1、重慶科技學(xué)院管道輸送工藝課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院: 石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí): 油氣儲(chǔ)運(yùn)升-13 學(xué)生姓名: 嚴(yán)小林 學(xué) 號(hào): 2015520427 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位） 石油與安全大樓k802 設(shè)計(jì)題目： 某熱油管道工藝設(shè)計(jì) 完成日期： 2017 年 1 月 6 日指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ): _ 成績(jī)（五級(jí)記分制）: 指導(dǎo)教師（簽字） : 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 目錄 目 錄1 總論31.1設(shè)計(jì)依據(jù)及原則31.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)31.1.2 設(shè)計(jì)原則31.2總體技術(shù)水平32 設(shè)計(jì)參數(shù)32.1 管道設(shè)計(jì)參數(shù)22.2 原油物性22.3 設(shè)計(jì)輸量22.4 其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)22.5工程概況23工藝計(jì)算53.1

2、采用的輸送方式53.2管道規(guī)格53.2.1平均溫度53.2.2油品密度53.2.3流量計(jì)算63.2.4油品粘度63.2.5管道內(nèi)徑63.2.6壁厚63.2.7管道外徑73.2.8驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)流速83.3熱力計(jì)算83.3.1雷諾系數(shù)83.3.2總傳熱系數(shù)83.3.3原油比熱容91重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 目錄3.3.4加熱站布站103.3.5水力計(jì)算123.3.6計(jì)算摩阻123.4選用泵的型號(hào)123.4.1 原動(dòng)機(jī)的選型133.4.2加熱設(shè)備選型133.5站場(chǎng)布置133.6校核動(dòng)靜壓力153.6.1判斷翻越點(diǎn)153.6.2動(dòng)水壓力校核163.6.3靜水壓力校核163.7最小輸量164 設(shè)計(jì)結(jié)果19

3、參考文獻(xiàn)20重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 摘要摘 要易凝、高黏油品當(dāng)其凝點(diǎn)高于管道周?chē)h(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下油流黏度很高，不能直接輸送，必須采用措施降黏、降凝。加熱輸送是目前最常用的的方法，即將原油加熱、加壓后進(jìn)入管道，通過(guò)提高原油輸送溫度使油品黏度降低，減少管路摩阻損失，使管內(nèi)最低油溫維持在凝點(diǎn)以上，保證安全輸送，本設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)要求并以及相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別對(duì)輸油管線所采用輸送方式，管道規(guī)格及選材，加熱設(shè)備的選型，泵機(jī)組的選型及泵站、熱站的布置位置進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行校驗(yàn)。關(guān)鍵詞：熱油 管道 輸送 工藝設(shè)計(jì)重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 1 總論1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及原則1.1.

4、1 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；（2）相似管道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；（3）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。1.1.2 設(shè)計(jì)原則（1）嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。（2） 采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，建立新的管理體制，保證工程項(xiàng)目的高水平、高效益，確保管道安全可靠，長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。（3）節(jié)約用地，不占或少占良田，合理布站，站線結(jié)合。站場(chǎng)的布置要與油區(qū)內(nèi)各區(qū)塊發(fā)展緊密結(jié)合。（4） 在保證管線通信可靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低工程投資。提高自控水平，實(shí)現(xiàn)主要安全性保護(hù)設(shè)施遠(yuǎn)程操作。（5）以經(jīng)濟(jì)效益為中心，充分合理利用資金，減少風(fēng)險(xiǎn)投資，力爭(zhēng)節(jié)約基建投資，提高經(jīng)

5、濟(jì)效益。1.2 總體技術(shù)水平采用高壓長(zhǎng)距離全密閉輸送工藝，整體工藝達(dá)到國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)水平2 設(shè)計(jì)參數(shù)2.1 管道設(shè)計(jì)參數(shù)最大運(yùn)行壓力6.5mpa，末站剩余壓頭70m，局部摩阻為沿程摩阻的1.2%，進(jìn)站溫度控制在33，最高輸送溫度70，最低輸送溫度30。2.2 原油物性20相對(duì)密度0.854，50粘度7.1mpa.s，粘溫指數(shù)0.038。2.3 設(shè)計(jì)輸量年輸量為220萬(wàn)噸。2.4 其他有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1) 保溫層(聚氨酯膠泡沫塑料)46mm，土壤導(dǎo)熱系數(shù)1.2 w/(m. )。（2）管道埋地深1.4m；（3）管道埋深處平均地溫：(4)年輸送天數(shù)：350天。2.5工程概況某油田計(jì)劃鋪設(shè)一條2

6、80公里、年輸量為220萬(wàn)噸的熱油管道，管線經(jīng)過(guò)區(qū)域地勢(shì)起伏較大（里程和高程見(jiàn)表）。 表2.1 地溫資料月份123456789101112地溫245788.510118753.5表2.2 高程數(shù)據(jù)里程（km ）0.070.0100.0150.0200.0280.0高程（m ）7508008208107907603工藝計(jì)算3.1 采用的輸送方式密閉輸送也叫“從泵到泵”輸送，這種輸油工藝中，中間輸油站不設(shè)供暖沖用的旁接油罐，上站來(lái)油全部直接進(jìn)泵。其特點(diǎn)是：整條管道構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的密閉的水力系統(tǒng)，可充分利用上站余壓，節(jié)省能量，還可以基本中間站的輕質(zhì)油蒸發(fā)損耗；但對(duì)自動(dòng)化程度和全線集中監(jiān)控要求較高；存在

7、水擊問(wèn)題，需要全線的水擊監(jiān)測(cè)與保護(hù)。長(zhǎng)距離輸油管道的離心泵大都采用“從泵到泵”的方式。現(xiàn)代的管線均為密閉輸送方式，如我國(guó)近些年建成的鐵大線、東黃復(fù)線等。所以本設(shè)計(jì)的輸送方法為加熱密閉輸送方式。3.2管道規(guī)格3.2.1平均溫度 （4.1）式中：加熱站的起點(diǎn)，終點(diǎn)溫度，。3.2.2油品密度 （4.2）式中：溫度t及20時(shí)的油品密度，；溫度系數(shù)。 3.2.3流量計(jì)算式中：g年任務(wù)質(zhì)量輸量，；q體積流量，；油品平均溫度的密度，；3.2.4油品粘度油品黏度計(jì)算公式為： （4.3）式中：運(yùn)動(dòng)粘度； 粘溫指數(shù)；則根據(jù)式4.3代入數(shù)據(jù)有：3.2.5管道內(nèi)徑 （4.4）式中：q體積流量，；經(jīng)濟(jì)流速，。經(jīng)濟(jì)流速取

8、值范圍是12之間。假設(shè)=1.6m/s。3.2.6壁厚 （4.5）式中：p管線設(shè)計(jì)的工作壓力，mpa；d管線內(nèi)徑，mm；焊縫系數(shù)：無(wú)縫鋼管=1 ，其中： 直縫管和螺旋焊縫鋼管=1；螺旋埋弧焊鋼管=0.9。剛性屈服極限，mpa(查表1)； c腐蝕余量，根據(jù)所輸介質(zhì)腐蝕性大小取值，當(dāng)所輸油、氣中不含腐蝕性物質(zhì)時(shí)c=0,當(dāng)所輸油、氣中含腐蝕性物質(zhì)時(shí)c=0.51.0mm；f設(shè)計(jì)系數(shù)（查表2）。 表2.1鋼管材質(zhì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼a3f低合金鋼16mnapis-sl1020x52x60x65x70，mpa205245235353358413448482表 2.2工作環(huán)境管線野外地區(qū)居住區(qū)，油氣田站內(nèi)部、穿跨

9、越鐵路公路小河渠（常年枯水面寬20m）輸油管線0.720.60輸氣管線0.600.503.2.7管道外徑 （4.6）式中：d管道內(nèi)徑，mm；管道壁厚，mm。表3.1dn外徑（mm）壁厚（mm）重量（kg/m）壁厚（mm）重量（kg/m）2002196.031.548.041.632502737.045.929.053.593003258.062.5411.085.18根據(jù)上表選擇公稱直徑為250，外徑為273mm，壁厚為7mm。3.2.8驗(yàn)證經(jīng)濟(jì)流速根據(jù)選擇管道，內(nèi)徑經(jīng)濟(jì)流速滿足在12之間，所以，選擇的管道符合。3.3熱力計(jì)算3.3.1雷諾系數(shù)因?yàn)椋海猿晌闪鳡顟B(tài)。選取硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為

10、保溫材料，第一層低合金鋼管，16mn是低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，是一個(gè)舊的牌號(hào)，舊的國(guó)標(biāo)號(hào)是gb/t 1591-1988。 在現(xiàn)在的新國(guó)標(biāo)gb/t 1591-1994中，16mn對(duì)應(yīng)的是q345，它的熱導(dǎo)系數(shù)：。第二層保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為。保溫材料厚度為4050mm。假設(shè)取厚度為46mm。3.3.2總傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) （4.7）總傳熱系數(shù) （4.8）式中：d管內(nèi)徑，m；第i層的外徑，m；第i層的內(nèi)徑，m；最外層的管外徑，m；d管徑，m。若，d取外徑；若，d取算數(shù)平均值；若，d取內(nèi)徑。油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，在紊流情況下比層流時(shí)大得多，通常情況下大都大于。因此在紊流情況下，對(duì)總傳熱系數(shù)的影響很小，可忽略

11、不計(jì)，而在層留情況下就必須計(jì)入。管最外層至周?chē)橘|(zhì)的放熱系數(shù)。 （4.9）式中：-土壤導(dǎo)熱系數(shù)，；-管中心埋深，m；-最外層的管外徑，m。 =2.7=0.573.3.3原油比熱容原油和石油產(chǎn)品的比熱容通常在1.62.5kj/(kg.)之間。時(shí)原油的相對(duì)密度為： （4.10） 式中：15時(shí)原油的相對(duì)密度； 溫度系數(shù)，； 溫度為20時(shí)的油品密度，原油的比熱容為： （4.11）式中：15時(shí)原油的相對(duì)密度；比熱容，；t原油溫度，。得： c （4.12）3.3.4加熱站布站質(zhì)量流量為： （4.13）確定出加熱站的出、進(jìn)口溫度，即站間管段的起、終點(diǎn)溫度和后，可按冬季月平均最低溫度及全線的k值估算加熱站間距

12、， （4.14）熱油管全場(chǎng)280公里，加熱站數(shù)n， （4.15）在進(jìn)行n的具體計(jì)算時(shí)，需要進(jìn)行化整，必要時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)溫度。在以上基礎(chǔ)上課求出每個(gè)加熱站的熱負(fù)荷： （4.16）式中：加熱爐的效率，%；c原油的比熱容，j/(kg.)；g原油質(zhì)量流量，kg/s；q加熱站的熱負(fù)荷，j/s。管道周?chē)淖匀粶囟龋?； =286kmn=280/286=0.98(個(gè))取n=1個(gè)。6359.57kj/s由于熱站的熱負(fù)荷不小，為了保證熱站不承受過(guò)大的負(fù)荷，所以取n=2個(gè)。則熱站間距為： （4.17） 式中：n加熱站數(shù)，個(gè)； l輸油管道總長(zhǎng)，m； 加熱站間距，m；出站溫度為: （4.18）式中：原油質(zhì)量流量，；加熱

13、站的進(jìn)站溫度，；加熱站的出站溫度，；比熱容，；加熱站間距，m；k管道總傳熱系數(shù)，；管道內(nèi)徑，m；管道周?chē)淖匀粶囟龋?.3.5水力計(jì)算時(shí)原油的密度為：故平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度為： （4.19）式中：-溫度為平均溫度、時(shí)油品的運(yùn)動(dòng)黏度，；u-黏溫指數(shù)，。3.3.6計(jì)算摩阻一個(gè)加熱站間的摩阻為： （4.20）總摩阻為： （4.21）全線所需總壓頭為： （4.22）式中：沿線總摩阻，m；加熱站間距的摩阻，m；h全線所需要的總壓頭，m。3.4選用泵的型號(hào)假設(shè) 選用泵型號(hào)為dg280-55×10，其流量為280，揚(yáng)程為550m,轉(zhuǎn)速為1480r/min，電動(dòng)機(jī)功率為850千瓦，效率為73%。每

14、個(gè)泵站選用兩臺(tái)，其中一臺(tái)為備用泵。平均溫度下的密度為： 泵所產(chǎn)生的壓力為：式中：p泵所能夠提供的壓力，pa；油品的密度，；h泵所提供的揚(yáng)程，m。p故所選擇的泵符合要求。3.4.1 原動(dòng)機(jī)的選型防爆型電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1480r/min，電動(dòng)機(jī)功率為850千瓦，效率為73%。3.4.2加熱設(shè)備選型首站選用換熱器，其他加熱站選用加熱爐，其熱負(fù)荷為1095.6kj/s，效率為80%。3.5站場(chǎng)布置泵站數(shù)為： （4.23）式中：n泵站數(shù)，個(gè)；h全線所需的總壓頭，m；泵所提供的揚(yáng)程，m。得：n(個(gè))向下取整，取n=6（個(gè)）；為了保證任務(wù)輸量不變，可對(duì)泵站中的泵機(jī)組采取減小級(jí)數(shù)等措施。采用平均法布站，其站間距

15、為： （4.24）式中：泵站站間距，m； l管線總長(zhǎng)，m。取泵站內(nèi)壓頭損失為，泵站進(jìn)口壓力控制在3080m范圍內(nèi)。（1）當(dāng)首站與第二站站間距取46.7km,對(duì)應(yīng)高程為z=783.36m時(shí)，其進(jìn)口壓力為： （4.25） （4.26）式中：泵站進(jìn)口的剩余壓頭，m；h泵站所提供的揚(yáng)程，m；i水力坡降；l兩泵站的站間距，m；兩泵站間的高程差，m；泵站內(nèi)壓頭損失，m。得：由于其進(jìn)口剩余壓頭小于30m，故不符合要求，需縮小站間距。（2）取首站與第二站的站間距為35km，z=770，進(jìn)口壓力為：符合要求，故第二站布置在距離首站35km處。（3）取首站與第三站的站間距為75km，z=803進(jìn)口壓力為：符合要求

16、，故第三站布置在距離首站75km處。（4）取首站與第四站的站間距為115km，對(duì)應(yīng)高程為z=817m時(shí)，由公式（6-4）得進(jìn)口壓力為：符合要求，故第四站布置在距離首站115km處。(5）取首站與第五站的站間距為175km，z=800，進(jìn)口壓力為：符合要求，故第五站布置在距離首站175km處。（6）取首站與第六站的站間距為220km，z=771.25進(jìn)口壓力為：符合要求，故第六站布置在距離首站220km處。（7）取首站與第七站的站間距為255km，對(duì)應(yīng)高程為z=776.875m時(shí)，由公式（6-4）得進(jìn)口壓力為：符合要求，故第七站布置在距離首站255km處。末站進(jìn)口壓力為：410>70，所以

17、泵機(jī)組不符合要求。為了減小其壓頭，改用小揚(yáng)程的泵，需要的揚(yáng)程為：（8）其流量為180，揚(yáng)程為150m，配帶電動(dòng)機(jī)功率為30kw，轉(zhuǎn)速為2950r/min，效率76%。選用兩臺(tái)，一臺(tái)備用。終點(diǎn)剩余壓頭為：符合要求，故全線泵站布置完畢。3.6校核動(dòng)靜壓力3.6.1判斷翻越點(diǎn) 則有翻越點(diǎn)存在，反之不存在。在35km處， 在75km處， 在115km處， 在175km處， 在220km處， 在255km處， 以上所得均小于h,故不存在翻越點(diǎn)，泵站布置合適。3.6.2動(dòng)水壓力校核動(dòng)水壓力的校核。 （4.27） 最大動(dòng)水壓力為： （4.28） 式中：高程為i點(diǎn)處的動(dòng)水壓頭，m；h泵站輸出的壓頭，m；x泵站

18、與低點(diǎn)處的距離，m；，z1低點(diǎn)處、泵站的高程，m；p動(dòng)水壓力，pa。動(dòng)水壓力為： 故動(dòng)水壓力校核符合要求。3.6.3靜水壓力校核靜水壓力的校核： （4.29）式中：p靜水壓力，pa；沿線的最大高程差，m。得： 故靜水壓力校核符合要求。3.7最小輸量管道的最小輸量： （4.30）式中：管道最小輸量，kg/s；k總傳熱系數(shù)，；d管道外徑，m；l加熱站間距，m；c原油比熱容，； 管道周?chē)淖匀粶囟龋患訜嵴镜淖畹瓦M(jìn)站溫度，。加熱站的最高出站溫度，；可得：19重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)結(jié)果4 設(shè)計(jì)結(jié)果 表4.1 管道設(shè)計(jì)結(jié)果管材公稱直徑外 徑（mm）壁 厚（mm）低合金鋼16mn2502737表4.2 泵設(shè)計(jì)結(jié)果型號(hào)臺(tái)數(shù)(臺(tái))流量()揚(yáng)程（m）轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)效率(%)功率（kw）dy280-55×106180150148076300表4.3 熱站設(shè)計(jì)結(jié)果熱站數(shù)站間距（km）進(jìn)站溫度（）出站溫度（）熱負(fù)荷（kj/s）效率214033586359.5780%表4.4 熱站布置設(shè)計(jì)結(jié)果熱站1熱站2