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。 輸油管道的初步設(shè)計 前言···················································································································1 第1章 工藝設(shè)計說明書·················································································2 1. 工程概況及設(shè)計原則·········································································2 2. 設(shè)計原始數(shù)據(jù)·····················································································2 3. 基本設(shè)計參數(shù)的選取·········································································5 第2章 工藝設(shè)計計算書················································································8 1. 經(jīng)濟(jì)管徑的確定················································································8 2. 熱力計算····························································································10 3. 水力計算····························································································12 4. 反輸計算····························································································18 5. 主要設(shè)備選型····················································································20 第3章 工藝流程設(shè)計············································································22 1. 工藝流程設(shè)計····················································································22 2. 陰極保護(hù)計算····················································································22 3. 方案的經(jīng)濟(jì)性分析············································································23 第4章 結(jié)論····································································································31 參考文獻(xiàn)·········································································································32 -可編輯修改- 。 前 言 畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)的最后一個環(huán)節(jié)，也是較為重要的一個環(huán)節(jié)。它要求將所學(xué)到的專業(yè)知識綜合運(yùn)用，以達(dá)到融會貫通。本次設(shè)計是進(jìn)行輸油管道的初步設(shè)計。主要內(nèi)容包括：由經(jīng)濟(jì)流速確定經(jīng)濟(jì)管徑，然后由最小輸量確定加熱站數(shù)以及由最大輸量確定泵站數(shù)，結(jié)合沿線特征進(jìn)行加熱站和泵站的布置，最后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性計算，確定項(xiàng)目的內(nèi)部收益率以及凈現(xiàn)值等。 本次設(shè)計在安家容老師的指導(dǎo)下完成。由于本人水平有限，缺乏現(xiàn)場知識，所以難免存在疏漏和錯誤之處，希望老師批評、指正。 第一章 工藝說明書 1. 工程概況及設(shè)計原則 1.1 工程概況 輸油管道全長400km，設(shè)計輸油能力為280萬t/a。全線地形起伏不大，無翻越點(diǎn)。管道選取L290螺旋縫埋弧焊鋼管，其最大允許承壓為6.96Mpa。管道進(jìn)行埋地鋪設(shè),其中心埋深為1.6m。 全線采用“從泵到泵”的密閉輸送方式和先爐后泵的工藝流程，共設(shè)四座熱泵站（含末站）。首站和中間站設(shè)出站調(diào)節(jié)閥，自動調(diào)節(jié)各站的出站壓力，并實(shí)施水擊超前保護(hù)，末站設(shè)減壓裝置。為防止管線因腐蝕而發(fā)生破壞，各站設(shè)陰極保護(hù)站一座。 1.2 設(shè)計原則 本設(shè)計在滿足安全生產(chǎn)及輸量要求的前提下，力求滿足以下原則： （1）在遵守國家設(shè)計相關(guān)規(guī)范的前提下，選擇最優(yōu)工藝運(yùn)行方案。 （2）在保證安全可靠的基礎(chǔ)上，盡量采用新技術(shù)、新工藝，以節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。 （3）輸油站的工藝流程與所采用的輸油方式相適應(yīng)，且便于事故的處理與搶修。 （4）注意保護(hù)環(huán)境，少占耕地，節(jié)約投資。 （5）總體設(shè)計時，統(tǒng)籌兼顧，遠(yuǎn)近結(jié)合，以近期為主。 2. 設(shè)計原始數(shù)據(jù) 2.1 管道的設(shè)計輸量 （1）最大設(shè)計輸量：280萬t/a 最小設(shè)計輸量：190萬t/a （2）運(yùn)行期各年生產(chǎn)負(fù)荷（各年輸量與最大輸量的比率）如下表： 年份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 生產(chǎn)負(fù)荷（%） 70 80 90 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80 70 （3）管道的設(shè)計壓力為6.4Mpa 2.2 沿線地形及管道特征 （1）管道總長400km （2）沿線里程、高程 里程（km） 0 40 80 120 160 200 240 高程（m） 2000 2195 2058 2005 2015 2025 2115 里程（km） 280 320 360 400 高程（m） 1998 1990 1978 1953 （3）管道中心埋深：1.6m 管中心埋深處年最低月平均低溫：2℃ 管中心埋深處夏季月平均低溫：20℃ 土壤導(dǎo)熱系數(shù)0.555w/m .℃ 保溫層厚度：35mm 保溫層導(dǎo)熱系數(shù)0.035w/m .℃ 2.3 原油性質(zhì) （1）密度：=846kg/ m 含蠟量：14.5% 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量：7.71% 初餾點(diǎn):70℃ 比熱：2.1kJ/kg℃ 燃油熱值：4.18kJ/kg 凝點(diǎn)：27℃ （2）在不同測量溫度下的流變性： 測溫（℃） 流變方程 牛頓流體溫度范圍內(nèi)的粘溫方程 27 29 31 33 35 40 45 50 55 60 注：表中的單位為Pa, 的單位為1/s，的單位為mPa.s。 2.4 設(shè)備選型 （1）常用加熱爐的型號： 814kw、1745 kw、2326 kw、3489 kw、4625 kw、5815 kw （2）有關(guān)輸油泵特性（參閱相關(guān)泵特性資料） 2.5經(jīng)濟(jì)評價參數(shù) （1）線路工程投資指標(biāo)（萬元/km） 管徑 Φ273.1 Φ323.9 Φ355 Φ457 Φ559 不保溫管 60.4 77.4 85.6 106 140 保溫層修正系數(shù)：1.10 （2）輸油站工程投資指標(biāo)A（萬元/座）（設(shè)計輸量240~260萬噸/年） 外輸首站 末站 中間熱泵站 中間泵站 中間熱站 2000 900 1300 900 700 輸油站工程投資指標(biāo)A（萬元/座）（設(shè)計輸量300~350萬噸/年） 外輸首站 末站 中間熱泵站 中間泵站 中間熱站 2500 1000 1600 1100 800 （3）原油價格：2000元/噸 電價0.50元/度 運(yùn)價024元/（噸.千米） （4）流動資金按管道存油的價值計算，流動資金的30%為自有資金，70%為工商銀行貸款，年利率為10.98%。 （5）輸油站人員編制 首、末站各40人，中間熱泵站25人，中間熱站或泵站15人；職工工資按每人1500元/月計算，福利費(fèi)按投資總額的14%計算。 （6）固定資產(chǎn)原值按總固定資產(chǎn)投資的85%計算，管道折舊年限（生產(chǎn)期）取1年，綜合折舊率取7.14%，殘值為0，修理費(fèi)按折舊的30%計算。 （7）輸油成本中的其他費(fèi)用按工資總額與福利費(fèi)之和的2倍計算。 （8）輸油損耗按最大輸量的0.35%計算。 （9）營業(yè)稅率取3%，城市建設(shè)維護(hù)稅按營業(yè)稅的7%計算，教育附加稅按營業(yè)稅的3%計算。 （10）行業(yè)基準(zhǔn)收益率為12%。 3. 基本設(shè)計參數(shù)的選取 3.1溫度參數(shù) 確定加熱站的進(jìn)、出站溫度時，需要考慮三個方面的因素。首先是油品的粘溫特性和其他物理性質(zhì)，其次是管道的停輸時間、熱脹、和溫度應(yīng)力等安全因素，第三是經(jīng)濟(jì)比較，使總的能耗費(fèi)用最低。 3.1.1 出站油溫TR 考慮到原油和重油中難免含水，故其加熱溫度一般不超過100 ℃。由于站內(nèi)設(shè)有“先爐后泵”流程，則其加熱溫度不應(yīng)高于輸送原油的初餾點(diǎn)，以免影響泵的吸入。另外，當(dāng)溫度高于凝點(diǎn)30~40 ℃以上時，粘度隨溫度的變化較小。更由于熱含蠟原油管道常運(yùn)行在水力光滑區(qū)，摩阻與粘度的0.25次方成正比，提高油溫對摩阻的影響較小，而熱損失卻顯著增大，故加熱溫度不宜過高。管道采用聚氨酯泡沫防腐保溫層（其適用范圍為-60~120℃），油溫高低不會對其性質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響。結(jié)合以上因素，確定出站溫度為TR=60℃。 3.1.2 進(jìn)站油溫TZ 加熱站的進(jìn)站油溫主要取決于經(jīng)濟(jì)比較，對于凝點(diǎn)較高的含蠟原油，由于在凝點(diǎn)附近粘溫曲線很陡，故其經(jīng)濟(jì)進(jìn)站溫度常略高于凝點(diǎn)3~5℃。 由輸送原油的粘溫特性知，溫度低于35℃時，粘度隨溫度變化很大，適當(dāng)提高出站油溫會使摩阻大大降低，故綜合考慮，確定進(jìn)站油溫為TZ=36℃。 3.1.3 周圍介質(zhì)溫度T0的確定 對于埋地管線，取管道埋深處的年最低月的平均低溫作為設(shè)計地溫，即取T0=2℃。 3.1.4 根據(jù)輸油管道工程設(shè)計規(guī)范規(guī)定，我國長輸管道平均溫度計算采用加權(quán)平均溫度：Tpj=TR+TZ 。 本設(shè)計中 Tpj=TR+TZ =×60+×36=44℃ 。 3.2 原油密度 任一溫度下的密度由20℃時的油品密度確定： 式中 ：分別為溫度為℃和℃下的油品密度，kg/m ：溫度系數(shù)，。 3.3 計算輸量 以設(shè)計任務(wù)書給出的最大輸量作為工藝計算時的依據(jù)，任務(wù)書給的是年設(shè)計輸量(t/a)計算時，必須將其換算成計算溫度下的體積流量Q（ m/h或m/s）?？紤]到管道維修及事故等因素，經(jīng)過多年的實(shí)踐證明，一年給出15d的富裕量，故計算時輸油時間應(yīng)按350d（8400h）計算，即： 或 m/s 式中 G：年任務(wù)質(zhì)量流量，t/a Q：體積流量，m/h或m/s ：計算溫度下的油品密度，kg/ m -可編輯修改- 。 第二章 工藝設(shè)計計算書 1. 經(jīng)濟(jì)管徑的確定 1.1基本參數(shù)的確定 1.1.1 計算溫度 取出站油溫TR=60℃ 進(jìn)站油溫TZ=36℃ 則Tpj=TR+TZ =×60+×36=44℃ 1.1.2 油品密度 已知20℃時油品密度㎏/ 則=1.825-0.001315×846=0.71251 1.1.3 油品粘度 T=40℃時， T=40℃時， 線性插值得： T=44℃時， 1.2 經(jīng)濟(jì)管徑的選取 1.2.1 任務(wù)輸量 kg/s m/s 1.2.2 取經(jīng)濟(jì)流速為：=1.80 m/s 由得： 查《API標(biāo)準(zhǔn)鋼管部分規(guī)格》，確定管外徑為323.9mm。 1.2.3 計算壁厚 （1）選用L290螺旋縫埋弧焊鋼管，其最低屈服強(qiáng)度為290Mpa。 由，其中K=0.72,=1.0,得： 管道的許用應(yīng)力為：=0.2 1.0 290=208.8Mpa （2）管道的設(shè)計壓力為6.4Mpa。 由得： 管道允許的最小壁厚為： 由于原油具有腐蝕性，故取1mm的腐蝕裕量。 查《API標(biāo)準(zhǔn)鋼管部分規(guī)格》，確定壁厚為6.4mm。故最終確定的經(jīng)濟(jì)管徑為。 （3）計算管道最大承壓 （4）反算流速 3000，所以保護(hù)長度按有限長計算： 陰極保護(hù)站的數(shù)量： 向上取整N=10個 因?yàn)殛帢O保護(hù)站可以保護(hù)兩側(cè)的管線，所以全線只需設(shè)7個陰極保護(hù)站。 陰極保護(hù)站的位置盡可能設(shè)在泵站上，則各個保護(hù)站的位置為：（0km，2000m），（60km，2126.5m），（133.33km，2008.33m），（200km，2025m），（266.66km，2037.02m），（330km，1984m），（330km，1984m）。 3. 方案的經(jīng)濟(jì)性分析 3.1 費(fèi)用現(xiàn)值的計算 以為例 3.1.1燃料、電力費(fèi)用的計算 第一年、第二年生產(chǎn)負(fù)荷為0，故燃料、電力費(fèi)用為0。 第三年生產(chǎn)負(fù)荷為70%，故。 ℃ ℃ 燃料費(fèi)用： 萬元 動力費(fèi)用： 萬元 其余各年的生產(chǎn)費(fèi)用見下表9-1。 3.1.2 其他各項(xiàng)費(fèi)用的計算 全線職工總數(shù)：40+252+153+40=175人 工資及福利費(fèi)：1751500（1+14%）12=359.1萬元 線路工程投資：77.4400（1+10%）=34056萬元 表 燃料費(fèi)用和動力費(fèi)用表 年 參數(shù) 1 2 3 4 5 6~13 14 15 16 生產(chǎn)負(fù)荷 0 0 70% 80% 90% 100% 90% 80% 70% 年輸量(t/a) 0 0 196 224 253 280 253 224 196 (℃) 0 0 58.7 53.5 49.3 45.9 49.3 53.5 58.7 (m) 0 0 1957.8 2534 3216.4 3847.1 3216.4 2534 1957.8 (萬元) 0 0 1577.8 1390.2 1188.6 983 1188.6 1390.2 1577.8 (萬元) 0 0 706.0 1044.4 1491.3 1981.9 1491.3 1044.4 706.0 3.1.2 其他各項(xiàng)費(fèi)用的計算 全線職工總數(shù)：40+252+153+40=175人 工資及福利費(fèi)：1751500（1+14%）12=359.1萬元 線路工程投資：77.4400（1+10%）=34056萬元 輸油站工程投資： 年輸量為260萬噸時 2000+900+21300+3900=8200萬元 年輸量為300萬噸時 2500+1000+21600+31100=10000萬元 故年輸量為280萬噸時的輸油站工程投資為：萬元 工程總投資： 萬元 建設(shè)期貸款第一年貸款利息： 47951.1170%40%[（1+9.9%-1）=2790萬元 建設(shè)期貸款第二年貸款利息： 47951.1170%60%9.9%=1993.81萬元 故建設(shè)期總貸款利息為：2790+1993.81=4783.81萬元 固定資產(chǎn)總投資：47951.11+4783.81=52734.92萬元 固定資產(chǎn)原值：52734.9285%=44824.68萬元 折舊費(fèi)：44824.887.14%=3200.5萬元 修理費(fèi)：3200.530%=960.15萬元 輸油損耗費(fèi)： 生產(chǎn)負(fù)荷為70%時 萬元 生產(chǎn)負(fù)荷為80%時 萬元 生產(chǎn)負(fù)荷為90%時 萬元 生產(chǎn)負(fù)荷為100%時 萬元 其它費(fèi)用：359.12=718.2萬元 3.1.3 經(jīng)營成本的計算 建設(shè)期 第一年：N=1，=0； 第二年：N=2，=0； 生產(chǎn)期 第一年：N=3， =1577.82+760.02+359.1+960.15+1372+718.2=6039.95萬元； 同理可得：=6039.95萬元；=6481.32萬元；~=6962.35萬元；=6481.32萬元；=6039.95萬元；=5693.29萬元。 9.1.4 投資的計算 流動資金： =5050.98萬元 建設(shè)期第一年投資 N=1，萬元 建設(shè)期第一年投資 N=2，萬元 生產(chǎn)期第一年投資 N=3，萬元 9.1.5 費(fèi)用現(xiàn)值的計算 萬元 即管徑的費(fèi)用現(xiàn)值為81497.09萬元。 3.2 內(nèi)部收益率的計算 管道投資回收期定為8年，從生產(chǎn)期第一年開始回收，前三年回收率為10%，后五年回收率為14%。 生產(chǎn)期第一年利息支出為： 萬元 生產(chǎn)期第二年利息支出為： 萬元 其他年利息支出計算方法同上。 第三年：1771.89萬元 第四年：1550.41萬元 第五年：1240.33萬元 第六年：930.24萬元 第七年：620.16萬元 第八年：310.08萬元 流動資金利息各年都相同，流動資金為5050.98萬元，利率為10.98%，利息為：萬元 以最大輸量為例： 年銷售收入：萬元 營業(yè)稅：26880×3%=800.4萬元 城市建設(shè)維護(hù)稅：800.4×7%=56.02萬元 教育附加稅：800.4×3%=24.02萬元 銷售稅金及附加為：800.4+56.02+24.02=880.44萬元 其它輸量下的各種費(fèi)用見下表（單位：萬元）： 輸量 年銷售收入 營業(yè)稅 城市建設(shè)維護(hù)稅 教育附加稅 銷售稅金及附加 70%Q 18816 560.28 39.22 16.82 616.32 80%Q 21504 640.32 44.82 19.22 704.36 90%Q 24192 720.36 50.42 21.62 792.40 100%Q 26880 800.40 56.02 24.02 880.44 3.2.1 以生產(chǎn)期第一年為例，計算輸油成本，利潤總額和所得稅。 折舊費(fèi)：3200.5萬元 輸油成本：5693.29+3200.5+2214.87+388.22=10896.88萬元 利潤總額：1萬元 所得稅：7302.833%=2409.92萬元 =年銷售收入+固定資產(chǎn)殘值回收+流動資金回收+其他收入 =18816萬元 =年度固定資產(chǎn)投資額+經(jīng)營成本+銷售稅金及附加+所得稅 =5050.98+5693.29+616.32+2409.92 =13770.51萬元 其他年的各項(xiàng)費(fèi)用見下表 年份 經(jīng)營成本 輸油成本 利潤總額 所得稅 銷售稅 CI CO CI-CO 1 0 0 0 0 0 0 21094.0 -21094 2 0 0 0 0 0 0 31641.0 -31641 3 5693.3 10896.9 7302.8 2409.9 616.3 18816 13770.5 50451.5 4 6040 11622 9177.6 3028.6 704.4 21504 4271.9 11731.1 5 6481.3 11842 11841.9 3814.9 792.4 24192 11087.8 13104.3 6 6962.4 12101.5 12101.5 4586.4 880.4 26880 12429.6 14450.4 7 6962.4 11791.4 11791.4 4688.7 880.4 26880 12531.5 14348.5 8 6962.4 11481.3 11481.3 4791.1 880.4 26880 12633.9 14246.1 9 6962.4 11171.2 11171.2 4893.4 880.4 26880 12736.1 14143.9 10 6962.4 10861.2 10861.4 4995.7 880.4 26880 12838.5 14041.5 11~ 13 6962.4 10551.1 15448.5 5098 880.4 26880 12940.8 13939.2 14 6481.3 1007 13329.6 4398.8 792.4 24192 11672.5 12519.5 15 6040 9628.7 11171.0 3686.4 704.4 21504 14340.7 11073.3 16 5693.3 9286 8913.7 2941.5 616.3 23867 9251.1 14615.7 3.2.2計算內(nèi)部收益率 取=20%，萬元 取=19%，萬元 即內(nèi)部收益率為19.32%，大于行業(yè)基準(zhǔn)收益率。 3.2.3計算凈現(xiàn)值 將行業(yè)基準(zhǔn)收益率12%代入，得： 萬元 所以凈現(xiàn)值為21370.36萬元。 3.2.4 計算投資回收期：（單位：萬元） 年份 現(xiàn)金流入 現(xiàn)金流出 凈現(xiàn)金流量 累計凈現(xiàn)金流量 1 0 21093.97 -21093.97 -21093.97 2 0 31640.95 -31640.95 -31640.95 3 18816 13770.51 5045.49 -47689.43 4 21504 4271.93 11731.09 -35958.34 5 24192 11087.75 13104.25 -22854.09 6 26880 12429.56 14450.44 -8403.65 7 26880 12531.47 14348.53 5944.88 從第七年開始，出現(xiàn)正值，所以投資回收期為： 即該項(xiàng)目的投資回收期為6.59年。 第四章 結(jié)論 輸油管道全長400km，設(shè)計輸油能力為280萬t/a。本次設(shè)計的主要結(jié)論有： 1、輸油管道所選管型為φ323.96.4, 管材為L290螺旋縫埋弧焊鋼管，管道最大允許承壓為6.96Mpa。 2、全線采用“從泵到泵”的密閉輸送方式和先爐后泵的工藝流程，共設(shè)四座熱泵站（含末站）和三座中間泵站。各站選用4臺D160-120×6型泵并聯(lián)，其中1臺為備用泵。 3、全線共設(shè)四座加熱站，每站設(shè)3臺加熱爐，其中2臺814kw、1臺1745kw的加熱爐。為了操作方便，節(jié)省投資，依據(jù)熱泵合一的原則，將其與泵站合并為熱泵站。 4、首站設(shè)4座10000 m3的外浮頂油罐，末站設(shè)3座10000 m3的外浮頂油罐，中間站設(shè)1座100 m3的拱頂油罐。 5、站內(nèi)的主要流程包括壓力越站、熱力越站、全越站、站內(nèi)循環(huán)，收發(fā)清管器等。 以上是本次設(shè)計的主要結(jié)果。 參考文獻(xiàn) [1]GB 50253-2003,輸油管道工程設(shè)計規(guī)范. 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