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1、中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 勝利管道工藝初步設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號：02122625 專業(yè)班級：油氣儲運(yùn)工程 02-6班 指導(dǎo)教師： 2006年6月20日 2 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 本管線設(shè)計全長245.8公里，海拔高度在5到114米之間，所經(jīng)地段地勢較為平緩，因而不存在翻越點(diǎn)。 管道內(nèi)徑根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速來確定，最后選定管型為φ7118, 管材為，設(shè)計內(nèi)壓力MP。 本設(shè)計全線均采用從“泵到泵”的密閉輸送方式，加熱方式為直接加熱。

2、設(shè)計輸量為1700萬噸／年，為了滿足輸量要求，以熱泵合一為原則，并考慮到多方面的因素，全線共采用了三座熱泵站來為輸油提供能量，各站站內(nèi)均采用先爐后泵的方式運(yùn)行?？紤]到優(yōu)化組合,每站均由三臺141419CMSD.D型大泵和一臺小泵組成，其中一臺大泵為備用泵。加熱爐均采用圓筒型加熱爐，各站內(nèi)加熱爐臺數(shù)隨需要情況而定。 確定熱泵站站址的過程中綜合考慮了沿線的地理情況和環(huán)境保護(hù)，職工生活方便情況等各方面的因素，布站如下：首站選在0公里處，2#站布置在80公里處，3#站布置在160公里處。 在滿足各種條件的情況下，工藝流程盡可能的簡單，并且輸油工藝盡可能地體現(xiàn)可靠的先進(jìn)技術(shù)，減少能耗。 首站的工藝

3、流程包括：正輸、反輸、倒罐、熱油循環(huán)、清管球的收發(fā)等操作；中間站工藝流程有：正輸、反輸、壓力越站、熱力越站、清管球的收發(fā)等操作。 關(guān)鍵詞: 管型；輸量；熱泵站；站址；工藝流程 ABSTRACT All of this pipeline designs grow 245.8 kilometers, the elevation height is between 5-114 meters, the district of the pipeline through is slow, as a result there is no turning over point.

4、 The inside diameter of the pipeline basis on the economical speed of flow，F(xiàn)inally the designated type isφ7118，the tube type is L390, the designed press MP. This entire line designed uses from "pumps to pumps" and the way of the airtight transfer, the heating way is the direct heating. The desig

5、ned quantity of the transport is1700ton every year, In order to satisfied the requestion of the quantity of the transport,gathering the heat and the pump one as the principle,And considers to the various factors, The entire line altogether used three hot pumping stations to provide the energy for t

6、he oil transfer, in each station uses the movement way which the pump is first. Considers to the optimum composition, every station has three 141419 CMSD.D pumps and a small pump, among the pumps a big one is used for the relay pump. The heating furnace uses the cylinder heating furnace,Each station

7、 internal heating stove top number along with needs the situation but to decide.according to the need of the station to decide the number of the heating stove in every station. in the process of Determining the site of the hot pumping station has synthesizly considered the route geography situation

8、 and the environmental protection, the convenience situation of the staff lives and so on, the arrangement of the stations is as followed: the first station elects in 0 kilometers, 2# station in 80 kilometers, 3# station in 160 kilometers. In the situation of satisfing each kind of condition,the te

9、chnical process should be as far as possible simple,And the oil transfered craft manifests the reliable advanced technology as far as possible,and reduce the energy consumption. The head station technical process includes:right transmit, opposite transmit, tank switching, hot oil circulation, pipe

10、pig receiving and dispatching;The intermediate station technical process includes:right transmit, opposite transmit, the pressure turning over, the thermal energy turning over, pipe pig receiving and dispatching. Keyword: tube type;transmit output;hot pump station; technical process 中國石油大學(xué)（華

11、東）本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 第一章 工藝設(shè)計說明書1 1．工程概況1 2．基本參數(shù)的選取2 3．最優(yōu)管徑的選擇5 4．工藝計算說明6 5、校核計算說明8 6、工藝流程10 7、設(shè)備選取10 第二章 工藝設(shè)計計算書12 1．確定經(jīng)濟(jì)管徑12 2．熱力計算及熱站數(shù)確定13 3．水力計算及泵站數(shù)確定20 4．熱越校核26 5．壓力越站校核30 6．熱力越站校核41 7．全越站校核44 8．反輸計算50 9．加熱爐的選取51 10.儲油罐的選取54 第三章 結(jié)論56致謝57 參考文獻(xiàn)58

12、 10 第一章 工藝設(shè)計說明書 1. 工程概況 1.1 線路基本情況簡介 本設(shè)計管線全長245.8公里，海拔最低5米，最高處114米，整條管線位于平原地區(qū)，全線最高點(diǎn)距外輸首站約218公里，全線采用密閉輸送的方式輸送，能夠長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，且受外界惡劣氣候的影響小，無噪音，油氣損耗少，對環(huán)境污染小。 1.2 輸油站基本情況簡介 輸油站站址的確定根據(jù)本管道工程線路走向及工藝設(shè)計的要求，綜合考慮沿線的地理情況，本著盡量避免將站址布置在海拔較高地區(qū)和遠(yuǎn)離城市的人口稀少地區(qū)，以方便職工生活，并本著“熱泵合一”的原則，兼顧平原地區(qū)的均勻布站方針，采用方案如下：設(shè)立

13、熱泵站三座，即首站和兩座中間站，另設(shè)末站一座，基本上均勻布站。 各個輸油站為了安全經(jīng)濟(jì)輸送，站內(nèi)部均以先爐后泵的方式運(yùn)行，每站采用圓筒形加熱爐對油品進(jìn)行直接加熱；同時各站為了滿足輸送要求和考慮到泵機(jī)組的優(yōu)化組合，都設(shè)有三臺141419CMSD.D型大泵和一臺小泵，可根據(jù)具體情況選用不同組合；由于管線沿途所經(jīng)位平原地區(qū)，且由于串聯(lián)泵效率較高，調(diào)節(jié)方便且不存在超載的問題，因而各站均采用串聯(lián)泵的運(yùn)行方式。 本設(shè)計中采用了水擊超壓保護(hù)，為防止水擊影響，在各出口處設(shè)立了彈簧封閉微啟式安全閥來卸壓。 鑒于傳統(tǒng)的采用加熱盤管對罐內(nèi)油品進(jìn)行加熱的方法存在種種弊端，本次設(shè)計將熱油循環(huán)工藝也包括在內(nèi)，即部分

14、油品往熱油泵和加熱爐后進(jìn)罐，而且設(shè)有專用泵和專用爐，同時該泵和爐還可分別作為給油泵的備用泵和來油的加熱爐，充分體現(xiàn)了一泵兩用，一爐兩用的方針。 1.3 管道概況 本設(shè)計中根據(jù)需要，選擇外徑φ711，內(nèi)徑695.0mm,壁厚8.0mm，管材為L390的管道。管線的允許承壓達(dá)到6.319MP。由于輸量較大，且沿線地溫較高，故從經(jīng)濟(jì)上分析，本管道不采用保溫層,只需加一層厚7mm的瀝青防腐層即可。 2. 基本參數(shù)的選取 2.1 設(shè)計依據(jù) 本設(shè)計主要依據(jù)中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中華人民共和國建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》GB50253-2003等有關(guān)設(shè)計規(guī)范

15、進(jìn)行的。 設(shè)計原則為： （1） 以國家設(shè)計規(guī)范為中心原則，選擇最優(yōu)的工藝方案。 （2） 采取熱泵合一的原則。 （3） 設(shè)計中盡量以節(jié)能降耗為目的，并充分利用管線的承壓能力。 （4） 充分利用地形，盡量少占耕地。 2.2 原始數(shù)據(jù) 2.2.1 設(shè)計輸量 年設(shè)計輸量為1700萬噸／年。 2.1.2 油品物性 （1）基本參數(shù) 密度ρkg/m 凝點(diǎn) ℃ 反常點(diǎn)℃ 石蠟 ％ 瀝青質(zhì)％ 膠質(zhì) ％ 906.4 25 34 13.9 0.42 9.48 （2）原油流變參數(shù): ℃, ℃T34℃ 33℃， 32℃， 31℃， 　 30℃，

16、　　 28℃，　　 （3）沿線地形高程 距離km 0 40 80 133 164 181 205 高程m 5.4 8.6 24.5 80.7 31 12 38 210 218 220 223 226 246 79 114 114 30 7 5 （4）設(shè)備 1） 離心泵 2） 加熱爐：2000，3000，4000，6000，8000kw 3） 管材及管子 4） 閥門：閘閥，球閥，調(diào)節(jié)閥門 （5）其他 1） 環(huán)境溫度：最高月平均地溫23℃，最低月平均地溫6℃。 2） 土壤參數(shù)：亞粘土，含水率15％，土壤電

17、阻率 。 2.3 溫度參數(shù)的選擇 2.3.1 出站油溫 由于原油中不可避免的含有水分，故加熱溫度不以高于100。C，以免發(fā)生沸溢，而且本條管線采用的是先爐后泵的運(yùn)行方式，因此加熱溫度不以高于初餾點(diǎn)，否則影響泵的吸入性能而造成不必要的損失。此外，該管道采用瀝青絕緣防腐層，其最高耐熱溫度為70℃，故出站油溫應(yīng)低于70℃，以免影響絕緣性能而造成管子的腐蝕，而且由于管子的熱變形等種種因素，都決定了加熱溫度不宜過高。 另外，本設(shè)計中輸送的是高含蠟原油，其在凝點(diǎn)附近的粘溫區(qū)線很陡，而當(dāng)溫度高于凝固點(diǎn)30-40℃以上時，粘度隨溫度變化很小。又由于含蠟原油往往在紊流狀態(tài)下輸送，摩阻與粘度的0.25次方

18、成正比，提高油溫對摩阻的影響很小，而熱損失卻顯著增大，故加熱溫度不宜過高。 綜合考慮以上種種因素，以及以往設(shè)計中所的經(jīng)驗(yàn)，確定最高出站溫度℃。 2.3.2 進(jìn)站油溫 加熱站的進(jìn)站油溫是經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較而確定的。對于輸送任何油品，為防止停輸后凝管，同時考慮到通過提高油溫來改變油品的粘度，從而提高輸送的經(jīng)濟(jì)性，故進(jìn)站溫度應(yīng)高于油品的凝點(diǎn)。對于本次設(shè)計中的輸送原油，其含蠟量和膠質(zhì)的含量均比較高，而對于凝點(diǎn)較高的含蠟原油，由于其在凝點(diǎn)附近的粘溫曲線很陡，所以經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常常略高于油品的凝固點(diǎn)。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定最低進(jìn)站溫度為℃。 由于本次設(shè)計輸量大，油流溫降小，故在初步計算中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取進(jìn)站油溫34

19、℃,出站油溫45℃。 2.2.3周圍介質(zhì)溫度 對于埋地管道，一般取中心管道埋深處的最低月平均地溫。是隨季節(jié)和地區(qū)變化的，設(shè)計熱油管道時，至少應(yīng)分別按其最低月和最高月的月平均溫度計算溫降及熱負(fù)荷。 2.3.4平均溫度 由于管道的摩阻與其流態(tài)有一定的關(guān)系，當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時，可按平均溫度下的油流粘度來計算站間摩阻。計算平均溫度可采用下式： 2.4 其他參數(shù)的選取 2.4.1 工作日：全年按350天，每天24小時計算 2.4.2 油品密度 根據(jù)℃時油品的密度按下式換算成計算溫度下的密度： 其中，—分別為溫度為℃和℃下的油品

20、密度，kg/m； —溫度系數(shù)，。 2.4.3 油品的比熱容 比熱容可按下式確定： 其中，—油品在℃的相對密度，； —油品溫度，℃； —油品的比熱容,kJ/kg，℃。 2.4.4土壤及瀝青層的導(dǎo)熱系數(shù) 本設(shè)計中土壤為亞粘土，且含水量為15%，可查得W/m，℃； 瀝青層導(dǎo)熱系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)一般取 W/m.℃。 2.4.5管道設(shè)計參數(shù) (1)熱站，泵站或熱泵站站內(nèi)壓頭損失為15m； (2)進(jìn)站壓力的范圍一般為30-80m； 3. 最優(yōu)管徑的選擇 在設(shè)計輸量下，若選用較大的管徑，可降低輸送壓力，減少泵站數(shù)，從而減少了泵站的建設(shè)費(fèi)用，

21、降低了輸油的動力消耗，但同時也增加了管路的建設(shè)費(fèi)用。 根據(jù)目前國內(nèi)加熱輸油管道的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，熱油管道的經(jīng)濟(jì)流速在1.5-2.0m/s范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上選定1.8m/s為經(jīng)濟(jì)流速。由經(jīng)濟(jì)流速和輸量來確定經(jīng)濟(jì)管徑，選擇合適的值，最終選定為外管徑φ711，壁厚8mm。 4. 工藝計算說明 4.1 概述 對于高含蠟及易凝易粘油品的管道輸送，如果直接在環(huán)境溫度下輸送，則油品粘度大，阻力大，管道沿途摩阻損失大，導(dǎo)致了管道壓降大，動力費(fèi)用高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，且在冬季極易凝管，發(fā)生事故，所以為了安全輸送，在油品進(jìn)入管道前必須采取降凝降粘措施。目前國內(nèi)外很多采用加入降凝劑或給油品加熱的辦法，使油品溫度升高，粘

22、度降低，從而達(dá)到降凝目的。 本設(shè)計采用加熱的辦法，提高油品溫度以降低其粘度，減少摩阻損失，降低管輸壓力，使輸油總能耗小雨不加熱輸送，并使管內(nèi)最低油溫維持在凝點(diǎn)以上，保證安全輸送。 熱油管道不同于等溫輸送的特點(diǎn)在于在輸送過程中存在摩阻損失和散熱損失兩種能量損失，因此我們必須從兩方面給油流供應(yīng)能量，由加熱站供應(yīng)熱能，由泵站供應(yīng)壓力能。此外這兩種損失相互影響，摩阻損失的大小決定于油品的粘度，而粘度大小又取決于輸送溫度的高低，通常管子的散熱損失往往占能量損失的主導(dǎo)地位。當(dāng)熱油沿管路流動時，溫度不斷降低，粘度不斷增大，水力坡降也不斷變化。計算熱油管道的摩阻時，必須考慮管路沿線的溫降情況及油品的粘溫特

23、性。因此設(shè)計管路時，必須先進(jìn)行熱力計算，然后進(jìn)行水力計算。此外，熱油管的摩阻損失應(yīng)按一個加熱站間距來計算，全線摩阻為各站間摩阻之和。 4.2 確定加熱站及泵站數(shù) 4.2.1 熱力計算 埋地不保溫管線的散熱傳遞過程是由三部分組成的，即油流至管壁的放熱，瀝青絕緣層的熱傳導(dǎo)和管外壁至周圍土壤的傳熱，由于本設(shè)計中所輸介質(zhì)的要求不高，而且管徑和輸量較大，油流到管壁的溫降比較小，故管壁到油流的散熱可以忽略不記。而總傳熱系數(shù)主要取決于管外壁至土壤的放熱系數(shù)，值在紊流狀態(tài)下對傳熱系數(shù)值的影響可忽略。 由于本設(shè)計中所輸介質(zhì)為高粘原油，故而在熱力計算中考慮了摩擦生熱對溫升的影響。 計算中周圍介質(zhì)的溫度取

24、最冷月土壤的平均溫度，以加權(quán)平均溫度作為油品的物性計算溫度。 由于設(shè)計流量較大，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將進(jìn)站溫度取為℃，出站溫度取為℃。然后由蘇霍夫公式計算站間距，從而進(jìn)一步求得加熱站數(shù)。 4.2.2 水力計算 當(dāng)管路的流態(tài)在紊流光滑區(qū)時，摩阻僅與粘度的0.25次方成正比，可按平均溫度下的油流粘度，用等溫輸送的方法計算加熱站間摩阻。 先根據(jù)流量和管徑判斷流態(tài)。在大于34℃時一直處于紊流水力光滑區(qū)，由平均溫度求出平均粘度，再由列賓宗公式計算站間摩阻。 為了便于計算和校核，本設(shè)計中將局部摩阻歸入一個加熱站的站內(nèi)摩阻，而忽略了站外管道的局部摩阻損失。 4.2.3 初步確定熱站、泵站數(shù) 由熱力計算可確

25、定加熱站數(shù)，加以化整。 確定泵站數(shù)時，要考慮到管線的承壓能力選定輸油主泵，再根據(jù)流量及其揚(yáng)程確定泵機(jī)組的組合方式，最后由全線所需的壓頭求出所需的泵站數(shù)，并結(jié)合水力計算定出。 4.2.4站址確定 根據(jù)地形的實(shí)際情況，本著熱泵合一的原則，進(jìn)行站址的調(diào)整。確定站址，除根據(jù)工藝設(shè)計要求外，還需按照地形、地址、文化、氣象、給水、排水、供電和交通運(yùn)輸?shù)葪l件，并結(jié)合施工、生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)，以及職工生活等方面綜合考慮，最終確定站址如下： 站 號 1# 2# 3# 站 類 別 熱泵站 熱泵站 熱泵站 里 程（ km） 0 80 160 高 程

26、（m） 5.4 27.5 37.5 5. 校核計算說明 5.1 熱力、水力校核 由于對站址的綜合考慮，使熱站、泵站的站址均有所改變，因此必須進(jìn)行熱力、水力校核。求得站址改變后的進(jìn)出站溫度，壓力，以確保管線的安全運(yùn)行。 5.1.1 進(jìn)出站溫度校核 為了滿足工藝和熱力要求，對以其輸量校核時，應(yīng)固定進(jìn)站油溫為℃，根據(jù)初算時的值和值反算得出站溫度，此時的值和值都是估算值，需進(jìn)一步校準(zhǔn)，由于對值影響較大的是油品粘度，因而根據(jù)之前所得數(shù)據(jù)計算出平均溫度下的油品粘度，進(jìn)而得到水力坡降，并由水力坡降計算出值和值，再取進(jìn)站溫度為34℃，根據(jù)所得的和重復(fù)以上步驟，得

27、到準(zhǔn)確的出站溫度，校核其是否低于最高出站溫度60℃。 經(jīng)過以上校核，各站的進(jìn)出站溫度均滿足要求，其校核結(jié)果如下： 站號 1# 2# 3# (℃) 35 34 34 (℃) 39.6 39.6 40.1 5.1.2 進(jìn)出站壓力校核 為了防止管線的壓力超過管道的最大承壓，也為防止進(jìn)站壓頭偏低，故而需對進(jìn)站壓力進(jìn)行校核，所的校核結(jié)果如下： 站號 1# 2# 3# （m） 64 46.94 41.98 （m） 652 634.94 629.98 各站進(jìn)站壓力均滿足泵的吸入性能要求，出站壓力均不超過最大承壓,校核合格。 5.2 壓力越站校核 當(dāng)

28、輸油主泵不可避免地遇到斷電、事故或檢修時，或由于夏季地溫升高，沿程散熱減小，從而導(dǎo)致沿程摩阻減小，為了節(jié)約動力費(fèi)用，可以進(jìn)行中間站的壓力越站，以充分利用有效的能量。 壓力越站的計算目的是計算出壓力越站時需要的最小輸量，并根據(jù)此輸量計算越站時所需壓力，并校核其是否超壓。 本設(shè)計中校核了將2#和3#站同時停泵時壓力越站的情況，校核合格。 5.3 熱力越站校核 由于在本設(shè)計中，根據(jù)規(guī)范要求，對加熱爐不設(shè)置備用爐，當(dāng)發(fā)生事故和檢修時均須停爐。為了不影響介質(zhì)的輸送，可采用熱力越站的工藝措施，熱力越站的計算目的是保持進(jìn)展溫度，校和出站溫度是否低于最高的允許出站溫度。 本設(shè)計中校核了將2#和3#站

29、同時停爐時熱力越站的情況，校核合格。 5.4全越站校核 在本設(shè)計中，全越站有兩種情況，2站停運(yùn)，由1站輸?shù)?站，3站停運(yùn)，由2站輸?shù)侥┱?，比較以上兩種工況，第二種距離較長，因此只需校核3站停運(yùn)的工況。 經(jīng)過校核可滿足要求。 5.5 動、靜水壓力校核 5.5.1 動水壓力校核 動水壓力是指油流沿管道流動過程中各點(diǎn)的剩余壓力，即管道縱斷面線與水力坡降線之間的垂直高度，動水壓力的變化不僅取決于地形的變化，而且與管道的水力坡降和泵站的運(yùn)行情況有關(guān)，從縱斷面圖上可以看出，本次設(shè)計的最高動水壓力為652m油柱，小于管子最大承壓720m油柱，最低動水壓力為39.658m油柱，大于最小的壓力22.

30、7m油柱（0.2MPa），故此時動水壓力滿足輸送要求。 5.5.2 靜水壓力校核 靜水壓力是指油流停止流動后，由地形高差產(chǎn)生的靜液柱壓力，由縱斷面圖可知：其最大靜水壓力為109m米油柱，由于管子承壓較大，故產(chǎn)生靜水壓力時不需要增加壁厚，而且也不需要設(shè)置減壓閥，因此可知：本設(shè)計中靜水壓力符合要求。 5.6反輸校核 當(dāng)油田來油不足時，由于流量小，溫降快導(dǎo)致進(jìn)站油溫過低或者由于停輸?shù)仍颍踔脸霈F(xiàn)凝管現(xiàn)象，需進(jìn)行反輸。由于反輸是非正常工況，浪費(fèi)能量，故要求反輸量越小越好。本設(shè)計取管線可能的最小輸量為反輸輸量。由具體計算可知，可以滿足反輸條件。 6.工藝流程 所謂工藝流程是指所輸介質(zhì)在各輸

31、油站中的輸送操作過程的簡化圖線。 工藝流程設(shè)計的基本原則： 1、能切實(shí)可靠的實(shí)現(xiàn)各種情況管線所必須進(jìn)行的輸送操作，并能在這些操作中體現(xiàn)出現(xiàn)代所具有的各種新技術(shù)。 2、在滿足上述要求的前提下，流程要盡可能簡單，也就是要盡可能減少閥門和管件。 首站所具有的工藝流程有：正輸、反輸、站內(nèi)循環(huán)、熱油循環(huán)、熱力越站、清管、接受來油和向來油處反輸。 中間站所具有的工藝流程有：正輸、反輸、熱力越站、壓力越站、全越站、清管。 7.設(shè)備的選取 7.1泵的選取 對于首站而言，輸油管道用泵根據(jù)用途可分為給油泵和輸油主泵，而中間站一般不設(shè)給油泵，一般情況下，給油泵選用大流量，低揚(yáng)程，泵吸入口揚(yáng)程要求低的

32、平行泵，其揚(yáng)程一般為幾十米，并采用并聯(lián)運(yùn)作，用以輸油主泵的正常吸入，由于本次設(shè)計的輸量較大，給油泵除要提供輸油主泵所需的吸入壓力外，還需要提供克服站內(nèi)摩阻所需要的壓頭，因而應(yīng)綜合考慮后選泵。 輸油主泵根據(jù)設(shè)計的要求需要選擇大流量，高揚(yáng)程的泵，本設(shè)計中選擇141419CMSD.D型泵。 7.2加熱爐的選取 為管輸介質(zhì)提供熱量提高油溫的設(shè)備有兩種：加熱爐和換熱器，按照其加熱方式可以分為直接加熱和間接加熱式，而間接加熱式使用于自動化程度較高的熱站，在本設(shè)計中考慮實(shí)際情況后，選擇直接加熱方式，即選用圓筒形加熱爐，選取結(jié)果如下： 站號 1# 2# 3# 加熱爐 40003 40003

33、 40003 工藝設(shè)計計算書 第二章 工藝設(shè)計計算書 1. 確定經(jīng)濟(jì)管徑 1.1 初選管徑 經(jīng)濟(jì)管徑 （2—1） 1.1.1 體積流量 （1）質(zhì)量流量 設(shè)計輸量萬噸/年，按照規(guī)范的規(guī)定，年工作天數(shù)應(yīng)取350天。 則有：kg/s （2）平均溫度 根據(jù)凝點(diǎn)和輸送要求，及管線的實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)等因素，設(shè)定進(jìn)出站油溫分別如下：T=34℃ T=45℃ 則根據(jù) 　　 得：=℃ （3）密度 根據(jù)20℃時的油品密度按下式換算成平均溫度下的密度： 式中： 、 —溫度為℃及℃時的

34、油品密度，kg/m； —溫度系數(shù)，，kg/(m℃ )。 kg/(m℃ ) kg/m 體積流量 m/s 1.1.2 經(jīng)濟(jì)流速 根據(jù)國家設(shè)計要求和規(guī)范所規(guī)定的經(jīng)濟(jì)流速為m/s,現(xiàn)選取經(jīng)濟(jì)流速m/s。 1.1.3 經(jīng)濟(jì)管徑 根據(jù)式（2—1）可得經(jīng)濟(jì)管徑mm 根據(jù)國產(chǎn)鋼管部分規(guī)格初步選定管子，其規(guī)格為：內(nèi)徑mm；壁厚mm；外徑mm。 1.2 反算經(jīng)濟(jì)流速 由式（2—1）可得 則m/s，在規(guī)范所規(guī)定的范圍內(nèi)。 1.3選擇管材 根據(jù)需要初步選定的管材，其規(guī)格為：鋼管的最低屈服強(qiáng)度=390 MP；設(shè)計系數(shù)；焊縫系數(shù)。 則根據(jù)可得：MP 設(shè)計內(nèi)壓力MP 根據(jù)以上計算可

35、知，本設(shè)計中所選用的管子規(guī)格為，管材為，設(shè)計內(nèi)壓力MP。 2.熱力計算及熱站數(shù)的確定 2.1總傳熱系數(shù)值的確定 由于大直徑，高輸量下的油流溫降較小，故在本設(shè)計中采用不保溫輸送。對于無保溫層的大直徑管道，忽略其內(nèi)外徑差值，則其總傳熱系數(shù)為： （2—2） 其中： —油流至管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/(m℃)； —第層的厚度，m； —第層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m℃)； —管外壁至土壤的放熱系數(shù)，W/(m℃)。 2.1.1 由于大管徑，高輸量下的油流到管壁的溫降較小，故可以忽略及鋼壁導(dǎo)熱的影響，而只考慮瀝青防腐層及管外

36、壁至土壤的放熱的影響。 根據(jù)需要和經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)，取瀝青絕緣層厚度為mm，其導(dǎo)熱系數(shù)為 W/(m℃)。 2.1.2 的計算 一般情況下，熱油管道頂覆土1.2~1.5m。在本設(shè)計中取管中心的埋深 m。與土壤接觸的管外徑m。 可按下式確定： 其中：—土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，由于本設(shè)計中土壤為含水15%的亞粘土，其 W/(m℃)。 則 W/（m℃） 2.1.3 值的確定 式（2—1）可化簡為 W/（m℃） 2.2考慮油流摩擦而引起的溫升b 當(dāng)油流在管道中流動時，與管壁不可避免的存在摩擦，而卻隨著粘度的增大，其摩擦也就越嚴(yán)重。由于摩擦生熱從而會使油溫有所上升，即會引起溫升。

37、溫升 （2—3） 其中水力坡降 （2—4） ℃ 則kg/m 由原始數(shù)據(jù)可知：當(dāng)℃時， lg 則油品的動力粘度P?s。 又因油品的運(yùn)動粘度 m/s 因雷諾數(shù) 根據(jù)相對粗糙度 其中： —絕對粗糙度，mm。 3000 在水力光

38、滑區(qū) 根據(jù)式（2—4）得 m/m 由（2—3）可得℃ 2.3 確定油品的比熱 比熱是油品的重要物性之一。 根據(jù) 相對密度 其中： 20℃下的相對密度 則15℃下的相對密度 因?yàn)楸葻? 則得kJ/(kg℃) 2.4 加熱站數(shù)的確定 2.4.1 初定加熱站數(shù) 由蘇霍夫溫降公式 （2—5） 其中： 由2.3計算知℃ 則得站間距km 加熱站數(shù) 化整取，即初定兩個加熱站。 2.4.2 時按平均布站反算出站溫度 km 設(shè)℃ ℃ ℃ 則℃ Ps kg/m kJ/(kg℃) m/s m/m

39、 ℃ ℃ ℃ Ps kg/m m/s kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ Ps kg/m m/s kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ 2.4.3 翻越點(diǎn)的確定 沿線各點(diǎn)極有可能成為翻越點(diǎn)的點(diǎn)為如下各點(diǎn)，即（223km，30m）；（220km,114m）?，F(xiàn)在我們分別對以下各點(diǎn)分別進(jìn)行確定： 令 （2—6） 其中，—高程差，，m； —沿程摩阻,m。 則m m 因?yàn)椋?，即該點(diǎn)到末點(diǎn)的高差不足以克服沿線的摩阻從而把介

40、質(zhì)輸送到末站，所以沒翻越點(diǎn)。 因?yàn)檠爻棠ψ? 則m 2.4.4 確定加熱站數(shù) 全線總壓降 其中：—末站剩余壓頭，本設(shè)計中取為35m。 則m 管子的設(shè)計內(nèi)壓力換算為米油柱 m 則最少泵站數(shù) 取整 由前面所求初定加熱站數(shù)為2個，按照熱泵合一的原則，若泵站數(shù)取2個時，每個泵站應(yīng)提供的揚(yáng)程最小為884.728m,超過管材承壓，故應(yīng)該熱站數(shù)取3個。 3.水力計算及泵站數(shù)的確定 3.1 按平均布站反算出站溫度 km 設(shè)℃ ℃ ℃ 則℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ 則℃ kg/m m/s Ps

41、 kJ/(kg℃) m/s m/m m 3.2 確定泵站數(shù)并選泵 全線總壓降 最少泵站數(shù) 取整 給油泵特性方程 選兩臺給油泵并聯(lián)，則給油泵提供的壓頭為： m 每個泵站提供的最小壓頭：m 已知設(shè)計中提供的兩種泵的特性方程如下： 為了優(yōu)化組合，采用兩臺大泵和一臺小泵。 則大泵揚(yáng)程為：m 小泵楊程為：m 每個泵站提供的壓頭：m 3.3 確定各站進(jìn)出站壓力 3.3.1 確定1#站出站壓力和2#站進(jìn)站壓力 設(shè)℃ ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m

42、/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m 由 可得m 由 可得m 由 可得m 3.3.2 確定2#站出站壓力和3#站進(jìn)站壓力 因2#~3#站間距與1#~2#站間距相等，所以水利坡降相等，即m/m 則m m m 3.3.3 確定3#站出站壓力和末站進(jìn)站壓力 設(shè)℃ ℃ ℃ ℃ m kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m m m 4. 熱月校核 4.1 校核1#站 設(shè)℃ ℃ ℃ ℃ kg/m m/

43、s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m m 大泵揚(yáng)程：m 小泵揚(yáng)程：m 則m m m 4.2校核2#站 因2#~3#站間距與1#~2#站間距相等，所以水利坡降相等，即m/m 則m m m 4.3校核3#站 設(shè)℃ ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps

44、 kJ/(kg℃) m/s m/m 則m m m 經(jīng)校核各站均符合熱月校核。 5.壓力越站校核 在長輸管線上，事故時難免的，如停電，泵檢修，這是就需要壓力越站。而壓力越站是以管道的最小輸量為依據(jù)的，為此作以下計算： 確定最低進(jìn)站溫度℃ ， 最高進(jìn)站溫度℃。 ℃ kJ/(kg℃) 根據(jù) （2—7） 則kg/s 5.1牛頓流體 當(dāng)℃時，為牛頓流體。 此時℃ kg/m m/s kJ/(kg℃) P m/s 3000 在水力光滑區(qū) m/m ℃ 根據(jù)式（2—5

45、）得 牛頓段長度km 5.2非牛頓流體 當(dāng)℃時, 由于此時油溫低于反常點(diǎn)，故處于非牛頓流態(tài)，其流變方程可表示如下： 5.2.1用最小二乘法回歸值 設(shè) 由原始數(shù)據(jù) （℃） 33 32 31 30 28 0.968 0.964 0.917 0.888 0.755 得方程組如下： 設(shè)，則得 + 令 則得 聯(lián)立得 故有 （2—8） 5.2.2回歸K值 據(jù)此可得 由原始數(shù)據(jù) 33 32 31 30 28 得如下方程組： 設(shè)得

46、 + 令，得： 聯(lián)立得 故有 （2—9） 5.2.3 判斷有無轉(zhuǎn)折點(diǎn) 根據(jù)一般規(guī)定，非牛頓流體的臨界雷諾數(shù) （2—10）（1）當(dāng)℃時,由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： （2）當(dāng)℃時, 由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： 由以上計算可得在℃之間有流態(tài)的變化,即層流到紊流的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 5.2.4 確定轉(zhuǎn)折點(diǎn)

47、 （1）當(dāng)℃時，由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： （2）當(dāng)℃時，由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： （3）當(dāng)℃時，由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： 由以上近似計算可近似取℃視為流態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn) 5.2.5 非牛頓紊流 當(dāng)℃時為非牛頓流體。 ℃ kg/m m/s kJ/(kg℃) 根據(jù)（2—10）則得： 非牛頓紊流時： 經(jīng)試算得 則m/m ℃ 得非牛頓紊

48、流段長度km 5.2.6非牛頓層流 當(dāng)℃時當(dāng)為非牛頓層流。 ℃ kg/m kJ/(kg℃) 非牛頓層流時：則： =0.002005m/m ℃ 得非牛頓層流段長度km 所以km 5.3反算進(jìn)站油溫 5.3.1反算2#和3#站進(jìn)站油溫 因?yàn)樗? km 此時，℃ 根據(jù) 得℃ ℃ kg/m kJ/(kg℃) m/m ℃ ℃ ℃ kg/m kJ/(kg℃) m/m 5.3.2反算末站進(jìn)站油溫 km 此時，℃ ℃ ℃ kg/m kJ/(kg℃) m/m ℃

49、℃ ℃ kg/m kJ/(kg℃) m/m 5.4確定翻越點(diǎn) 沿線各點(diǎn)極有可能成為翻越點(diǎn)的點(diǎn)為如下各點(diǎn)，即（223km，30m）；（220km,114m）。現(xiàn)在我們分別對以下各點(diǎn)分別進(jìn)行確定： 根據(jù)式（2—6）則 -0.001881=m -0.001881=m 因?yàn)?，即，即該點(diǎn)到末點(diǎn)的高差足以克服沿線的摩阻而把介質(zhì)輸送到末站，所以翻越點(diǎn)為（220km，114m）。 全線總壓降： m m 所以可以壓力越站。 6.熱力越站校核 在長輸管線上，當(dāng)來由溫度較高或加熱爐檢修時，均需采用熱力越站以節(jié)省開支或保證輸油。 6.1 2#站停爐

50、 若2#站停爐時，設(shè)3#站進(jìn)站油溫℃，℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃℃ 所以2#站停爐時可以熱力越站。 6.2 3#站停爐 若3#站停爐時，設(shè)末站進(jìn)站油溫℃，℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps kJ/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃ ℃ kg/m m/s Ps k

51、J/(kg℃) m/s m/m ℃ ℃℃ 所以3#站停爐時可以熱力越站。 7.全越站校核 全越站有兩種情況，即2#或3#站停運(yùn)。比較以上情況，當(dāng)3#站停運(yùn)時輸送的距離較長，故校核3#站停運(yùn)時可以全越站即可。 根據(jù)（2—7）可得 kg/s 7.1 牛頓流體 當(dāng)℃時為牛頓流體。 ℃ kg/m m/s kJ/(kg℃) P m/s 3000 在水力光滑區(qū) 。 m/m ℃ 得牛頓段長度km 7.2 非牛頓流體 7.2.1 確定有無轉(zhuǎn)折點(diǎn) （1）當(dāng)℃時, 由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s

52、 根據(jù)（2—10）則得： （2）當(dāng)℃時, 由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： 在℃之間有流態(tài)的變化,即層流到紊流的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 7.2.2 確定轉(zhuǎn)折點(diǎn) （1）當(dāng)℃時，由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s 根據(jù)（2—10）則得： 轉(zhuǎn)折點(diǎn)為℃。 7.2.3 非牛頓紊流 當(dāng)℃為非牛頓紊流。 ℃ 由式（2—8）和（2—9）可得： kg/m m/s kJ/(kg℃) 根據(jù)（2—10）則得 非牛頓紊流時： 經(jīng)試算得 m/m ℃ 得非牛頓紊流

53、段長度km km 此時，℃ ℃ ℃ kg/m m/s kJ/(kg℃) 非牛頓紊流時： 經(jīng)試算得 m/m 7.3 判斷翻越點(diǎn) 沿線各點(diǎn)極有可能成為翻越點(diǎn)的點(diǎn)為如下各點(diǎn)，即（223km，30m），(220km,114m）。現(xiàn)在我們分別對以下各點(diǎn)分別進(jìn)行確定： 根據(jù)式（2—6）則 -228.674)m -228.674) =m 因?yàn)?，即，即該點(diǎn)到末點(diǎn)的高差足以克服沿線的摩阻而把介質(zhì)輸送到末站，所以翻越點(diǎn)為（220km，114m）。 m mm 所以可以全越站 8.反輸校核 在長輸管道上，由于當(dāng)來油不足

54、或清蠟時清管球受堵，以及蠟堵或部分管段發(fā)生凝管事故，就需要用反輸流程來調(diào)劑。以免運(yùn)行費(fèi)用過高，反輸時要以最小輸量為計算依據(jù)。 由式（2—7）可知kg/s 沿線各點(diǎn)極有可能成為翻越點(diǎn)的點(diǎn)為如下各點(diǎn)，即（218km，114m），（135km,80.7m）?，F(xiàn)在我們分別對以下各點(diǎn)分別進(jìn)行確定： 根據(jù)式（2—6）則 m m 因?yàn)?，即，即該點(diǎn)到末點(diǎn)的高差足以克服沿線的摩阻而把介質(zhì)輸送到末站，所以翻越點(diǎn)為（218km，114m）。 末站到3#站的壓降： m 3#到2#站的壓降： ）m 2#到1#站的壓降： m 由以上計算可知各站間摩阻均可有各泵站提供，所以

55、可以反輸 9.加熱爐的選取 在本設(shè)計中用加熱爐對所輸介質(zhì)進(jìn)行直接加熱，則加熱爐的選取計算如下： 所需熱量 其中：—平均溫度下的比熱容，kJ/(kg℃)。 9.1正常輸送時 站號 1# 2# 3# (℃) 35 34 34 (℃) 39.6 39.6 40.1 (Kw) 4911.042 5969.215 6505.610 1#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 2#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 3#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 9.2考慮壓力越站時 站號 1# 2# 3# (℃) 35 31.7 31.7 (℃)

56、 60 60 60 (Kw) 9942.487 11208.073 11208.073 1#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 2#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 3#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 9.3 考慮熱力越站時的計算結(jié)果 若2#站停爐時： 站號 1# 3# (℃) 35 34 (℃) 47.4 40.1 (Kw) 13301.202 6505.610 1#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 3#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 若3#站停爐時： 站號 1# 2# (℃) 35 34 (℃) 39.6 4

57、8.1 (Kw) 4911.042 15108.9 1#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 2#站：℃ kJ/(kg℃) Kw 9.4 確定加熱爐類型及臺數(shù) 綜合以上各種情況，由原始數(shù)據(jù)中給定的加熱爐類型和規(guī)范中對每站加熱爐臺數(shù)的規(guī)定，確定加熱爐類型及臺數(shù)如下： 站號 1# 2# 3# 加熱爐 40003 40003 40003 10. 儲油罐的選擇 首站、末站、分輸站、輸入站應(yīng)選用浮頂金屬油罐。 輸油首站、輸入站、分輸站、末站儲油罐總?cè)萘繎?yīng)按下式計算： （2—11）

58、 式中 —輸油首站、輸入站、分輸站、末站儲油罐總?cè)萘浚╩）； —輸油首站、輸入站、分輸站、末站原油年總運(yùn)轉(zhuǎn)量（t）； —儲存溫度下原油密度（t/m）； —油罐裝量系數(shù)，宜取0.9； —原油儲備天數(shù)（d）。 設(shè)儲存溫度為30℃，則30℃下的原油密度：t/m （1）輸油首站、輸入站的油源來自油田、管道時，其儲備天數(shù)選為3d，則輸油首站、輸入站儲油罐總?cè)萘扛鶕?jù)式（2—11）可得： m 則應(yīng)選5萬m的儲油罐2個，4萬m的儲油罐2個。 （2）分輸站、末站為向用戶供油的管道專輸站時，油品儲備天數(shù)宜為3d,則分輸站、末站儲油罐總?cè)萘扛鶕?jù)式（2—1

59、1）可得： m 則應(yīng)選5萬m的儲油罐2個，4萬m的儲油罐2個。 第三章 結(jié)論 綜合以上各章的計算，可知： 本次設(shè)計所選管型為為φ7118, 管材為，設(shè)計內(nèi)壓力MP。 全線均采用從“泵到泵”的密閉輸送方式，加熱方式為直接加熱。設(shè)計輸量為1700萬噸／年，全線共采用了三座熱泵站來為輸油提供能量，各站站內(nèi)均采用先爐后泵的方式運(yùn)行。 考慮到優(yōu)化組合,每站均由三臺141419CMSD.D型大泵和一臺小泵組成，其中一臺大泵為備用泵。 加熱爐均采用圓筒型加熱爐，各站內(nèi)均為3臺4000kw加熱爐。 輸油首站、輸入站、分輸站、末站儲油罐為2個5萬m儲油罐和2個4萬m儲油罐。 全線既可壓力越站，熱力越站，也可全越站。 51 工藝設(shè)計計算書 致謝 本次設(shè)計過程中，我們得到了張國忠老師的耐心指導(dǎo)和劉剛等各位老師的大力幫助，在此表示衷心的感謝。尤其是張國忠老師，他淵博的學(xué)識和豐富的經(jīng)驗(yàn)，讓我們在設(shè)計中能以課本為依據(jù)，卻