S-L输油管道工艺设计

.工艺设计书3.1输量换算设计允许首站最高出站油温为60℃，允许最低进站油温为24℃由公式（2.1）得平均油温为：由公式（2.3）得温度系数为：由公式（2.2）得40℃时原油的密度为：根据质量流量换算体积流量为：式中——体积流量，；——年输量，；——年输油时间，按360天算。3.2管径规格选择3.2.1管径选择目前我国含蜡原油的经济流速在1.0m/s~2.5m/s秒之间。取经济流速为V=1.5m/s，则管径为：式中——管道直径，m；——体积流量，；——经济流速，。该设计中当经济流速1.5m/s时，计算管径为402mm。由国产钢管部分规格初选DN325，DN426，DN377三组管径，并按6MPa时的工作压力进行计算。3.2.2壁厚选择查规范得，选取管材规格为X65钢，其最小屈服强度为450MPa，由于原油中含有水和硫化物，为保证管道的安全运输，需要采取相应的内部防腐措施，壁厚腐蚀裕量取3mm。因此，其壁厚为：（3.1）式中——壁厚，m；——设计压力（取工作压力的1.5倍）；——管道外径，；——许用压力，；=；——设计系数，取0.72；——焊缝系数，取1.0；——钢管的最小屈服强度。由公式（3.1）得各管径下的壁厚：向上取整，分别为6mm、6mm、5mm。查API标准钢管规格，选为方案一、为方案二、为方案三的标准管道。3.3热力计算3.3.1计算加热系数k方案一：的标准管道管道中的实际流速为：则：由公式（2.7）得：由公式（2.8）得：当油流为湍流时，流向管道内壁的油流对整个传热系数几乎没有影响，因此可以忽略不计算。由公式（2.6）得：由公式（2.9）得：方案二：的标准管道计算过程如上，计算结果如下表：1.332.020.811.34方案三：的标准管道计算过程如上，计算结果如下表：1.102.020.871.593.3.2确定加热站间距由公式（2.4）得15℃时原油的相对密度为：由公式（2.5）得：由公式得：式中——原油质量流量，；——年输量，；——年输油时间，按360天算。方案一：的标准管道由公式（2.13）得加热站总间距：由公式（2.14）计算得加热站数：向上取整,取n=2由公式（2.14）计算得相邻加热站间距为：由公式（2.16）计算得出站温度为：由公式（2.15）计算得一个加热站间的热负荷：由公式（2.15）计算得总热负荷：故出站温度取40℃满足设计要求。方案二：的标准管道计算过程如上，计算结果如下表：31085561.638℃方案三：的标准管道计算过程如上，计算结果如下表：31087975.744℃3.4水力计算3.4.1平均温度下的油品运动粘度方案一：的标准管道由公式（2.1）得平均油温为：由公式（2.2）得50℃时的油品密度为：由公式（2.12）得50℃时油品的运动粘度为:查资料得20℃的运动粘度为:由公式（2.11）得50℃下的黏温指数为：由公式（2.10）得平均油温30℃下的运动粘度：方案二：的标准管道由公式（2.1）得平均油温为：由公式（2.10）得平均油温29℃下的运动粘度为：方案三：的标准管道由公式（2.1）得平均油温为：由公式（2.10）得平均油温31℃下的运动粘度为：3.4.2判断流态方案一：的标准管道由公式（2.18）得雷诺数为：由公式（2.19）得临界雷诺数为：由于,所以管段是处于水力光滑区。方案二：的标准管道雷诺数为：；临界雷诺数为：由于,所以管段是处于水力光滑区。方案三：的标准管道雷诺数为：；临界雷诺数为：由于,所以管段是处于水力光滑区。3.4.3判断翻越点根据表2.1数据知：（150km，1890m）处有可能是翻越点位置由公式（2.11）得50℃下的黏温指数为：由公式（2.12）得50℃时油品的运动粘度为:由公式（2.10）得36℃下的运动粘度：由公式（2.22）得水力坡降为：由公式（2.20）得全线总压头为：由公式（2.21）得150km处所需压头为：因为，所以管道中不存在翻越点。3.4.4计算摩阻方案一：的标准管道由公式（2.23）得一个加热站间的摩阻：由公式（2.24）得总摩阻为：由公式（2.25）得全线总压头为：方案二：的标准管道由公式（2.23）得一个加热站间的摩阻：由公式（2.24）得总摩阻为：由公式（2.25）得全线总压头为：方案三：的标准管道由公式（2.23）得一个加热站间的摩阻：由公式（2.24）得总摩阻为：由公式（2.25）得全线总压头为：4.站场工艺设计4.1设备选型计算4.1.1泵的选型泵是一种输送液体并提高其能头的流体机械。要从以下几个方面选择输油泵：工作平稳，无喘振等不稳定情况，能保证一段时间内连续可靠的运行；操作方法简单，拆装方便，维修保养方便；要在高效率区稳定运行，并且价格合理，稳定地运行，尽可能地节约能源；符合防爆、防腐规范和程序，可在露天使用，对泵的各个部件不损坏。若正常输送时的流量为QP，则要采用适当的安全系数估算泵的流量，一般取QP=1.05~1.10Q则取为Q从经济角度来看。离心泵并联操作的目的是一方面是为了增加流量；另一方面当输送任务变化的幅度很大时，为了发挥泵的经济效果，使其能在高效范围内工作，往往采用两台或数台泵并联工作，以增减运行台数来适应输送量的变化。根据管道输送要求，选KDY950-170×6泵，选KDY950-170×6作为备用泵，泵站内由一个泵机组并联，每个机组由两台KDY950-170×6泵并联，泵的扬程1010m。方案一：由公式得平均油温37℃时的密度为：泵所产生的压力为：由公式得：泵所产生的压力小于管道的设计压力9MPa，故选择的泵符合设计要求。方案二：由公式得平均油温36℃时的密度为：泵所产生的压力为：由公式得：泵所产生的压力小于管道的设计压力9MPa，故选择的泵符合设计要求。方案三：由公式得平均油温38℃时的密度为：泵所产生的压力为：由公式得：泵所产生的压力小于管道的设计压力9MPa，故选择的泵符合设计要求。4.1.2电动机的选择电动机在输油管道中应用最为广泛，相对于重型柴油机，电机的价格更便宜、体积更小、重量更轻。柴油作为化石能源，广泛使用将对生态环境产生不可逆转的影响，电力比较清洁。电动机工作稳定性好，可以一直连续工作，方便自动控制，具有良好的防爆性能。当泵站使用电机时，需要一个稳定的电力系统来提供连续稳定的电能，在电源较远或电能不足的情况下，应新建一座电厂供电。原动机的选用需进行经济比较。输油泵的电动机应当由泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况以及管道自控及调节方式等因素决定。一般情况下，如果泵站使用电机，则需要配备相应的电源系统，因此选择燃气轮机。JKZ异步电动机，型号：JKZ－3000，额定电压：7000V，额定功率：2500kw，额定电流：354A，转速：3885r/min，效率：97.5%。4.1.3加热设备的选择在首站用换热器加热，其余各站采用直接管式加热炉，额定功率为5500KW，效率87%。4.2站场设计方案一：1.泵站布置：的标准管道泵站数为：式中：——管道全线的总压头，；——泵的扬程，；——泵站站内的摩阻损失，由公式得： 向上取整，取n=4管道布站采用平均法布站，站间距为式中——泵站站间距，m；——管线总长，m。由公式得：初步选定泵站站址为：首站，距首站81km,距首站162km,距首站243km处。如果要保证达到任务输量,泵站内的泵组可采取减少级数等措施。2.热站布置：根据第三章计算得需要布置2个热站，采用平均布站法，初步选定热站站址为：首站，距首站162km处。方案二：的标准管道1.泵站布置：泵站数为：向上取整，取n=3站间距为：初步选定泵站站址为：首站，距首站108km，距首站216km处。如果要保证达到任务输量,泵站内的泵组可采取减少级数等措施。2.热站布置：根据第三章计算得需要布置3个热站，采用平均布站法，初步选定热站站址为：首站，距首站108km处，距首站216km处。方案三：的标准管道1.泵站布置：泵站数为：向上取整，取n=2站间距为：初步选定泵站站址为：首站，距首站162km处。如果要保证达到任务输量,泵站内的泵组可采取减少级数等措施。2.热站布置：根据第三章计算得需要布置3个热站，采用平均布站法，初步选定热站站址为：首站，距首站108km处，距首站216km处。4.3设计结果本次设计采用加热密闭运输方式。各参数设计结果见下表：表4.1管道设计结果外径mm管材最小屈服强度MPa壁厚mm377X654506426X654506529X654508表4.2泵的选型型号流量扬程转速吸入直径排除直径效率KDY950-170×69501010298030025087表4.3泵站设计结果泵站数站间距km方案一481方案二3108方案三2162表4.4泵站布置结果泵站1泵站2泵站3泵站4方案一里程km081162243方案二里程km0108216方案三里程km0162表4.5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效率方案一216230518342.3787%方案二310830487150.6087%方案三310830549534.1487%表4.6热站布置结果热站1热站2热站3方案一里程km0162方案二里程km0108216方案三里程km01082164.4站址调整考虑到本次设计安全输送、经济合理的设计原则，结合地形实际情况，采用“热泵合一”设计，由此可以尽可能将热站与泵站合并，节约成本，减少投资费用，而且便于维护与管理，因此对以上站址进行调整，结果如下：方案一：1个热泵站，2个泵站，1个热站；方案二：3个热泵站；方案三：2个热泵站，1个热站；4.5输油站的选址我国的土地资源具有山地较多、平地较少的特点，大多数输油站建在平地上，山地不适合建立输油站，因此，要想建立输油站，必须从多方面出发、实地考察，站场的选址一定要大力落实节约土地的基本国策，必须合理利用土地资源，而不是因为建立输油站而滥砍滥伐，更不能涸泽而渔，破坏生态系统。一定要尽可能的扩大土地利用率，站场的地理位置必须慎重选择，看周围是否有农田，是否有自然保护区，在不破坏生态环境的前提下，输油站场的位置一定要根据工程线路走向和工艺设计的要求量身定制。务必遵守安全防火，保护环境，工业卫生等法律法规，减少火灾隐患，保护生态环境，让我们的地球村更加美丽。必须符合工矿企业和公路车站的安全距离要求，不影响其他行业的生产。输油站的位置应该在平坦开阔，避开地震断层带，地形好，交通便利，供水和供电方便的地方，能满足员工日常生活的需要。输油站的平立面是指从场地的具体地形出发，结合当地的气候、地质条件，为满足安全生产的要求，应对整个输油站进行统一布置和施工。输油站的平立面布置要充分考虑以下原则：（1）要充分体现生产要求和工艺流程，尽量避免管道互相交叉；（2）为便于自流，要充分利用地形优势，确保各管线走向合理，尽量减小土方工程量，并为各设施间创造有利条件，保证设施间的生产运作和联系。（3）应系统的布置站内各个系统，顾全大局，方便施工人员施工和工作人员的各项操作，务必将事故考虑在内，一旦发生事故，要方便事故处理人员及时处理，减小事故造成的损失。（4）在确保防火间距的前提下，保证安全生产的同时布置要紧凑，并给事故处理留有场地，方便人员的撤离。（5）首、末站油罐区由于位置较中间站特殊，一个负责接收来油，一个负责将加压后的油品送出去，一旦发生事故，带来的后果不容小觑，损失更是难以估量，因此安全系数最大，站地面积也较中间站更大，随之而来的是工程量相对较大，设计人员必须严格按照相关规范进行设计，不可疏忽。4.6输油站工艺流程输油站的工艺流程指的是油品在输油站内的流动过程，换言之输油站的工艺流程就是用来描述油品在管内是如何流动的。4.6.1首站工艺流程输油首站是长输管道的起点，它的任务是接收炼厂、矿厂或转运站的来油计量后，输入干线，一般首站都建有大型油罐和相应的计量、化验及预处理设施。输油首站要能完成接受来油、计量，站内循环、正反输，加热、收发清管器的功能，全线的控制调度中心有时也设在首站。4.6.2中间站工艺流程中间站的设施是泵站，作用是给管道中的油流增补能量。中间站工艺流程有两种：密闭输油的中间站流程和旁接油罐的中间站流程，应当根据输油泵的组合方式以及加热方式来选择采用哪种流程。密闭输送的中间站工艺流程通常采用泵串联的方式，间接加热，主要进行正、反输、清管器的收发、越站输送。旁接油罐的中间站流程适用于泵并联，直接加热的输送方式。主要进行正、反输，压力越站、站内循环等操作。此流程设有旁接油罐，采用先泵后炉的流程，大口径输油管道通常采用此流程，可以减少油流在加热炉炉管内的阻力损失。因为本次设计的管道为输油管道且输送距离较长，故将两台输油泵串联起来作为一个泵机组，给油流提供能量，根据密闭输送的特点，选择密闭输送的中间站流程，可以在很大程度上降低原油因为蒸发而带来的损耗，没有旁接油罐，经济性较高。4.6.3末站的工艺流程输油站场末站作为输油管道的终点，主要用于从管道接收石油，并将石油输送给石油企业，在整个输油站场中地位很重要。末站的任务包括接受来油、进罐储存、计量后装车、站内循环、反输。末站站内的工艺流程和首站类似。4.7储油罐的选择输油管道的首站、中间站、末站都要设置储油罐，其中首站和末站的油罐的作用是保证来油和收油、输油管道的输量均衡，不会造成油品积压、油品供应紧张的局面，所以罐容量相应要大一些。4.7.1储罐总容量在输油管道的首站、输入站、分输站和输油的终点站都要布置油罐。这些地方的储罐的容量由管道运输量和需要储存的天数决定。石油的供应或运输方式决定了石油产品的储存时间。油罐容量按下式计算：式中——输油站场油罐的总容量，m3；——输油站场各处原油年总周转量，t；——不同储存温度下的油品密度，t/m3；——储油罐的容量系数，一般取0.9；——不同油品的储存天数，d。选取油品储存温度为20℃，则油品密度为因为输油站油品的来源是管道，根据经验取K=3，则首站，输入站储油罐的总容量为：故选择3座容积为20000m3的浮顶油罐可以满足输量要求。因为输油末站向用户供油，根据经验取K=4，则分输站，末站储油罐的总容量为：故选择4座容积为20000m3的浮顶油罐来存储油品。4.7.2油罐类型选择输油站内的储油罐大多为金属储油罐，原因是金属罐的成本低，不易泄漏，施工方便，安全可靠，是储存各类油品的最佳选择。金属罐的类型很多，大致分为立式圆柱形罐、卧式圆柱形罐，工程上大多为立式圆柱形罐，立式圆柱形的油罐主要有拱顶罐和浮顶罐两种，选择拱顶罐还是浮顶罐要看油罐的容积：当设计的油罐容积大于或等于10000m3时，采用浮顶油罐；当设计的油罐容积小于10000m3时，采用拱顶油罐。随着储油罐体积的增大，油罐单位体积耗钢量降低，占用的土地资源减少，因此在地质条件允许的情况下优先选用大容量储罐，且油罐数量不宜小于3个。根据计算结果，此次设计选用的储油罐的容积都大于10000m3，所以采用金属罐体的浮顶油罐来储存油品。4.8站内阀门的选择阀门的作用是在流体系统中，控制流体的流动方向、流体的压力大小和流量的大小，通过阀门可以倒换不同的工艺流程，使用阀门可以保证管道的安全运行[17]，在发生事故时及时切断必要的阀门，对于事故的处理及其重要，可减小事故带来的损失。管道上常用的阀门有截止阀、安全阀、调节阀、减压阀等。阀门连接方式有两种：法兰连接、焊接连接。输油管道用阀门的使用寿命必须长，如果总是更换，会影响油品的输送过程。应在阀门额定承压下使用，以保护阀门不受损坏。使用前一定要检查阀门的密封性，确保在运输过程中没有泄漏。阀门选型必须操作简单，易于安装和拆卸。考虑到设计规范和阀门的用途，输油站内选用的阀门如下：（1）储油罐上各处的阀门均选用闸阀；（2）泵机组的入口选择闸阀；为防止泵出口处管线压力过大而发生危险，在输油泵的出口管线上要设置减压阀；（3）输油泵的出口采用闸阀；（4）输油站的出站处设置调节阀阀组，调节压力、流量等重要参数；（5）清管器收发球与站间相连的管线使用球阀阀门；（6）输油管道主干线上设置截断阀，确保发生事故时及时切断，减少损失；（7）压力容器和管道上布置安全阀，保证设备安全运行、保护人身安全。

5.经济性分析比较5.1方案经济比较结果5.1.1基础数据1.计划进度及计算期管道设计年输量为500万吨，管道工程全长324km，整个管道采用微波通信技术，该项目投资的固定资产为129700万元。计划三年之内建成总项目，第一年、第二年、第三年完成进度按20%、50%、30%修建，假设14年的生产期，经济比选按18年计算。2.设计能力：项目设计年输量为500万吨，其余年份生产负荷见下表5.1表5.1逐年生产负荷年123456789101112生产负荷%50608090100100100100908060505.1.2投资估算与资金统筹（1）估算固定的投资根据该设计中所需的工程量，参照《毕业设计经济指标指标》和与项目实际情况相关的行业投资估算指标，计算固定资产投资方案一、二、三分别为132402.9万元、113427.1万元、153456.5万元。基本预备费为项目总成本和其他成本的12%。如果按6%计算施工期的价格上涨率，则方案一、方案二和方案三的价格上涨分别为12467万元、13558万元、16761万元。（2）资金筹措及利息公司设立时，法定资本不得低于国家规定的限额。因此，固定资产投资的30%是项目资本金，70%是银行贷款，4.9%是年利率建设前期年限为1年，管道建设期为2年，建设期内，方案一利息7659万元，方案8757万元，方案三利息10720万元。根据国务院的相关规定，生产第一年的营运资金按年利率的10.98%计算。利息每年计算一次，并计入财务费用。（3）流动资金估算估算总额方案一、方案二、方案三分别为1682万元、1923万元、2353万元，项目总投资为固定资产投资、固定资产投资方向调节税、建设期利息与流动资金之和。方案一：方案二：方案三：5.1.3成本估算与分析（1）基础数据原油单价：2500元/吨工资标准：3650元/人/月电价：0.65元/度员工数：120人职工福利费：占工资总额15%折旧费：综合折旧率7.14%；残值率0%修理费：按照折旧费20%计算利息计算：流动资金借款利息计入财务费用，应计利息正常年份为200万元。（2）经营成本估算