) 末站进口压力为：h沫 912 78.4 1.012 0.013 60 1 03(700 726) 15111.2m末站剩余压头大于80m，符合

27、要求，所有泵站布置完成判断翻越点Hf iLf Zf ZQ>iL ZzZqH若上式成立，则翻越点存在，反之则不存在H 0.0013 320 103700 6404220m在64km处,Hf 0.013 64 1 03 676.6 640 868.6m在70km处,H f 0.013 70 103 680 640 950m在128k m处,Hf 0.013 128 103 729.7 640 1753.7m在140k m处,Hf 0.013 140 103 740 640 1920m在192k m处,在220km处,在256km处,在270km处,Hf 0.013 192 103 720.5 640 2576.5mHf 0.013 220 103 710 640 2930m3Hf 0.013 256 10724.4 640 3412.4mHf 0.013 270 103 730 640 3600m6泵站及管道参数校核6.1动水压的校核Hi H ix Zx Zi|(1)最大动水压力：Pn axgH nax|(2)式中，hJ 高程为i点处的动水压头，n；|h| 泵站输出压头，n凶 泵站与低点处的距离， nZx,zJ-低点处，泵站的高程，n |P| 动水压力，pa。将 H 4273.1m,i0.013,x220km,Zx 710,