全國大學生油氣儲運工程設計大賽

R油田輸油管道及沿線站場設計

全國大學生油氣儲運工程設計大賽

NationalStorageandTransportationEngineeringDesignCompetition

日期2016年7月20日

全國大學生油氣儲運工程設計大賽組委會制

方案簡介

本作品根據《第一屆全國大學生油氣儲運工程設計大賽賽題及基

礎數據》和相關標準，秉承經濟、高效、節能、環保的設計理念，對R

油田輸油管道工程進行了設計。主要設計內容包括：A?B、B-C段管道

工藝及運行管理，河流穿越方案，沿線站場及閥室工藝，火車裝車方

案，輔助生產及配套工程技術方案以及投資估算等內容。

輸油管道設計方面：采用加熱輸送工藝，從技術經濟角度優選管

徑，通過逆向推算得到設計壓力及布站情況，通過考慮油水乳化狀態

提高了水力計算的準確性。使用商業軟件對其進行了模擬及優化，并

編制相應程序輔助計算。

河流穿越方案方面：分析了穿越區巖土層可鉆性，確定并設計了

水平定向鉆（HDD）管道穿越河流施工方案，并進行了管道強度校核

和施工風險評價。

沿線站場及閥室方面：設計了原油脫水及污水深度處理工藝，確

定了沿線各站場及閥室的分布，并對其進行了設計。

火車裝車方案方面：對裝車站進行了詳細設計，從可靠性的角度

采用了“雙管、雙泵、雙用單鶴管”的裝車工藝；針對來油量衰減較快

特點，從經濟的角度對裝車操作的運行與管理進行了優化，制定了高

效益、低成本的火車裝車方案。

此外，本文還對整體輸油管道工程的防腐、自控、消防、HSE管

理、輔助生產及公用工程等進行了設計.

設計中使用了OLGA，PIPESIM等商業軟件對各種工況下的管道

進行了模擬，并且基于VB平臺編制了相應軟件輔助計算，校核了整

體方案的可行性和可靠性，完成了管道及站場工藝的優化，提高了方

案的經濟性。

本設計充分借鑒了國內外原油輸送及裝車的成熟技術，優化了管

道及站場的工藝流程及運行方案，選用了高效設備，降低了投資及運

行維護費用，具有一定的工程應用價值。

目錄

第1章總論.............1

1.1工程概況.................................................1

1.2編制依據.................................................2

1.3編制原則.................................................2

1.4設計范圍.................................................2

1.5國家級地方有關法律、法規.................................2

1.6國家、地方、行業、企業的技術標準和規范...................3

第2章R油田輸油管道設計基礎........................................6

2.1工程概況.................................................6

2.2設計基礎資料.............................................6

2.2.1基礎數據............................................6

2.2.2原油物性...........................................7

2.2.3設計環境............................................8

2.23.1土壤條件......................................8

2.23.2鐵路依托條件..................................8

223.3氣象條件.....................................8

第3章輸油管道工藝設計..............................................9

3.1輸送工藝.................................................9

3.2設計參數................................................10

3.2.1管道設計參數.......................................10

設計輸量......................................10

3.2.1.2設計壓力.....................................10

3.2.1.3管徑優選.....................................11

3.2.1.4鋼管類型選擇.................................11

3.2.1.5管道縱斷面圖.................................11

3.2.1.6管道埋深參數.................................12

I

3.2.1.7管道防腐層....................................12

3.2.2原油物性...........................................13

油品密度.....................................13

3.2.2.2油品粘度.....................................13

3.2.2.3原油乳化.....................................15

3.2.1熱力設計參數.......................................16

加熱站出站油溫...............................16

3.3.1.2加熱站進站油溫...............................16

3.3.1.3管道周圍介質溫度To16

3.3.1.4管道保溫層設計...............................16

3.3A-B段工藝設計...........................................17

3.3.1設計輸量下的設計方案...............................17

332最低輸量下的設計方案...............................19

3.3.3設計壓力及管道壁厚.................................21

3.3.4經濟性分析........................................24

3.3.5適應性分析.........................................26

3.4B?C段工藝設計..........................................28

3.4.1設計輸量下的設計方案...............................28

3.4.2最低輸量下的設計方案...............................32

3.4.3設計壓力及管道壁厚.................................34

3.4.4經濟性分析........................................37

3.4.5適應性分析.........................................44

3.4.5.1冬季運行方案.................................44

3.452夏季運行方案.................................44

3.5設備選型................................................46

3.5.1泵機組選型.........................................46

3.5.2原動機選型.........................................48

3.5.3加熱爐選型........................................48

3.6管道強度校核............................................49

II

3.6.1進出站壓力校核.....................................49

3.6.3靜水壓力校核.......................................49

3.6.4動水壓力校核......................................49

3.8設計成果................................................49

第4章穿越河流設計方案.............................................51

4.1遵循的主要標準、規范....................................51

4.1.1法律法規...........................................51

4.1.2標準規范...........................................51

4.2穿越河流方式比選........................................51

4.3水平定向鉆穿越設計......................................52

4.3.1HDD可鉆性評價....................................52

穿越場地地層巖性結構.........................52

穿越場地土的物理力學性質指標.................53

穿越區域巖土層可鉆性評價.....................55

施工條件評價.................................55

地下障礙物評價...............................55

4.3.2HDD穿越曲線設計.................................56

4.3.3HDD設備選型......................................58

鉆機選型.....................................58

433.2鉆具選型......................................59

4.3.4場地布置..........................................61

4.3.5穿越段管道設計.....................................62

穿越段管道壁厚設計...........................62

穿越段管道防腐與防護.........................63

435.3穿越段管道熱力校核...........................63

4.3.6穿越管道應力校核...................................63

管道回拖工況應力校核.........................63

43.6.2管道試壓工況應力校核........................66

4.3,6.3管道運行工況應力校核.........................66

III

43.6.4管道徑向屈曲失穩校核.........................67

4.3.7套管結構設計.......................................68

套管最大夯入長度計算.........................68

4.372套管壁厚選取.................................69

437.3套管強度驗算.................................69

4.3.7.4套管穩定性驗算.............................71

4.4穿越施工方案............................................72

4.4.1施工工藝流程.......................................72

4.4.2施工技術措施.......................................72

施工準備.....................................72

泥漿配制.....................................74

4.4.23鉆導向孔.....................................75

4.4.24預擴孑LT藝...................................76

4A2.5管道回拖......................................77

管道焊接檢驗和試壓...........................77

4.5對水文地質和環境的影響..................................78

4.5.1對地貌的影響.......................................78

4.5.2對河床結構的影響..................................78

4.5.3對生物的影響.......................................78

4.5.4施工過程對環境的影響..............................78

4.6消防、安全..............................................79

4.6.1設計采取的安全及消防措施...........................79

4.6.2施工中的主要安全措施...............................79

4.7施工風險及應對措施......................................80

4.7.1穿越風險分析.......................................80

4.7.2施工應急史置預案...................................81

導向施工應急預案.............................81

4.722擴孔過程中發生卡鉆、抱鉆、斷鉆的應急預案......81

管線回拖中卡死的應急預案......................82

IV

冒漿應急預案.................................82

塌孔的處理預案...............................82

4.8主要工程量及投資估算.....................................83

第5章輸油管道的流動保障............................................84

5.1管道運行管理............................................84

5.1.1熱力冬季運行方案...................................84

5.1.2熱力夏季運行方案...................................85

5.1.3水力運行方案.......................................85

5.2清管....................................................86

5.2.1清管的作用.........................................86

5.2.2清管器選攔.........................................86

5.3停輸再啟動..............................................86

5.3.1停輸后的管內溫降...................................87

5.3.2管內原油溫度場.....................................87

5.3.3停輸再啟動過程.....................................88

第6章沿線站場...........89

6.1站場設置................................................89

6.2站場工藝................................................89

6.3A聯合站................................................89

6.3.1聯合站工藝.........................................90

6.3.2聯合站主要工程量...................................90

6.4B外輸首站..............................................90

6.4.1進站計量...........................................91

6.4.2加熱工藝..........................................91

6.4.3脫水工藝..........................................91

6.4.4污水處理..........................................93

6.4.4儲油工藝..........................................95

6.4.5外輸工藝...........................................95

6.4.6B外輸首站工藝流程................................96

v

6.4.7主要工藝設計參數...................................98

6.4.8平面布置說明.......................................98

6.4.9首站主要工程量....................................100

6.5中間輸油站.............................................100

6.6線路閥室...............................................101

6.7C裝車站...............................................102

6.8沿線站場及閥室分布總結.................................102

第7章裝車站設計..................................................103

7.1裝車站總體設計.........................................103

7.1.1裝車站功能........................................103

7.1.2裝車站工藝流程設計................................103

7.1.3裝車站分區........................................103

7.1.4裝車站總平面布置..................................104

總平面布置原則...............................104

總平面布置..................................104

站內道路....................................105

圍墻........................................105

綠化........................................106

7.2儲油區設計.............................................106

7.2.1儲油區容量確定....................................106

周轉系數法..................................106

儲存天數法..................................107

庫容確定方法對比優選........................108

7.2.2儲油罐數量確定....................................108

7.2.3儲油容量等級......................................108

7.2.4油罐類型選擇......................................109

7.2.5儲罐強度設計......................................110

罐壁厚度計算.................................110

浮頂計算....................................111

VI

7.2.6油罐加熱與保溫....................................113

原油儲存溫度.................................113

7.2.6.2油罐加熱方式................................114

7.2.63油罐加熱器選用.............................114

7.2.6.4油罐保溫....................................116

7.2.7油罐防腐..........................................116

防腐部位.....................................116

7.2.7.2防腐涂層結構及材料..........................117

7.2.73陰極保護...................................117

7.3鐵路裝車設計............................................117

7.3.1鐵路裝車工藝......................................118

7.3.2鐵路油罐車設計....................................118

7.3.3鐵路專用線設計....................................120

7.3.3.1鐵路裝卸線布置形式.........................120

7.33.2裝卸線的有效長度............................120

73.4鐵路裝油設施設計..................................121

7.3.4.1鐵路裝油鶴管選用...........................121

73.4.2鶴管數量確定................................122

73.4.3鶴管與集油管的連接..........................122

734.4集油管與鶴管的連接.........................123

7.3.4.5棧橋設計...................................124

7.4裝車方案設計...........................................124

7.4.1方案設計出發點....................................125

7.4.2不同方案所需裝油設施..............................125

7.4.3不同方案每年裝車次數..............................126

7.4.4方案對比優選......................................126

7.5站內管道設計...........................................127

7.5.1管道作用..........................................127

7.5.2管道分類..........................................128

VII

7.5.3常用的管道工藝流程................................128

7.5.4管道工藝流程對比優選..............................129

7.5.5管道保溫層設計....................................129

7.5.6管道強度設計......................................130

站內管道管徑計算............................130

7.5.6.2站內管道壁厚計算............................131

7.5.63站內管道強度校核...........................131

7.5.7管路水力計算......................................133

7.5.8管道敷設與防腐....................................135

7.6發油泵站設計............................................135

7.6.1泵站形式..........................................135

7.6.2泵站工藝流程......................................136

7.6.3泵的選用..........................................137

油泵選型.....................................137

7.632油泵數量....................................138

7.6.3.3原動機選擇................................138

7.63.4電動機功率計算..............................139

7.63.5油泵基本參數................................139

7.63.6油泵規格參數................................141

7.6.4油泵站布置........................................141

7.7站內污水處理...........................................142

7.7.1污水來源..........................................142

7.7.2含油污水史理......................................142

7.7.3生活污水史理......................................142

7.8油品計量...............................................143

7.8.1液面高度的人工測量................................143

7.8.2液面高度的自動測量................................143

常用測量液位計..............................143

7.S.2.2液位計的選用.................................145

VIII

第8章輔助生產系統及配套工程......................................146

8.1通信...................................................146

8.2供配電.................................................146

8.3建筑結構...............................................147

8.4供熱與暖通.............................................148

8.5自動化控制..............................................148

8.5.1自動化控制系統....................................148

8.5.2儲油區工業自動化系統..............................149

8.6防火防爆...............................................152

8.6.1火災和爆炸原因....................................153

8.6.2防火防爆措施......................................153

8.7站場消防...............................................154

R.7.I滅火原理與方法....................................154

8.7.2滅火方法及設備....................................155

8.7.3消防給水..........................................157

8.8防雷...................................................158

8.9防靜電.................................................158

8.10防雜散電流............................................162

8.11穿越施工安全..........................................163

8.11.1設計采取的安全及消防措施.........................163

8.11.2施工中的主要安全措施.............................163

8.12管道水工保護..........................................163

8.12.1沖刷防護.........................................164

8.12.2坡面防護.........................................164

8.12.3支擋防護.........................................164

8.13管道標志..............................................165

第9章HSE風險管理................................................166

9.1長輸管道HSE管理.......................................166

9.1.1長輸管道危害性因素分析............................166

IX

9.1.2管道系統安全防護對策..............................166

9.2站場HSE管理...........................................168

9.2.1站場危害怛因素分析................................168

9.2.2站場安全防護對策..................................168

9.3HSE管理體系建設與運行.................................170

9.3.1HSE體系建設......................................170

9.3.2HSE體系實施......................................170

9.4應急保障體系...........................................171

9.4.1突發事件分類與分級................................171

9.4.2應急工作原則......................................172

第10章投資成本估算...............................................173

10.1長輸管道工程投資.......................................173

10.2站場投資..............................................173

10.3方案工程總投資........................................174

參考文獻175

附錄.....................177

附錄A管道水力摩阻計算...................................177

附錄B不同管道鋼級投資表.................................178

附錄C河流穿越施工圖.....................................179

附圖1....................................................................................................179

附圖2....................................................................................................180

附錄D自編程序VisualBasic程序代碼........................181

附錄E穿越軌跡設計程序代碼................................189

x

第1章總論

第1章總論

1.1工程概況

R油田開發是將井場原油通過集輸管道匯集至位于區塊南部的A聯合站，通

過外輸管道170km外輸管道將原油輸送至裝車站。輸油干線起點是A聯合站，途

經B外輸首站，終點是C裝車站，該站原油經火車裝車外運給用戶。距離A聯合

站40km處有一條河流，擬建輸油管道穿越該河流進入B外輸首站，穿越河道長

度為1000m左右。河床相對比較平坦，河岸兩側地勢相對較高。

裝車站位于外輸首站正北方向，距離外輸首站84km,原油通過管道輸送至裝

車站，裝車站所在區域地勢平坦，位于鐵路編組東側8km處。各站相對位置如圖

1.1所示。

鐵力第絹站O/IlC裝車站

8km

84kn

B外Itt站

河流穿越

40IUB

A聯合站

第1章總論

圖1.1各站相對位置示意圖

2

第1章總論

1.2編制依據

方案編制依據包括：

(1)管道站場設計與規劃相關規范及標準。

(2)《第一屆全國大學生油氣儲運工程設計大賽方案基礎數據》。

(3)《第一屆全國大學生油氣儲運工程設計大賽方案編制要求》。

1.3編制原則

(I)遵守國家及本行業的有關法規和政策，嚴格執行國家及行業的有關方針、

政策、標準、規范和法規。

(2)貫徹“安全、可靠、成熟、實用、效益、節能、環?！钡闹笇枷?，以提高

經濟效益為中心，采用各種有效措施，優化總體布局。

(3)根據研究區塊的地理位置及環境特點，針對原油物性參數，整體設計，分

布實施，考慮適當預留，建設規模、設備能力和布局上具有靈活性和適應性；

(4)在確保安全生產的前提下，盡量簡化工藝流程并做到工藝合理、安全、經

濟、高效運行。

(5)充分考慮環境保護、節約能源、職業安全衛生和污染源的控制，必須符合

安全、環保、節能降耗等有關規范要求，確保萬無一失。

(6)重視環境保護，采取有效措施防止環境污染。

(7)以提高經濟效益為中心，采取各種有效措施，優化總體布局，簡化工藝，

提高整體設計水平和綜合經濟效益。

1.4設計范圍

長輸管道工程設計，包括管道工藝及管道運行與管理設計。

穿跨越工程設計，包括穿越曲線設計和施工方案設計。

站場設計，包括工藝流程設計、油水處理方案設計、工藝設備規格參數設計、站

內管道水力熱力計算及強度校核、鐵路裝車方案設計。

輔助生產系統及配套工程設計，包括自控系統、消防、防火防爆、防雷防靜

電、防雜散電流、數字化建設，

1.5國家級地方有關法律、法規

《中華人民共和國安全生產法》中華人民共和國主席令第70號

《中華人民共和國消防法》中華人民共和國主席令第4號

《中華人民共和國環境保護法》中華人民共和國主席令第22號

《中華人民共和國突發事件應對法》中華人民共和國主席令第69號

3

第1章總論

《危險化學品泄漏安全管理條例》中華人民共和國國務院令第344號

《危險化學品泄漏事件應急救援預案編制導則》國家安全生產監督管理局安

監管司函字［2003J4號

AQ2012-2007《石油天然氣安全規程》

《關于全面加強應急管理工作的意見》

《特種設備安全監察條例》

SY/T6524-2002《石油工業作業場所勞動防護用具配備要求》

《中華人民共和國石汕天然氣管道保護法》

AQ/T9002-006《生產經營單位安全生產事故應急預案編制導則》

1.6國家、地方、行業、企業的技術標準和規范

《石油和化工工程設計工作手冊》第二冊《油田地面工程設計》

《石油和化工工程設計工作手冊》第四冊《輸油管道工程設計》

《石油和化工工程設計工作手冊》第六冊《油氣儲庫工程設計》

GB18218-2000《重大危險源辨識》

GB50253-2015《輸油管道工程設計規范》

SY/T0004-98《油田油氣集輸設計規范》

SY7513-88《出礦原油技術條件》

SY0007-99《鋼制管道及儲罐防腐蝕工程設計規范》

SYJ18-86《鋼質管道硬質聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層標準》

SY0027-94《稠油集輸及注蒸汽系統設計規范》

SY/T0533《清管設備設計技術規定》

SY5737《原油管道輸送安全規定》

APISpec5L《管道鋼管規范》

ANSIB31.4-2002《液態燒和其他液體輸送管道系統》

GB50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》

GB/T17766-1999《固體礦產資源/儲量分類》

GB50350-2005《油氣集輸設計規范》

SY0009-93《石油工程地面設計文件編制規程》

SH3022-1999《石油化工設備和管道涂料防腐蝕技術規范》

SYT0003-2003《石油天然氣工程制圖標準》

SY6320-2008《陸上油氣田油氣集輸安全規程》

GB50316-2000《工業金屬管道設計規范》

GB50424-2007《油氣輸送管道穿越工程施工規范》

4

第1章總論

GB50369-2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》

SYT6968-2013《油氣輸送管道工程水平定向鉆穿越設計規范》

4thEdition-2015《DCATechnicalGuidelines》

JB/T10764-2007《無損檢測常壓金屬儲罐聲發射檢測及評價方法》

GB-T21448-2008《埋地鋼制管道陰極保護技術規范》

GBT50698-2011《埋地鋼剃管道交流干擾防護技術標準》

GB50054-95《低壓配電裝置及線路設計規范》

GB50217-2007《電力工程電纜設計規范》

GB50061-2010《66kV及以下架空電力線路設計觀范》

GB50019-2003《采暖通風與空氣調節設計規范》

GB50264-97《工業設備及管道絕熱工程設計規范》

GB50016-2006

《建筑設計防火規范》

GB150-2001

《鋼制壓力容器》

GB50341-2003

《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》

GB16297-1996

《大氣污染物綜合排放標準》

HG/T20505-2000

HG/T20507-2(X)0《過程測量與控制儀表的功能標志及圖形符號》

HG/T20509-2000《自動化儀表選型設計規定》

HG/T20511-2(X)0《儀表供電設計規定》

GB50160-2008《信號報警、安全聯鎖系統設計規定》

GB50074-2002《石油化工企業防火設計規范》

GB50016-2006《石油庫設計規范》

SH1T3013-2000《建筑設計防火規范》

SH/T30232005

《石油化_L廠區豎向布置設計規范》

GB/T8163-2008

《石油化工廠內道路設計規范》

GB/T9711.1

《輸送流體用無縫鋼管》

GB50351-2005

《石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件第1部分》

SH3005-1999

《儲罐區防火堤設計規范》

SH/T3081-2003

《石油化工自動化儀表選型設計規范》

SH/T3082-2003

SH/T3019-2003《石油化工儀表接地設計規范》

GB50058-92《石油化工儀表供電設計規范》

GB50341-2003《石油化工儀表配管配線設計規范》

GB50128-2005《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》

《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》

《立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規范》

5

第1章總論

GB5.393-2008《鋼制石油儲罐防腐蝕工程技術規范》

SH3022-1999《石油化工設備和管道涂料防腐蝕技術規范》

SY0007-1999《鋼制管道及儲罐腐蝕控制工程設計規范》

SY/T0319-1998《鋼制儲罐液體環氧涂料內防腐層技術標準》

CNCIA/TOOO1-2006《石油貯罐導靜電防腐蝕涂料涂裝與驗收規范》

GB8923-2008《涂覆涂料前鋼材表面處理》

GB50013-2006《室外給水設計規范》

GB50014-2006《室外排水設計規范》

GB50151-92《低倍數泡沫滅火系統設計規范》

GB50140-2005《建筑滅火器配置設計規范》

GB50052-2009《供配電系統設計規范》

GB50057-94《建筑物防雷設計規范》

GBS0011-2001《建構抗震設計規范》

GB50223-2008《建筑工程抗震設防分類標準》

SH/T3068-2007《石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規范

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第2章R油田輸油管道設計基礎

第2章R油田輸油管道設計基礎

2.1工程概況

R油田投入開發，初期原油通過汽車外運。為了滿足油田開發上產需要，降

低汽車拉油成本，需進行原油外輸管道及火車裝車方案設計。

輸油干線起點是A聯合站，途經B外輸首站，終點是C裝車站，該站原油

經火車裝車外運給用戶。距離A聯合站40km處有一條河流，擬建輸油管道穿越

該河流進入B外輸首站，穿越河道長度為1000m左右。河床相對比較平坦，河

岸兩側地勢相對較高。

2.2設計基礎資料

2.2.1基礎數據

外輸管道長度如表2.1所示。

表2.1R油田輸油管道基礎數據

管線起點管線線占長度(km)

A聯合站B外輸首站86.0

B外輸首站C裝車站84.0

該區塊2016?2025年原油產量如下表所示:

表2.2A聯合站所轄區域產量預測

時間

201620