输油管道毕业设计

西安石油大学本科毕业设计(论文)11绪论长输管道设计是对油气储运专业本科毕业生综合素质和能力的一次重要培养与锻炼，也是对其专业知识学习的一次综合考验。本设计主要内容包括：由经济流速确定经济管径，确定所使用管材，由最小输量确定其热站数，最大输量确定其泵站数，并计算各个输量下的运行参数等等，最后还有经济计算，各年的输油费用等等，以及用内部收益率评价其项目可行性。此设计管材采用φ60×10,20号钢管；采用加热密闭式输送流程，先炉后泵的工艺，充分利用设备，全线输油主泵和给油泵均采用并联方式，加热炉采用直接加热的方法。设计主要内容包括：确定经济管径、站址确定、调整及工况校核、设备选型、反输计算、站内工艺流程设计和开炉开泵方案；绘制首站及中间热泵法学到的东西，使自己不但系统了学习了以前的知识，还有了对管输设计更深刻的理解。由于自己水平有限，虽然已尽力，但难免存在疏漏和错误之处，站的工艺流程图、泵房安装图、管道的纵断面图。此外还进行了一定量的外文翻译。在本次设计中，我本人自己学到了许多平常课堂没有学到的知识，希望老师多批评、指正。西安石油大学本科毕业设计(论文)22工艺设计说明书2.1工程概况2.1.1线路基本概况本设计依据荆南管线实际情况，由工建情况，结合人文地理环境等方面通过综合分析确定线路走向。管线全长350km，海拔最低处为28m，最高处90m，整条管线位于平原地区，全线最高点距外输首站约107.68公里。管线设计为密闭输送，能够长期连续稳定运行，输送油品手外界环境恶劣气候的影响小，无噪音，油气损耗少，且对环境污染小，能耗少，运费较低。2.1.2输油站主要工程项目本管线设计年输量为1500万吨／年，综合考虑沿线的地理情况，贯彻节约占地、保护环境和相关法律法规，本着尽量避免将站址布置在海拔较高地区和远离城市的人口稀少地区，以方便职工生活，并本着“热泵合一”的原则，兼顾平原地区的均匀布站方针，采用方案如下：设立热泵站四座，即首站和三座中间站，均匀布站。本次设计中管道采用可减少蒸发损耗，流程简单，固定资产投资少，可全部利用剩余压力便于最优运行的密闭输送方式，并采用“先炉后泵”的工艺方案。选用直接加热式加热炉。鉴于传统的采用加热盘管对罐内油品进行加热的方法存在种种弊端，本次设计将热油循环工艺也包括在内，即部分油品往热油泵和加热炉后进罐，而且设有专用泵和专用炉，同时该泵和炉还可分别作为给油泵的备用泵和来油的加热炉，充分体现了一泵两用，一炉两用的方针。2.1.3管道设计本设计中选择的管道为外径φ660，壁厚10.0mm，管材为20号钢的管道。由于输量较大，且沿线地温较高，故从经济上分析，本管道不采用保温层。2.2基本参数的选取2.2.1设计依据《吐鄯输油管道初步设计》任务书中国石油大学储运教研室《输油管道工程设计规范》GB50253—2003《石油库设计规范》GBJ74《工程管道安装手册》中国石化出版社《输油管道设计与管理》中国石油大学出版社其它有关法规及技术文件2.2.2设计原则西安石油大学本科毕业设计(论文)3(1)设计中贯彻国家有关政策，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量；(2)保护环境，降低能耗，节约土地；处理好与铁路、公路、空运、水路间的相互关系，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗；(3)积极采用先进技术、合理吸取国内外新的科技成果。管线线路选择应根据沿线的气象、水文、地形、地质、地震等自然条件和交通、电力、水利、工矿企业、城市建设等的现状与发展规划，在施工便利和运行安全的前提下，通过综合分析和技术比较确定；(4)采用地下埋设方式。受自然条件的限制时，局部地段可采用土堤埋设或地上敷设。(5)充分利用地形条件，兼顾热力站、泵站的布置，本着“热泵合一”的原则，尽量减少土地占用。2.2.3原始数据(1)最大设计输量为1500万吨/年；生产期生产负荷（各年输量与最大输量的比率）见下表2-1。表2-1生产期生产负荷表(2)年最低月平均温度3C；(3)管道中心埋深1.5m；(4)土壤导热系数1.4w/(mC)；(5)沥青防腐层导热系数0.15w/（mC)；(6)原油物性①20℃的密度870kg/m3；②初馏点80℃；③反常点29℃；④凝固点25℃；⑤比热2.1kJ/(kgC)；⑥燃油热值4.18×104kJ/kg。(7)粘温关系:35～43℃lgμ=2.86924-0.026477137T43～65℃lgμ=2.594060-0.02004657T(8)沿程里程、高程（管道全程350km）数据见表2-2表2-2管道纵断面数据年1234567891011121314生产负荷（%）608090100100100100100100100100908060西安石油大学本科毕业设计(论文)42.2.4温度参数的选择(1)出站油温RT考虑到原油中不可避免的含水，故加热温度不宜高于100℃，以防止发生沸溢。由于本设计采取先炉后泵的方式，则加热温度不应高于初馏点，以免影响泵的吸入。另外，管道采用沥青防腐绝缘层，其输油温度不能超过沥青的耐热程度。而且，考虑到管道的热变形等因素，加热温度也不宜太高。综上考虑，初步确定出站温度TR=60℃。(2)进站油温ZT加热站进站油温的确定主要取决于经济比较。对于凝点较高的含蜡原油，由于在凝点附近粘温曲线很陡，故其经济进站温度常略高于凝固点。由于含蜡原油的粘温特性及凝点都会随热处理条件不同而不同，故应考虑最优热处理条件及经济比较来选择进出站温度。综合考虑，借鉴经验数据，初步设计进站温度Tz=35℃。(3)平均温度当管路的流态在紊流光滑区时，可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。计算平均温度可采用下式：ZRpjTTT3231(2-1)式中:pjT—平均油温，℃；RT、ZT—加热站的出站、进站温度，℃。2.3其他参数的选择2.3.1工作日年工作天数350天。2.3.2油品密度根据20℃时油品的密度按下式换算成计算温度下的密度：）（2020tt(2-2)式中20,t—分别为温度为t℃和20℃下的密度；里程（km）045.9107.68152.89203.1291.07323.85397.67443.07高程（km）285090403028465288西安石油大学本科毕业设计(论文)5ζ—温度系数，201.8250.001315；2.3.3粘温方程㏒μ=2.362-0.0153T(2-3)2.3.4总传热系数K管道传热由：(1)管壁、沥青防腐层的热传导(2)管外壁周围土壤的传热(1)1121111ln2iiiwDKDDDD(2-4)22ttww22h2h[()1]DDtwD(2-5)式中:Di，Di+1—钢管、沥青防腐层的内径和外径，m；λi—导热系数，w/(mC)；Dw—管道最外围的直径，m；α1—油流至管内壁的放热系数，w/（m2C)；α2—管壁至土壤放热系数，w/（m2C)；λt—土壤导热系数，w/(mC)；ht—管中心埋深，1.5m。2.3.5摩阻计算当管路的流态在紊流光滑区时，可按平均温度下的油流粘度来计算站间摩阻。管道设计参数：(1)热站、泵站间压头损失15m；(2)热泵站内压头损失30m；(3)年输送天数为350天；(4)首站进站压力80m。2.3.6最优管径的选择在规定输量下，若选用较大的管径，可降低输送压力，减少泵站数，从而减少了泵站的建设费用，降低了输油的动力消耗，但同时也增加了管路的建设费用。根据目前国内加热输油管道的实际经验，热油管道的经济流速在1.5～2.0m/s范围内。经过计算，最终选定为外管径26英寸，壁厚10.0mm。2.4工艺计算说明2.4.1概述西安石油大学本科毕业设计(论文)6对于高含蜡及易凝易粘油品的管道输送，如果直接在环境温度下输送，则油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻损失大，导致了管道压降大，动力费用高，运行不经济，且在冬季极易凝管，发生事故，所以在油品进入管道前必须采取降凝降粘措施。目前国内外很多采用加入降凝剂或给油品加热的办法，使油品温度升高，粘度降低，从而达到输送目的。本管线设计采用加热的办法，降低油品的粘度，减少摩阻损失，从而减少管道压降，节约动力消耗，但也增加了热能消耗以及加热设备的费用。热油管道不同于等温输送，它存在摩阻损失和热能损失两种能量损失，而且这两种损失相互影响，摩阻损失的大小决定了油品的粘度，而粘度大小又取决于输送温度的高低，管子的散热损失往往占能量损失的主导地位。热油沿管路流动时，温度不断降低，粘度不断增大，水力坡降也不断变化。计算热油管道的摩阻时，必须考虑管路沿线的温降情况及油品的粘温特性。因此设计管路时，必须先进行热力计算，然后进行水力计算，此外，热油管的摩阻损失应按一个加热站间距来计算。全线摩阻为各站间摩阻和。2.5确定加热站及泵站数2.5.1热力计算埋地不保温管线的散热传递过程是由三部分组成的，即油流至管壁的放热，沥青绝缘层的热传导和管外壁至周围土壤的传热，由于本设计中所输介质的要求不高，而且管径和输量较大，油流到管壁的温降比较小，故管壁到油流的散热可以忽略不计。而总传热系数主要取决于管外壁至土壤的放热系数2，1值在紊流状态下对传热系数k值的影响可忽略。计算中周围介质的温度0T取最冷月土壤的平均温度，以加权平均温度作为油品的物性计算温度。由于设计流量较大，据经验，将进站温度取为Tz=30℃，出站温度取为TR=60℃。在最小输量下求得加热站数。(1)流态判断:dvQ4Re(2-6)18759.7Re(2-7)2ed(2-8)式中:Q—流量，m3/sν—运动粘度d—内径，m；e—管内壁绝对粗糙度，m。西安石油大学本科毕业设计(论文)7经计算3000﹤Remin﹤Remax﹤Re1，所以各流量下流态均处于水力光滑区(2)加热站数确定由最小输量进行热力计算确定加热站数加热站间距LR的确定LR=a1㏑bTTbTTZR00(2-9)式中:a=GCDK,b=CaGi，T0—管道埋深处年最低月平均地温，取3℃；G—原油的质量流量，㎏/s；C—油品比热，kJ/（kg‧℃）；i—水力坡降。加热站数NR=Rll经计算，需要设4个加热站。2.5.2水力计算最大输量下求泵站数，首先反算出站油温，经过计算，确定出站油温为40℃。由粘温关系得出粘度等数据，为以后计算打好基础。为了便于计算和校核，本设计中将局部摩阻归入一个加热站的站内摩阻，而忽略了站外管道的局部摩阻损失。(1)确定出站油温不能忽略摩擦热的影响，用迭代法计算最大输量下的出站油温TRTR=T0+b+(TZ-T0-b)eal(2-10)i=βmmmdQ52(2-11)式中:β、m—由流态确定，水力光滑区：m=0.25，β=0.0246；Q—体积流量，m3/s。(2)管道沿程摩阻H总=iL+△Z+∑hj(2-12)式中:△Z—起终点高差，m；∑hj—局部压头损失，m(3)判断有无翻越点经判断，全程无翻越点。西安石油大学本科毕业设计(论文)8(4)泵的选型及泵站数的确定因为流量较大，沿线地势较平坦，且从经济角度考虑并联效率高，便于自动控制优化运行，所以选用串联方式泵。选型并根据设计任务书中的已知条件，20×20×19HSBH=322-6.9824×10-5Q1.75计算管道承压确定站内泵的个数：管道承压P=DKls2PHg确定站内泵的个数:ncHH确定泵站书:Np=)(1mcsthHnhhH总(2-13)经计算，需要设4个泵站2.5.3站址确定根据地形的实际情况，本着热泵合一的原则，进行站址的调整。确定站址，除根据工艺设计要求外，还需按照地形、地址、文化、气象、给水、排水、供电和交通运输等条件，并结合施工、生产、环境保护，以及职工生活等方面综合考虑，当热站数和泵站数合一后，既要考虑满足最大输量下压能的要求，又要考虑最小输量下的热能要求，应满足：(1)进站油温为35℃；(2)根据进站油温反算出的出站油温应低于管道允许的最高