某热油管道工艺设计课程设计

目录TOC\o"1-3"\h\u295291总论1294041.1设计依据151931.2设计原那么1102581.3总体技术水平1155442设计参数297842.1管道设计参数2279192.2原油物性2249482.3其它参数2288593工程概况3266074工艺计算450994.2管道规格46435平均温度429735油品密度420613流量计算410973油品粘度526224管道内径518707壁厚516771管道外径65594验证经济流速6173574.3热力计算619775雷诺系数631355总传热系数719395原油比热容727626加热站布站812967水力计算932582计算摩阻10132044.4泵的选型1046374.5站场布置11262004.6校核动静压力1213200翻越点判断124.6.2动水压力校核12250544.6.3静水压力校核12312394.7最小输量13229155设计结果1420375参考文献151总论1.1设计依据〔1〕国家的相关标准、行业的有关标准、标准；〔2〕相似管道的设计经〔3〕设计任务书。1.2设计原那么〔1〕严格执行现行国家、行业的有关标准、标准。〔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，保证工程工程的高水平、高效益，确保管道平安可靠，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内各区块开展紧密结合。〔4〕在保证管线通信可靠的根底上，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。1.3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到达有人监护、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迫断球阀，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迫断球阀。〔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设计参数某油田初期产量油300万吨/年，五年后原油产量到达550万吨/年，方案将原油输送到440km外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。设计要求：〔1〕确定二期〔550万吨/年〕条件下，泵站数及热站数；〔2〕二期热站、泵站的布置；〔3〕静水压以及动水压校核；〔4〕最小输量。2.1管道设计参数表2-1管道经过地区的地温月份123456789101112地温℃3467891112111086输送压力6.5MPa，最高输送压力8.0MPa。末站剩余压头80m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计。进站温度控制在38℃。保温层采用黄夹克，厚度45mm。土壤导热系数1.0W/〔m﹒℃〕，埋地深度1.0m。最高输送温度70℃，最低输送温度36℃。2.2原油物性表2-2某原油性质含蜡量，%沥青质，%密度，kg/m3初馏点，℃凝固点，℃粘度，50℃，mPa.s38.874.8848.17532.512.920℃相对密度0.854，50℃粘度8.5mPa.s，粘温指数0.037。2.3其它参数保温层采用黄夹克，厚度45mm。土壤导热系数1.0W/〔m﹒℃〕，埋地深度1.0m。3工程概况需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。五年后原油产量到达550万吨/年，方案将原油输送到440km外的炼油厂。表3-1里程和高程表里程，km060126150180237347380440高程，m220270120227160280210250230管道走向纵断面图，见图3-2图3-2管道走向纵断面图4工艺计算4.1采用的输送方式密闭输送也叫“从泵到泵”输送，这种输油工艺中，中间输油站不设供暖冲用的旁接油罐，上站来油全部直接进泵。其特点是：整条管道构成一个统一的密闭的水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以根本中间站的轻质油蒸发损耗；但对自动化程度和全线集中监控要求较高；存在水击问题，需要全线的水击监测与保护。长距离输油管道的离心泵大都采用“从泵到泵”的方式。现代的管线均为密闭输送方式，如我国近些年建成的铁大线、东黄复线等。所以本设计的输送方法为密闭输送方式。4.2管道规格的热油管道年输量为550万吨。平均温度〔4.1〕式中：——加热站的起点，℃。——终点温度，℃。油品密度〔4.2〕式中——温度t℃及20℃时的油品密度，；——温度系数。0.70199=834流量计算〔4.3〕式中G——年任务质量输量，；Q——体积流量，；——油品平均温度的密度，；0.218油品粘度〔4.4〕式中——运动粘度；——平均温度，℃。=管道内径〔4.5〕式中Q——体积流量，；——经济流速，。经济流速取值范围是1～2之间。假设=2.0m/s。0.373m壁厚(4.6)式中P——管线设计的工作压力，MpaD——管线内径，mm——焊缝系数：无缝钢管=1直缝管和螺旋焊缝钢管=1螺旋埋弧焊钢管=0.9——刚性屈服极限，Mpa(查表4-1)，取X70，=482表4-1钢管材质优质碳素钢碳素钢A3F低合金钢16MnAPIS-SL1020X52X60X65X70，Mpa205245235353358413448482F——设计系数〔查表4-2〕表4-2工作环境管线 野外地区居住区，油气田站内部、穿跨越铁路公路小河渠〔常年枯水面宽≤20m〕输油管线0.720.60输气管线0.600.50C——腐蚀余量，根据所输介质腐蚀性大小取值，当所输油、气中不含腐蚀性物质时C=0,当所输油、气中含腐蚀性物质时C=0.5～1.0mm4.30管道外径(4.7)式中d——管道内径，mm；——管道壁厚，mm。381.6mm表4.3管径规格DN外径mm壁厚mm重量Kg/m壁厚mm重量Kg/m壁厚mm重量Kg/m3503779.089.6912.0108.0115.0133.904004269.092.5510.0102.5913.0132.40根据上表4.3，选择公称直径为400，外径为426mm，壁厚为9.0mm。验证经济流速根据选择管道，内径:验证得：经济流速满足在12之间，所以，选择的管道符合4.3热力计算雷诺系数==66731因为66731大于3000，所以成紊流状态。管道中的实际流速为：=1.91总传热系数选取黄夹克作为保温材料，第一层APIS-SL，X70的热导系数。第二层保温层的导热系数为。保温材料厚度为45mm。传热系数〔4.8〕总传热系数式中d——管内径，m；——第i层的外径，m；——第i层的内径，m；——最外层的管外径，m；D——管径，m。假设，D取外径；假设，D取算数平均值；假设，D取内径油流至管内壁的放热系数，在紊流情况下比层流时大得多，通常情况下大都大于.因此在紊流情况下，对总传热系数的影响很小，可忽略不计，而在层留情况下就必须计入。管最外层至周围介质的放热系数:〔4.9〕式中——土壤导热系数，；——管中心埋深，m；——最外层的管外径，m。1.7在紊流情况下，α1对总传热系数影响很小，可忽略不计。同理由公式可以算出：，K=1.53.140.4=1.9原油比热容原油和石油产品的比热容通常在1.6～2.5KJ/(Kg.℃)之间。时原油的相对密度为：〔4.10〕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，==0.8575原油的比热容为：〔4.11〕式中——15时原油的相对密度；——比热容，；T——原油温度，。2.0加热站布站质量流量为：〔4.12〕式中1——原油质量流量，；——原油输量，；t——管道全年运行时间，一年工作日为350天。181.88确定出加热站的出、进口温度，即站间管段的起、终点温度和，任务书设计要求进站温度控制在38,出站温度假设为70，可按冬季月平均最低温度及全线的K值估算加热站间距，〔4.13〕热油管全场440公里，加热站数n，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。在以上根底上课求出每个加热站的热负荷：〔4.14〕式中——加热炉的效率，%；c——原油的比热容，J/(kg.℃)；G——原油质量流量，kg/s；Q——加热站的热负荷，J/s。管道周围的自然温度:7.92=106km14550KJ/s〔4.15〕式中：n——加热站数，个；L——输油管道总长，m；LR——加热站间距，m；出站温度为:〔4.16〕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，；因为68.0﹤70，所以出站温度的假设是合理的。水力计算时原油的密度为：故平均温度下的运动粘度为：(4.17)式中——温度为平均温度、时油品的运动黏度，；U——黏温指数，。计算摩阻一个加热站间的摩阻为：〔4.18〕总摩阻为：〔4.19〕全线所需总压头为：〔4.20〕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。4.4泵的选型得平均温度下的密度为：=834kg/m3泵所产生的压力为：〔4.21〕式中:P——泵所能够提供的压力，Pa；ρ——油品的密度，kg/m3；H——泵所提供的扬程，m；管道的输送压力6.5MPa，最高输送压力为8.0MPa。预选泵250YS150×2，扬程为274水柱，流量为600m3/h得：2.1MPa6.5MPa2台泵串联时，22.1=4.2MPa由此得知，根据一期原油任务输量，在Y型离心油泵综合特性曲线型谱中选择型号为250YS150×2的油泵串联可以满足要求。假设扬程过大可撤除一个叶轮，使扬程降低，满足管道的输送压力。为了是泵站能够正常运行，还要选一台备用。4.5站场布置泵站数为：〔4.22〕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。得：4.15个因为需要向上取整，所以取n=5个采用平均法布站，其站间距为：(4.23)式中——泵站站间距，m；L——管线总长，m；求水力坡降由公式得:0.008取泵站内压头损失为，泵站进口压力控制在30～80m范围内。〔1〕取首站与第二站的站间距为60km，对应高程为Z=270m时进口压力为：〔4.24〕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。得：=600-1.012=49m〔2〕取首站与第三站的站间距为140km，Z=200m进口压力得：56m符合要求，故第三站布置在距离首站140km处。〔3〕取首站与第四站的站间220km，对应高程为Z=200m时，进口压力为：=74m〔4〕取第五站与首站的站间距为280km，对应高程为Z=240m，那么进口压力为：计算得末站进口压力为70m与设计要求的末站剩余压头80m相差不大，所以泵机组符合要求。故全线泵站布置完毕。4.6校核动静压力翻越点判断那么有翻越点存在，反之不存在。0.008440+10=3530在60km处，0.00860+〔270-220〕=530m(2)在140km处，0.008140+〔200-270〕=1070m(3)在220km处，0.008220+〔200-200〕=1760m(4)在280km处，0.008280+〔240-200〕=2280m以上所得均小于H,故不存在翻越点，泵站布置适宜4.6.2动水压力校核动水压力的校核。(4.25)最大动水压力为：(4.26)式中:——高程为i点处的动水压头，m；H——泵站输出的压头，m；X——泵站与低点处的距离，m；Zx，Z1——低点处、泵站的高程，m；P——动水压力，Pa。动水压力为：845m那么最大动水压力为：小于8故动水压力校核符合要求。4.6.3静水压力校核静水压力的校核：(4.27)式中P——静水压力，Pa；——沿线的最大高程差，m。得：故静水压力校核符合要求。4.7最小输量管道的最小输量：(4.28)式中:——管道最小输量，kg/s；