某热油管道工艺设计课-程设计

重庆科技学院《油气管道输送技术》课程设计报告学院:_石油与天然气工程学院_专业班级:油储学生姓名:学号:设计地点〔单位〕_______________设计题目:_某热油管道工艺计算_____________________完成日期：年月日指导教师评语:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成绩〔五级记分制〕:________________指导教师〔签字〕:________________目录1总论11.1设计依据及准那么11.1.1设计依据11.1.2设计准那么11.2总体技术水平12设计参数22.1工程概况22.2管道设计参数22.3原油的性质22.4设计输量22.5其他参数23根底工艺计算33.1采用的输送方式33.2管道规格33.2.1平均温度33.2.2油品密度3流量计算33.2.4油品黏度43.2.5管道内径43.2.6管道壁厚和外径5验证经济流速63.3热力计算73.3.1确定流态73.3.2总传热系数73.3.3原油比热容93.3.4加热站布站9水力计算113.4设备的选用12泵及原动机的选用123.4.2加热设备选型133.5站场布置133.6判断翻越点154结论16参考文献171总论1.1设计依据及准那么设计依据〔1〕国家的相关标准、行业的有关标准、标准。〔2〕其他相似管道的设计经验。〔3〕设计任务书。设计准那么〔1〕严格遵循先行国家、行业有关标准及标准。〔2〕采用先进、可靠的新工艺、新技术、新设备、新材料，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。1.2总体技术水平设计采用高压长距离全密闭加热输送工艺，整体工艺到达国内较为先进的工艺设计水平。2设计参数2.1工程概况某油田初期产量油240万吨/年，五年后原油产量到达365万吨/年，方案将原油输送到289km外的炼油厂，需要设计一条输油管道，采用密闭输送方式。里程和高程见表2.1，地温资料见表2.2。表2.1里程和高程表里程，km073147179220289高程，m220270120227160260表2.2管道经过地区的地温月份123456789101112地温℃5689111315181310872.2管道设计参数输送压力6.5MPa,末站剩余压头70m，局部摩阻为沿程摩阻的1.2%计，粘温指数0.038，进站温度控制在36℃。最高输送温度68℃2.3原油的性质原油性质见表2.3。表2.3某原油性质含蜡量，%沥青质，%密度，kg/m3初馏点，℃凝固点，℃粘度，50℃36.875.78852.86929.58.22.4设计输量油田初期产量油240万吨/年，五年后原油产量到达365万吨/年2.5其他参数保温层采用黄夹克，厚度40mm。土壤导热系数1.15W/〔m﹒℃〕，埋地深度1.7m。3根底工艺计算3.1采用的输送方式本设计采用密闭加热输送。密闭输送即“从泵到泵”输送，在这种工艺中，中间输油站不设供缓冲用的旁接油罐，上游来油直接进泵。其特点是：整条管线构成一个统一的密闭水力系统，可充分利用上站余压，节省能量，还可以消除中间站的轻质油蒸发损耗，但对自动化程度和全线集中监测要求较高。我国生产的原油大局部为高凝点、高粘度和高含蜡原油，因此，需要加热输送，降低油品粘度，减少管路摩擦阻力损失。3.2管道规格为满足管道二期运行要求，所以计算管径时依据二期输量计算管径。平均温度加热站油流的平均温度，用加权平均法计算。〔3.1〕式中——加热站的起点，终点温度，℃。假设℃，℃，将数据代入式〔3.1〕得：℃油品密度当温度在0～50℃的范围内，原油不同温度下的密度由式〔3.2〕计算：〔3.2〕式中——为℃时油品的相对密度；——温度为20℃时油品的相对密度；——油品的温度体积校正系数，1/℃。相对密度在0.8500~0.8599，取0.000699。液体受压后体积变化很小，通常压力对液体油品的密度影响可以忽略。只有在几十兆帕的极高压力下才考虑。Kg/m3代入式〔3.2〕得：流量计算以任务书给定的最大输量作为工艺计算依据，考虑到管道维修及事故等因素，计算时年输油时间应按350天〔8400h〕计算。〔3.3〕式中G——年任务质量输量，；Q——体积流量，；——油品平均温度的密度，。将kg/m3代入式(3.3)得：m3/s将一期流量G=240代入式〔3.3〕得：m3/s油品黏度〔3.4〕50℃时，油品的相对密度由式〔3.2〕计算：将，代入式〔3.4〕，得：m2/s不同温度下油品粘度由式〔3.5〕油品粘温指数公式计算：〔3.5〕式中——温度为时油品的运动黏度，m2/s；——黏温指数，1/℃。将m2/s，代入式〔3.5〕中可得46℃下的平均粘度。m2/s管道内径管道内径可按式〔3.6〕计算：〔3.6〕式中Q——体积流量，；——经济流速，。经济流速取值范围是1~2m/s之间。假设=1.6m/s。将m3/s，假设经济流速m/s代入式〔3.6〕得：管道壁厚和外径按照我国《输油管道工程设计标准》〔GB50253-2003〕中规定，输油管道直管段的设计公式如下：〔3.7〕式中——壁厚，m；P——管线设计的工作压力，；D——管线外径，m；——输油管道的许用应力，。输油管道的许用应力按式〔3.8〕计算。〔3.8〕式中——焊缝系数，见表3.1；——钢管的最低屈服强度，按表3.1的规定取值。K——强度设计系数；输送C5及C5以上的液体管道除穿跨越管段按国家现行标准《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计标准》〔SY/T0015〕的规定取值外，输油站外一般地段取0.72。表3.1钢管的最低屈服强度和焊缝系数钢管标准名称钢号或钢级最低屈服强度〔MPa〕焊缝系数备注《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-1999Q295295〔>16mm为285〕1.0为钢管的公称壁厚Q345295〔>16mm为315〕20245〔>16mm为235〕《石油天然气工业输送钢管交货条件第1局部：A级钢管》GB/T9711.1-1997L175(A25)175(172)1.0B级钢管的质量和试验要求高于A级钢管L210(A)210(207)L245(B)245(241)L290(X42)290(289)L320(X46)320(317)L360(X52)360(358)L390(X56)390(386)L415(X60)415(413)L450(X65)450(448)L485(X70)485(482)L555(X80)555(551)《石油天然气工业输送钢管交货条件第2局部：B级钢管》GB/T9711.2-1999L245NBL245MB245～440*1.0L290NBL290MB290～440*L360NBL360QBL360MB360～510*L415NBL415QBL415MB415～565*L450QBL450MB450～570*L485QBL485MB485～605*L555QBL555MB555～675*选用最低屈服强度为的Q345钢。将，代入式〔3.8〕中得：由计算内径339mm，选取管径为的无缝钢管。计算壁厚是否符合要求，将，，代入式〔3.7〕得：管子壁厚符合压力要求，所以选取管子为的无缝钢管。验证经济流速根据选择管道，内径：将d=337mm，Q=0.1446m3/s代入式〔3.6〕得：+经济流速满足在1~2m/s之间，所以选择的管道符合要求。3.3热力计算确定流态〔3.9〕〔3.10〕式中——雷诺数；——临界雷诺数；——管壁的绝对粗糙度，《输油管道设计标准》推荐了e的取值，无缝钢管取0.06mm。由于，所以油品在管道的流态是紊流水力光滑区。总传热系数保温材料选取硬质聚氨酯泡沫塑料，其多为闭孔结构，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。第一层低合金钢管管壁，16Mn是低合金高强度结构钢，是一个旧的牌号，旧的国标号是GB/T1591-1988。在新国标GB/T1591-1994中，16Mn对应的是Q345，它的热导系数为56。第二层为黄夹克保温层，其厚度为40mm，导热系数为0.035。材料。第三层为沥青防腐层，按SY/T0420-97《埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准》可查防腐层结构如表3.3，其导热系数为0.15，选用加强级，防腐层厚度取为6mm。表3.3石油沥青防腐层结构防腐等级普通级加强级特加强级防腐层总厚度≥4≥5.5≥7防腐层结构三油三布四油四布五油五布防腐层数1底漆一层底漆一层底漆一层2石油沥青厚≥1.5mm石油沥青厚≥1.5mm石油沥青厚≥1.5mm3玻璃布一层玻璃布一层玻璃布一层4石油沥青厚1.0～1.5mm石油沥青厚1.0～1.5mm石油沥青厚1.0～1.5mm5玻璃布一层玻璃布一层玻璃布一层6石油沥青厚1.0～1.5mm石油沥青厚1.0～1.5mm石油沥青厚1.0～1.5mm7外保护层玻璃布一层玻璃布一层8石油沥青厚1.0～1.5mm石油沥青厚1.0～1.5mm9外保护层玻璃布一层10石油沥青厚1.0～1.5mm11外保护层〔1〕当量长度的总传热系数〔3.11〕〔2〕总传热系数〔3.12〕式中d——管内径，m；——第i层的外径，m；——第i层的内径，m；——第i层〔钢管层、保温层、防腐绝缘层〕的导热系数，；——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。〔3.13〕式中——土壤导热系数，；——管中心埋深，m；——最外层的管外径，m。将，，代入式〔3.13〕中得：=1.89将，，，，，代入式〔3.11〕中得：=0.7538根据，代入式〔3.12〕得：W/(m2·℃)原油比热容比热容用来表示物质间的吸热或放热能力，原油比热容的数值随原油温度升高而增大，可由式〔3.14〕计算。〔3.14〕式中——15时原油的相对密度；c——比热容，KJ/(Kg·℃)；T——原油温度，℃。由式〔3.2〕可计算，得：将℃，代入式〔3.14〕原油的比热容为：KJ/(Kg·℃)加热站布站质量流量为：〔3.15〕式中——原油质量流量，；——原油输量，；——管道全年运行时间，一年工作日为350天。将，代入式〔3.15〕中得：确定加热站的进、出口温度，即站间管段的起、终点温度和后，可按冬季月平均最低温度及全线的K值估算加热站间距，〔3.16〕热油管全长289公里，加热站数n，(3.17)式中n——加热站数，个；L——输油管道总长，m；——加热站间距，m。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。在以上根底上可求出每个加热站的热负荷：〔3.18〕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。将kg/s，J/(Kg·℃)，，℃，℃W/(m2·℃)，m，=5代入式〔3.16〕、〔3.17〕、〔3.18〕得：=213.5km个那么向上取2个加热站由于热站的热负荷太大，为了保证热站不承受过大的负荷，所以取n=3个。那么热站站间距由式〔3.17〕计算，代入L=289Km，n=3，得：Km出站温度为:〔3.19〕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；——管道周围的自然温度，。将℃，℃，W/(m2·℃)，，，kg/s，J/(Kg·℃)代入式〔3.19〕得：=54.1℃因为54.1℃﹤68℃，所以出站温度合理。一个加热站的热负荷为：3.3.5水力计算将℃，℃代入式〔3.1〕中得：℃将，，℃代入式〔3.5〕中得：m2/s两个加热站站间的摩阻为：〔3.20〕全线总摩阻为：〔3.21〕全线所需总压头为：〔3.22〕式中——沿线总摩阻，m；——加热站间距的摩阻，m；——首站进口压头，m；——末站剩余压头，m；H——全线所需要的总压头，m。，m3/s,m2/s，，，，，代入式〔3.20〕，〔3.21〕，〔3.22〕中得：两热站间摩阻：全线所需总压头为：3.4设备的选用泵及原动机的选用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称为泵。选择泵机组的主要原那么有：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殊要求。流量计算：选泵时应采用适当的平安系数，一般取正常流量的1.05～1.10倍。那么由公式〔3.2〕可计算42.03℃下原油的相对密度，那么输送压力要求6.5MPa换算为油柱为：换算为水柱为：那么依照Q=359.1，H=663.3进行选泵，该设计选用泵型为DY型卧式多级离心输油泵。DY型多级离心油泵，具有高效节能、性能范围广、低噪音、运行可靠的优点可输送石油和石油产品，介质温度在-20℃～150℃。选择型号为DY360-95*7，输送常温水时的性能为额定扬程637m液柱〔760.7m油柱〕，额定流量360，转速为1480r/min，轴功率893.2KW，效率73%，汽蚀量4.5m，叶轮直径534mm。配带电动机型号Y25003-4，电动机功率为1000kw。每个泵站选用2台，其中一台为备用。泵出口压力为：〔3.23〕式中P——泵所能够提供的压力，Pa；——油品的密度，；H——泵所提供的扬程，m。kg/m3,m代入式〔3.23〕中得：输送压力满足平安压力6.5MPa，故所选择的泵符合要求。加热设备选型加热设备选用目前油田应用较多的管式加热炉，它是在炉内设有管排或盘管，热量通过管壁传给管内被加热介质而使温度升高的加热炉，是一种直接火焰加热设备，具有单台热负荷大、升温快加热温度高等特点，在油田和长输管道中间加热站获得广泛应用。但由于使用时的结焦问题，所以应慎重选用。结合加热站的最大符合，选用型号为HDLPGW4000-SY/6.3-Y(Q)的管式炉，其功率为4000KW,热效率为90%，燃料可采用原油、柴油、天然气。3.5站场布置泵站数为：〔3.24〕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。将，，代入式〔3.24〕中得：n个向上取整，取n=2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、轮换小、调小泵的转速等措施或者将泵站后移。采用平均法布站，其站间距为：〔3.25〕式中——泵站站间距，m；L——管线总长，m。将，代入式〔3.25〕中得：取泵站内压头损失为，使中间站不再用辅助增压泵和防止输油泵发生气蚀，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，并要考虑今后留有调节余地，故泵站进口压力控制在30～80m范围内。〔1〕当首站与第二站站间距取144.5km,对应高程为Z=125m，那么第二站进口压力为：〔3.26〕〔3.27〕式中——首站进口压力，m;——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。将m，，m，，，，代入〔3.26〕、〔3.27〕中得：由于其进口剩余压头远大于80m，故不符合要求，重新选泵，并将第二个泵站后移设在147Km处。所需泵扬程为：故首站选DY450-60*7的泵，额定扬程为408.6m水柱，额定流量为450，在流量为360时，扬程为430.7m水柱〔514.33m油柱〕，转速1480r/min，轴功率605.4KW，效率69.8%，汽蚀量3m，叶轮直径430mm。配原动机为Y450-4功率为800KW。均一备一用。此时第二站进口压力为：进口压头大于30m且小于80m符合要求。〔2〕终点剩余压头为：大于要求的末站剩余70m，所以满足要求。因此，第二站选择DY360-95*7型扬程为m的泵。泵站设在居首站147Km处。全线泵站布置完毕。3.6判断翻越点沿线有两处高点，即在73K