输油管道工艺设计

/管道输送工艺设计设计内容及要求某油田支配铺设一条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）接受的输送方式；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）至少接受两种设计方案，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。进站温度限制在39℃。土壤导热系数1.2W/（m﹒℃），埋地深度1.6m。最高输送温度70℃，最低输送温度35℃。书目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推断流态 155.4.3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）相像管道的设计阅历；（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）接受先进、好用、牢靠的新工艺、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，确保管道平安牢靠，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。站场的布置要和油区内各区块发展紧密结合。（4）在保证管线通信牢靠的基础上，进一步优化通信网络结构，降低工程投资。提高自控水平，实现主要平安性爱惜设施远程操作。（5）以经济效益为中心，充分合理利用资金，削减风险投资，力争节约基建投资，提高经济效益。1.2总体技术水平（1）接受高压长距离全密闭输送工艺。（2）接受原油变频调速工艺。（3）输油管线接受先进的SCADA系统，使各站场主生产系统达到有人监护、自动限制的管理水平。既保证了正常工况时管道的平稳、高效运行，也保证了管道在异样工况时的超前爱惜，使故障损失降低到最小。（4）接受电路传输容量大的光纤通信。给全线实现SCADA数据传输带来牢靠的传输通道，给以后实现视频传输、工业限制及多功能信息处理供应了可能。（5）在线路截断阀室设置电动紧急迫断球阀，在SCADA中心限制室依据检漏分析的结果，确定管道泄漏位置，并可刚好关闭相应泄漏段的电动紧急迫断球阀。（6）站场配套自成系统。（7）接受固化时间短、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主要工艺技术输油干线拟接受密闭输油方式。输油管道首站设置出站超高压爱惜装置，中间站设变频器限制各进干线的压力，确保输油干线长期平安、平稳运行。3工程概况某油田支配铺设一条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%，进站温度限制在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其它参数保温层接受黄夹克，厚度40mm，土壤导热系数1.2W/(m.)。5工艺计算5.1输量换算管道四周的自然温度；=；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=1\*GB3①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，。选取泡沫塑料作为保温材料，查规范可知，第一层钢管壁的导热系数为，其次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，；——管最外层至四周介质的放热系数，；——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：管道最外层至四周介质的放热系数为：（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：在紊流状况下，对总传热系数影响很小，可忽视不计。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：=2\*GB3②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，其次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，；——管最外层至四周介质的放热系数，；——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：管道最外层至四周介质的放热系数为：（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：在紊流状况下，对总传热系数影响很小，可忽视不计。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）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，；——管道四周的自然温度，；——加热站的进站温度，；——加热站间距，=1\*GB3①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。——管道四周的自然温度，；由公式（5-19）得：由公式（5-17）得热负荷为：=2\*GB3②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。——管道四周的自然温度，；由公式（5-19）得：由公式（5-17）得热负荷为：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=1\*GB3①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：=2\*GB3②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推断流态=1\*GB3①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——管路中原油的体积流量，；e——管壁的确定粗糙度，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。=2\*GB3②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——管壁的确定粗糙度，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=1\*GB3①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——全线所须要的总压头，m。由公式（5-23）得：由公式（5-24）得：由公式（5-25）得：=2\*GB3②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——全线所须要的总压头，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，考虑确定的富有量。若输送正常流量为Qp，则接受适当的平安系数估算泵的流量，一般取Q=（1.05～1.10）Qp。估算泵扬程时，考虑泵在最困难条件下，计算流淌损失，确定所需扬程Hp，依据须要再留出些裕量，最终估算选泵扬程，一般取H=（1.10～1.15）Hp。依据油田输量变更状况，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台大泵和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。=1\*GB3①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——泵所能够供应的压力，Pa；——油品的密度，；H——泵所供应的扬程，m；由公式（6-1）得：P故所选择的泵符合要求。=2\*GB3②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——泵所能够供应的压力，Pa；——油品的密度，；H——泵所供应的扬程，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，其他加热站选用干脆管式加热炉，型号：GW4400-Y/64-Y,其额定功率为4400KW，效率为87%。6.2站场布置=1\*GB3①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；——泵所供应的扬程，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实行减小级数等措施。接受平均法布站，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限制在30～80m范围内。（1）当首站和其次站站间距取90km,其进口压力为：（6-4）式中——泵站进口的剩余压头，m；H——泵站所供应的扬程，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。取首站和其次站的站间距为65km，进口压力为：水力坡降：符合要求，故其次站布置在距离首站65km处。（2）取首站和第三站的站间距为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。=2\*GB3②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；——泵所供应的扬程，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实行减小级数等措施。接受平均法布站，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限制在30～80m范围内。（1）（6-4）式中——泵站进口的剩余压头，m；H——泵站所供应的扬程，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。取首站和其次站的站间距为50km，进口压力为：符合要求